[科普中國]-堆浸

介紹

一種礦物浸出工藝。此法使浸出劑滲入礦石堆而溶出有用組分。西班牙是最早使用堆浸技術(shù)的國家，1752年即用此法浸出氧化銅礦石。20世紀(jì)50年代末中國用此工藝處理低品位的鈾礦石，1967年美國礦務(wù)局開始用堆浸工藝處理低品位的金礦石。堆浸主要是指礦石堆浸和廢石堆浸，就地浸出也屬堆浸范疇。工業(yè)上堆浸主要用于浸出低品位的鈾礦石、氧化銅礦石和金礦石。

就地浸出是利用滲濾直接浸出礦體內(nèi)的目的組分的方法。操作時(shí)在勘測好的采場地面上分區(qū)鉆孔(分注入孔和回收孔)，將浸出劑由注入孔注入礦體中，通過礦體裂隙毛細(xì)管作用溶浸礦體內(nèi)的有用組分，再經(jīng)回收孔將浸出液抽至地面作進(jìn)一步處理。就地浸出可省去建井、采礦、運(yùn)輸、破碎、磨礦、物理選礦及固液分離等作業(yè)，將浸出作業(yè)移至地下礦體內(nèi)，尾礦就地廢棄堆存，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和保護(hù)環(huán)境效益。但就地浸出對礦體的生成條件要求很嚴(yán)，礦體應(yīng)具有良好的滲透性，礦體周圍有相應(yīng)的不透水層，基巖穩(wěn)定，地下水位低，有利于浸出液的回收。由于就地浸出的制約因素多，主要用于從地下采空區(qū)的殘礦中回收銅和鈾。20世紀(jì)80年代中期中國采用就地浸出法對爆破后的鈾礦體進(jìn)行浸出，大幅度降低了生產(chǎn)成本。

浸出機(jī)理和過程向礦堆間歇噴淋的溶浸液，并未充滿礦石塊之間的空隙，只在礦石塊表面形成一層溶浸液薄膜。堆浸時(shí)，通過對流擴(kuò)散作用(噴淋時(shí))和分子擴(kuò)散作用(停噴時(shí))，浸出礦石中的有用成分，匯入富液流，從堆底流出。浸出過程可分為三個(gè)階段：第一階段，噴淋的溶浸液附著在礦石塊表面，并沿礦石裂隙和孔隙向內(nèi)擴(kuò)散，擠出裂隙和孔隙水;第二階段，溶浸液與礦石中的有用成分接觸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成可溶化合物或絡(luò)合物;第三階段，由于其濃度比礦石塊表面的要高，通過分子擴(kuò)散作用沿裂隙和孔隙向礦石塊表面運(yùn)動(dòng)，并在重力作用和對流擴(kuò)散作用下離開礦石表面向下運(yùn)動(dòng)，匯入富液流。

堆浸工序堆浸工序包括礦石準(zhǔn)備、浸墊建設(shè)、筑堆、溶浸液配制、布液和集液、富液(貴液)加工處理。

礦石準(zhǔn)備包括破碎、篩分或制粒和預(yù)處理。為了提高礦石的可浸性及浸堆的滲透性，避免出現(xiàn)液流不勻、堵塞、溝流等現(xiàn)象，提高金屬回收率、降低溶液的消耗和提高浸出效果，必須將礦石破碎到適于浸出的塊度，并達(dá)到合理的塊度組成。根據(jù)礦石的礦種、礦物成分和裂隙率的不同，對石塊及其組成的要求也不同。如美國的銅礦和鈾礦石的堆浸中，礦石塊度在25～100mm的范圍，塊度大于100mm的不要超過20%，對金礦和銀礦石，塊度在2.5～25mm范圍內(nèi)的礦石應(yīng)大于60%。對于含粘土或礦粉較多的礦石，需細(xì)碎到6mm以下進(jìn)行制粒，即在碎礦料中添加一定量的水(30～40kg/t)和溶浸液(25kg/t)混合后，在制粒機(jī)中攪拌，使粘土和礦粉粘結(jié)于粗顆粒上形成粒狀礦料，干燥后即可用于筑堆。如果礦料中-0.075mm的粘土和礦粉含量較高時(shí)(8%～10%)，還需添加粘結(jié)劑，常用的粘結(jié)劑有水泥(2～4kg/t)或石灰(1.5～5kg/t)。有時(shí)在制粒過程中，添加溶浸液，將礦石進(jìn)行預(yù)處理。制粒和預(yù)處理的目的主要是提高浸堆的滲透性和礦石有用成分的浸出率。

浸墊建設(shè)為了匯集富液和防止溶液滲漏，在筑堆前，堆場需要進(jìn)行底部修整和鋪墊(或稱鋪底)。建設(shè)浸墊的材料有粘土、砂子、礫石、尾礦、瀝青、鋼筋混凝土、塑料薄膜或橡膠塑料板等。視材料不同，墊層厚度一般在300～600mm，在墊層上用塊礦鋪砌縱向與橫向排液溝，最后在整個(gè)底板再鋪一層大塊礦石，以保護(hù)底墊。

筑堆筑堆的目的是使礦堆具有良好而均勻的滲透性，并保證邊坡不會(huì)坍塌。礦堆的高度主要取決于礦堆的滲透性、溶浸液中溶浸劑含量，以及筑堆設(shè)備和方法等。金礦堆高度一般為1～4m，銅礦和鈾礦堆的高度一般為3～30m。礦堆的礦石量，一般從幾百噸到幾十萬噸，也有上百萬噸的貧銅礦堆。筑堆方法有多層構(gòu)筑法、多堆筑堆法、斜坡筑堆法和移動(dòng)橋式筑堆法等。筑堆設(shè)備主要有鏟運(yùn)機(jī)、前端式裝載機(jī)、自卸汽車、推土機(jī)、帶式輸送機(jī)和專用筑堆機(jī)等。

溶浸液配制用水與溶浸劑按一定的配方，配制成用于從礦石中浸出有用成分的溶液或溶浸液，又稱工作液。溶浸液的配方及其用量主要是根據(jù)礦種、礦物成分和化學(xué)成分來確定。在工業(yè)規(guī)模的堆浸中，可供選擇的溶浸劑有H2SO4、HNO3、HCl、Na2CO3、NaHCO3、(NH4)2CO3、NH4HCO3、Fe2(SO4)3、NaCl、KCl、Nal、Kl、(NH4)2SO4、空氣、氧、高錳酸鹽、含氮氧化物、過氧化氫和氯酸鹽等。為了加速硫化礦和某些氧化礦有用成分的浸出，在溶浸液中還加入細(xì)菌液。某些鈾礦、銅礦和金的細(xì)菌浸出已成功地用于生產(chǎn)。

布液和集液布液就是將溶浸液均勻地噴灑在礦堆頂部表面上。由配液池、泵、輸液管以及鋪設(shè)于礦堆上的噴淋管和噴淋器等組成布液(噴淋)系統(tǒng)。噴淋管常用塑料管，噴淋器常采用搖擺式的。對噴淋的要求，一是要使溶浸液均勻地噴淋在礦堆上，二是要達(dá)到所需噴淋強(qiáng)度，即單位時(shí)間內(nèi)在單位面積上的噴淋量，通常為0.1～0.4L/m·min。在堆浸過程中，噴淋時(shí)間約占總時(shí)間的1/3～1/2;除噴淋方式外，還有溉灌和滴灌等布液方式。堆浸的集液方式較為簡單，來自堆底的富液經(jīng)液溝匯入集液池，然后用泵輸送至車間加工處理。

富液(貴液)加工處理從富液中回收金屬的工藝技術(shù)根據(jù)礦種而定：提取鈾，常用萃取和離子交換沉淀法和溶劑萃取——電積法;提取金，常用活性炭(或離子交換樹脂)吸附——解析——電積法和置換沉淀法。

歷史及展望堆浸最早用于銅礦，中國早在西漢時(shí)期，就有用水浸氧化酸性銅礦，而后用鐵置換銅的記載。1752年西班牙的里奧·廷托(Rio Tinto)銅礦進(jìn)行了堆浸生產(chǎn)試驗(yàn)。1941年，美國開始用堆浸開采貧銅礦石;從60年代開始，鈾礦和金銀礦用堆浸。1982年美國用堆浸法生產(chǎn)的金和銀已占總產(chǎn)量的20%和10%。法國的大部分鈾來源于堆浸。

在適用于常規(guī)方法開采的富礦逐漸減少的情況下，由于堆浸的生產(chǎn)成本較低，而其工藝技術(shù)又日臻完善，所以堆浸生產(chǎn)規(guī)模將不斷擴(kuò)大，堆浸的應(yīng)用范圍也將越來越廣泛。2