第六章-堆浸

第六章堆浸•1堆浸的内涵及发展史•2堆浸法的分类、技术研究特点及应用条件•3堆浸浸矿法的工艺流程及方法•4溶浸剂的种类及浓度•5浸出（矿）•6堆浸的技术经济指标及其评价•7堆浸的设计与施工•8堆浸的生产技术管理1堆浸的内涵及发展史•1.1堆浸的内涵堆浸是在矿石堆中将矿石中的有用成份浸出。也就是说，矿石堆中某些矿物与化学试剂发生作用，矿物中的一些成份以离子或络合离子的形式从固相（矿石）转入到液相的过程叫堆浸。堆浸的一个最明显的特点是：矿石必须先进行位移，而后再进行浸出。1.2堆浸的发展史国外大多数学者把1752年西班牙人在里奥廷国（RioTinto）旁发现的酸性氧化铜矿石堆中有铜浸出的现象，作为堆浸历史的起点。也有人把16世纪中叶匈牙利人从流经铜矿堆的废水中回收铜作为堆浸的渊源。其实最早发现堆浸的是中国人，即公元前六七世纪的《山海经》中就有记载，其文字大意是：酸性氧化铜矿石堆，用水灌注，流出的水集于池中，带有铜和铁离子的颜色。可见，中国人对堆浸现象的认识比西班牙人还早1000多年。中国从唐朝开始应用铜矿堆浸技术，到宋朝发展极盛。而西方国家到19世纪初才广泛开展应用堆浸技术来处理露天开采的斑岩铜矿石和氧化铜矿石。现在西方国家已大规模采用堆浸→萃取→电积工艺来开发低品位铜矿石。•1952年，葡萄牙人首先发表了铀矿石堆浸方面的文章，报道了他们用堆浸法处理铀矿石的工艺流程和一些主要技术参数。此后，美国、前苏联、法国、加拿大等国家都为铀矿堆浸技术的发展和应用做了许多工作。•1963年我国知名放射化学家杨承宗教授在国内首次提出“堆置浸出”概念，并建议开展研究。核工业北京化冶院、核工业第六研究所分别于1964、1966年开始研究铀矿堆浸技术，至1972年，核六所在堆浸方面已取得成功经验。1987年，核工业719矿进行了万吨级铀矿堆浸试验获得成功，并获得1990年度国家科技进步一等奖。至1990年，我国铀矿堆浸已占铀总产量的10.4%,但江西719矿的堆浸已占铀矿石总产量的34.2%。后来，还有陕西的794矿、浙江的771矿等，相继试验成功，并投入大规模生产。堆浸工艺的优点•与常规水冶法相比，堆浸的优点有：1）投资少，见效快；（常规法的1/3左右）2）工艺简单，成本低；（常规法的1/3左右）3）根据矿床条件、特点，堆浸可在地表，也可在井下进行，且废料可用来作充填料；4）对环境污染小；5）资源利用率高。堆浸工艺的缺点•堆浸的缺点有：1）浸出率相对较低，比搅拌浸出低5～15%；2)如在露天堆浸，其生产易受气候（风、雨）的影响，生产不均衡；3)浸出周期长，一年左右，对资金周转不利；4)对堆浸矿石不易采取强化手段浸出。吸附塔矿山概貌2堆浸法的分类、技术研究特点及应用条件•2.1堆浸法的分类按浸出准备条件不同，分为非筑堆浸出法和筑堆浸出法两大类。而按浸出地点的不同，又分为地表堆浸法和井下堆浸浸出法。如按液体在矿堆的流动形态，分为堆浸、池浸和槽浸三种。堆浸按浸出准备条件分类•a.非筑堆浸出法是指没有经过专门筑堆的浸出法。这种浸出法管理简单，成本低，经济效益好，而且有利于保护环境，减少污染。•b.筑堆浸出法是先将矿石堆好堆再进行浸出。但该法必须先将矿石加工破碎成一定的几何形状（φ20mm以下），然后再进行布液浸出。堆浸按浸出地点的不同分类•C.地表堆浸法在地表进行浸出，如小矿山挑来的矿石或废石堆的浸出。•d.井下堆浸法利用井下的峒室、天井、采空区、巷道对矿石筑堆浸出。堆浸按液体在矿堆的流动形态分类e.池浸法：将矿石放入事先处理好的（防腐、防漏）池子中进行浸出。f.槽浸法：槽浸法是池浸法的改进。如槽子体积较大（200—1000m3）则用钢筋砼结构，并进行防腐（玻璃布环氧树脂）处理。g.制粒浸出法：这种浸出法一般针对粉矿或泥质含量较高的矿石。其渗透性、透气性都较差，并且容易结垢，采用制粒堆浸法可收到较好效果。还有脱泥堆浸法、防垢堆浸法、逆流串堆堆浸法及分层堆浸法等。2.2堆浸的技术内容、特点及适用条件•堆浸的技术内容特点主要为以下三点：①矿石堆——堆的几何性质；矿石粒级及分布状态，孔隙度、渗透性；矿石的酸碱性、氧化程度；主要金属元素的价态和品位；伴生元素的种类及含量等。②溶浸液——主要指溶液的种类、浓度、酸碱性或pH值、氧化还原性、挥发性、腐蚀性等。③溶浸液与矿石堆的相互作用所产生的现象及其规律的描述、探求。•堆浸的适用条件：①矿石易浸；②品位低，且储量大；③品位高而储量小、交通不便、分散的小矿点。3堆浸法的工艺流程及方法•3.1非筑堆浸出法•3.2堆浸法的工艺流程•3.3堆浸前期研究工作•3.4堆浸法的基本工艺•3.4.1堆场的建立•3.4.2筑堆及其设备•3.4.3布液3.1非筑堆浸出法这种方法一般用于露天废石堆场中。废石堆有的位于山坡，有的位于山谷中，因此，其堆的形状、大小均各不相同，由于这些废石堆都是经矿车装卸形成的。所以它有一个石块自然分级的过程，一般堆底大块较多，孔隙度大，通风好，氧化程度较高，同时渗透性较好。实践证明：由于大堆比小堆便于喷淋和收集浸出液，所以大堆比小堆的浸出效果更好。如果打算将废石堆的金属进行回收，则事先考虑便于浸出回收的一些相关因素：如简单的防腐、防漏底板（黄泥）、浸出液流向的自然坡度等。3.2堆浸法的工艺流程3.3堆浸前期研究工作•（1）研究内容•a.工艺矿物学——主要是指与浸出效果有直接影响的，如矿石的物质成份（碳酸盐、Fe、Ca、Mg、Si、Al、U……），有用组份的赋存状态及泥含量，同时还需研究矿床的成因、矿石的结构、形状以及氧化情况。•b.被浸矿石破碎最佳粒度；•c.合理的溶浸剂选择及配方；•d.堆场的底板结构——既经济又实用；•e.筑堆方式、规模及形状；•f.布液及喷淋方式；•g.矿石的渗透性；•h.金属浸出率；•i.浸出液的回收方式。3.3堆浸前期研究工作•（2）研究方法•a.取样要求所取的样品必须具有代表性；•b.样品分析•c.工艺试验①搅拌浸出实验:大概了解矿石的浸出性能②柱浸实验:了解溶浸剂的消耗量及金属浸出率等③现场条件试验④半工业性试验⑤铀金属浸出率的计算方法•三种计算铀金属浸出率的方法a、渣汁浸出率原矿样重与浸后渣重变化不大：原矿样重与浸后渣重变化较大：式中：——渣汁浸出率（%）；——原矿铀品位（%）；——浸后渣铀品位（%）；——原矿样干重量（kg）；——浸后渣干重量（kg）。b、液汁浸出率式中：——液汁浸出率（%）；——浸出级数；——第n级浸出液浓度（g/L）；——第n级浸出液体积（L）c、液渣汁浸出率式中：——液渣汁浸出率（%）；其它符号同前。12t1ccPc1122t11QcQcPQctP1c2c1Q2Q%nnnn1Lt11aVP100Qc1000LPnannV%nnnn1Ltnnn22n1aVP100aV+Qc1000LtP3.4堆浸法的基本工艺堆浸法的基本工艺过程包括：矿石加工、堆场、筑堆、布液及浸出等五大部分。•3.4.1堆场的建立•3.4.2筑堆及其设备•3.4.3布液•3.4.4溶浸剂的种类及浓度•3.4.5浸出（矿）3.4.1堆场的建立•1、堆场场地的选择原则•⑴就近——矿区坑口附近，以减少矿石的运输量；•⑵地势较平坦——地表呈2—10°坡度，以减少场地的平整量；•⑶场底结实——无裂隙，以免浸出液渗漏；•⑷不占耕地——尽量利用废地或采空区；•⑸避免汇水处——以防山洪及滑坡事故的发生；•⑹水、电、路——三通方便；•⑺远离居民生活区；3.4.1堆场的建立•2、堆场面积的确定堆浸场地面积的大小取决于矿山的年生产能力、地形及筑堆高度等因素。•单堆底面积的计算：式中：s—单堆底面积（㎡）；δ—矿石松散容量（t/m3）；q—单堆矿石量（t）；KK—堆场系数，一面靠山时取1.25～1.40，三面靠山时取0.85～1.10；•堆场单位个数的计算：式中：Q1——堆场上的矿石量(t)；ns——堆场单堆个数（个）q——单堆矿石量(t)；KqSKHsQn1q3.4.1堆场的建立•3、堆场底板的结构（四种形式）堆场的底板垫层结构有粘土型、地膜型、沥青混凝土型及复合型几种。•堆场底板垫层的基本要求：⑴有足够的抗压能力，能承受矿石的重力和施工设备给予的压力；⑵有一定的坡度(2～10°)，能及时排出矿堆中的浸出液；⑶渗透性低，一般小于1×10-7㎝/s；⑷与浸出液不起化学反应，也不会对被浸出液离子起物理或化学吸附作用；⑸使用周期长，能经受各种自然条件变化的考验；⑹对人体健康不会产生影响；⑺施工方便，易于掌握；⑻成本低，材料来源广；底板垫层结构•粘土型垫层结构：在压实了的地基上，分层铺粘土层(加入3~5%澎润土)，然后分层压实。•地膜垫层结构：用各种聚氯乙烯、高密度聚乙烯软板等作垫层，其渗透性低(1×10-13㎝/s)，但其抗压、抗刺破能力较差。•沥青混凝土垫层底板：其渗透率为10-8~10-10㎝/s，它的渗透性介于粘土和地膜之间，且抗压、抗刺破性能好，但一次性投资很大。•复合型垫层：由一层低渗透率粘土、一层地膜和一层低渗透率粘土复合而成。3.4.2筑堆及其设备矿石筑堆是堆浸法的一项重要工艺。筑堆质量的好坏与浸出效果有直接的关系。矿堆的任何形状及尺寸，取决于矿石的性质、块度、堆场面积、堆场规模及地形地貌等因素而定。•3.4.2.1筑堆设备常用的筑堆设备有：推土机、大型后卸式汽车、皮带运输机、铲运机、弧形筑堆机、还有前端式装载机、电扒等。•3.4.2.2筑堆方法⑴后退式筑堆法特点：从距供矿点最远处开始筑堆，逐渐向供矿点靠近。⑵前进式筑堆法特点：筑堆设备需在已筑好的部分矿堆上行走。⑶多层叠加筑堆法特点：是指一个矿堆浸出完结后，不卸堆，继续往上堆矿，再浸出。后退式筑堆法筑堆的步骤、方法：•①将矿石从供矿点用机械输送到堆场最远端部下，即开始筑堆。用于输送的设备主要有：后卸式汽车、前端式装载机、皮带运输机、弧形筑堆机，还可以使用小的双轮手堆车等。•②当堆场的一部分堆达到设计高度后，输送矿石的机械开始后退，并紧靠着矿堆继续卸矿，如此依次后退卸矿、筑堆，从而使矿堆不断延伸扩大形成一个符合设计要求的堆场为止。•后退式筑堆法的优点是：1、可以避免或减轻矿堆被机械或人工的反复行走而压实；2、可以减少矿石的离析作用（皮带运输例外）；3、能保持矿堆自然形成的特性，特别是渗透性。前进式筑堆法筑堆步骤、方法：•①利用地形之差，或现修一条斜坡道，由运输机械就近将矿石卸到堆场上；•②矿石逐层上堆；•③矿石堆到规定高度后，运输机械直接在矿堆上往前卸矿，如此依次推进。这种方法的主要设备是后卸式汽车。前进式筑堆法的特点：•①矿堆高度不受筑堆设备的限制，即矿堆可高可低，灵活性大；•②设备投资少；•③堆场的有效面积利用率大。缺点：筑堆设备在矿堆上行走，将矿堆压实，影响了矿堆的渗透性。因此，该方法只适应于渗透好，块度大的矿石，而对含泥量高造粒堆浸更不能使用。这种方法劳动强度大，工业卫生条件也较差。前进式筑堆法多层叠加筑堆法这种方法是指一个矿堆浸出完结后，不卸堆，继续往上堆矿，再浸出。这种方法有诱人的前景：•①省去了卸矿的时间和费用；•②节省了场地；•③使下层矿石中的未浸完金属可继续得到浸出，提高金属回收率。但这种方法必须研究和解决如下问题：•①在增加多层矿石的压力下，如何保持矿堆的稳定性；•②如何维持下层矿石的渗透性；•③如何保证浸出液中的金属离子或络合物不因缺氧或pH值变化而引起化学沉淀。3.4.3布液布液是堆浸工艺中的一项重要工艺。如何将溶浸液均匀地分布于矿堆表面，这与布液方式和装置有关。堆浸的布液方式和装置种类较多，主要的有如下3种：•1)喷淋式布液•a.固定喷淋式•b.旋转喷淋式•2)滴管式布液•3)堰圹灌溉式布液1)喷淋式布液喷淋式是应用最广泛的一种布液方式，而它又分为固定式和旋转式两种。•a.固定喷淋式它是通过在管道上按需要以一定的间距钻孔，或者在管道上安装淋浴用的淋喷头，在泵或高位槽的压头下溶浸液从洞孔或淋喷头的小孔中分散喷出，滴落于矿堆表面的一种喷淋方式。•b.旋转喷淋式这种布液是