提高堆浸浸出率的方法和途径

       堆浸工艺技术是目前我国采冶方法的主要研究与发展方向之一。堆浸又分为地下堆浸(主要是原地爆破浸出)和地表堆浸,已普遍应用于铀、金等金属的开采,取得了良好的经济效益和社会效益,使许多矿山走出了困境。衡量堆浸效果与可行性的关键技术指标是待浸金属的浸出率,它取决于矿体的开采技术条件,矿石的可浸性以及堆浸工艺技术。堆浸工艺技术的完善与进步不仅可提高浸出率和堆浸矿山的经济效益,而且对矿体的开采技术条件、矿石有关性能的要求随之降低,从而促进堆浸工艺技术的推广应用。堆浸工艺技术包括筑堆、布液、集液、强化浸出等方面,本文主要从这几个方面简要探讨提高堆浸浸出率的方法和途径。

1 建造浸出条件良好的待浸矿堆

根据矿体的开采技术条件、矿石性能等具体情况选择适宜的爆破落矿筑堆方案以及爆破工艺参数(原地爆破浸出),或采用合理的筑堆方式和堆矿参数(地表堆浸),建造浸出条件良好的待浸矿堆。

1.1 矿堆的粒级组成

单就矿石粒度而言,矿石越细则浸出周期越短,浸出率越高。但由于受矿石破碎成本等经济因素的制约以及过细的矿石粒度可能造成矿堆泥化、板结等不利于布液浸出的情况,因此对于不同性质的矿石有其合理的粒级组成。如陕西某铀矿,矿石可浸性良好,特点是含泥量较高,矿石经硫酸浸泡后易破碎解体,因此其堆矿粒度不宜过细,否则易造成矿堆泥化板结,影响浸出剂的均匀渗滤以及降低矿堆的渗透性,反而不利于提高浸出率;江西某铀矿,矿石可浸性一般,特点是致密坚硬、裂隙不发育,浸出剂难以渗入矿石内部,经取渣样观察分析,粒度大于150mm的矿石浸出率较低,因而,对于该类型的矿石,则应尽量破碎得细一些。

因此,堆浸矿石必须进行粒度优化,从岩石破碎处理、回采工艺过程、矿石性能和生产成本等方面的统一研究观点出发,通过生产性试验、模拟研究试验和建立数学模型以及优化模型等方法,找出矿石粒度与破碎成本、浸出率的关系,以确定合理的矿石块度组合及其控制参数,创造最佳经济效益和社会效益。

1.2 筑堆方法

1.2.1 原地爆破浸出

对于规模较大的矿体,一般采用深孔分段爆破留矿法和深孔阶段爆破留矿法筑堆;对于规模较小、厚度较薄的矿体,可采用浅孔爆破留矿法筑堆。

深孔爆破落矿筑堆尽可能采用小补偿空间微差挤压爆破方案,以提高矿石的破碎程度。其优点是生产强度大,效率高,作业安全,矿堆呈自然堆积而有利于浸出剂的均匀渗滤;缺点是落矿筑堆一次完成,如爆破效果不好,无补救机会。浅孔留矿筑堆方法的优点是容易控制矿石粒度,有二次破碎机会;缺点是效率低、作业安全性差,当矿石含泥量较大时,易造成矿堆泥化板结,恶化矿堆浸出条件。因此,必须按照预定的矿石粒度要求,根据矿体开采技术条件,选择合理的爆破方案和工艺参数,精心设计、施工,确保良好的爆破效果,这是堆浸取得成功的关键。

必须注意,根据矿堆中溶液运动的基本规律,原地爆破浸出最适于开采倾角大于70°的矿体,对于小于70°的矿体,需要崩落部分围岩或者采取相应的布液方法,以消除浸出死角,使矿堆浸出均匀。

1.2.2 地表堆浸

为了保证矿堆均匀良好的渗滤性,提高浸出率,地表堆浸的筑堆原则是:1、尽量避免或减轻矿堆被筑堆机械或人员的反复行走而造成的压实和泥化板结;2、避免矿石的离析;3、矿石呈自然堆积状。

视堆浸场地的具体条件,可采用装载机,皮带运输机或专用筑堆机械(如核工业铀矿开采研究所研制的弧形筑堆机)筑堆。推土机的筑堆效果较差,如江西某铀矿使用推土机筑堆,造成矿堆压实,泥化板结以及矿石的离析,严重影响了矿堆的渗滤性,难以达到预期的浸出率。

1.3 矿堆高度

高矿堆的浸出规律是从堆表往下浸出率逐渐降低,有明显的浸出梯度,矿堆下部浸出效果较差。如陕西某铀矿原地爆破浸出矿堆的浸出情况为一分段渣中w(U)=0.009%,浸出率92.9%;二分段渣中w(U)=0.014%,浸出率89.0%;三分段渣中w(U)=0.024%,浸出率81.1%。

因此,为提高浸出率,矿堆不宜过高,必须根据矿石性质、堆浸场地条件、矿体的开采技术条件等具体因素,确定合理的矿堆高度。

2、 选择合适的布液方法,浸出剂浓度和布液强度

根据矿堆条件、矿石性质等具体情况,选择合适的布液方法、浸出剂浓度和布液强度,以保证堆浸的高效率。

2.1 布液方法的选择

选择布液方法的基本原则,一是布液均匀,二是消除浸出死角。有时必须同时采用几种布液方法对矿堆进行综合布液。

喷淋式、滴灌式、微灌喷淋式和堰塘灌溉式布液方法适用于地表堆浸以及有自由空间的地下堆浸,应根据当地气候、矿石块度、含泥量等具体条件来选择。堰塘灌溉式布液方法由于无法控制布液强度,且易造成矿堆表面局部冲刷泥化,引起不均匀渗透,因此建议一般不采用。

矿堆表面无作业空间或形态变化较大、倾角较小时,可采用钻孔布液方法或以其对矿堆进行补充布液。核工业铀矿开采研究所为此专门研制了在松散矿堆中带布液套管钻进的钻具,在陕西某铀矿取得了良好的应用效果,解决了该矿的布液问题。

对于倾角较小、采用浅孔留矿法筑堆的矿体,可采用分段预埋布液管网式对矿堆进行布液,以消除上盘浸出死角。

2.2 浸出剂浓度的选择

在浸出初期采用较高的浸出剂浓度,而后逐渐降低,一般通过分析浸出液pH值来确定浸出剂浓度。浸出剂的浓度不宜过高,否则易造成矿堆结垢及浸出液中杂质过多,不利于提高浸出率以及浸出液的后序工序处理。一般在生产前,先进行室内柱浸试验或台架试验,以确定布液浸出参数。

2.3 布液强度的选择

布液强度主要受矿堆的渗透性制约,布液强度过小易造成矿堆结垢,延长浸出周期;布液强度过大,则易造成沟流,恶化矿堆浸出条件,浸出液金属浓度也将降低。因此,必须根据矿堆

条件、矿石性质选择合适的布液强度。据有关资料,美国金矿堆浸的布液强度一般为6.9~15.0L(h·m2),铀矿堆浸布液强度为15~25L(h·m2)。

3 制定适宜、周密的集液方案

矿堆的底部结构应便于浸出液收集并及时排出,以充分收集浸出液,减少渗漏损失。爆破筑堆的设计应考虑将矿堆底部爆破成漏斗形,以利收集和排出浸出液,浸出液可利用井巷或打专门钻孔导出。如陕西和江西某铀矿即采取这种方法,效果良好。

确定浸出液是否流失以及流失程度,可根据矿体的水文地质条件以及气候条件计算溶液平衡,并在有关水流中设立监测点。

4 强化浸出

矿堆浸出一定时间后,浸出液金属浓度逐渐降低,需要通过延长浸出时间来回收矿堆中剩余的金属,但仅靠延长浸出时间不一定能达到预期的浸出率,从经济角度考虑也不可行,因此有时必须采用各种加速物质交换过程和改善浸出条件的强化浸出的方法和手段来缩短浸出周期和提高浸出率。

前苏联以强化过程消耗的能量形式为分类基础,将强化浸出方法分为物理法、化学法、细菌法、机械法和爆破法等5种。国内堆浸矿山已将化学法、细菌法和机械法应用于生产,取得了一定效果。

化学法和细菌法是通过加氧化剂、细菌等手段提高矿堆的氧化性,加快浸出过程。机械法是通过对矿堆的再次松动而改善浸出条件,其作用主要是矿石移动时的再破碎以及消除因板结造成的局部未充分浸出以及沟流现象,从而改善了矿堆渗滤性。地下矿堆可通过从井巷工程放出部分矿石使矿堆再次松动,地表矿堆则可采用机械设备进行翻堆。如江西某铀矿,用挖掘机对矿堆进行翻堆后,浸出液铀质量浓度从100mgL左右提高到700mgL,最高可达1gL,500mgL以上的铀质量浓度维持了近两个月,浸出周期缩短了约一个季度,浸出率提高了10%~20%。

5 结论与建议

1)必须从筑堆、布液、集液、强化浸出等堆浸工艺流程综合考虑,根据矿体的开采技术条件、矿石性质等具体情况选择合理的工艺技术参数和采取相应的技术措施,以提高矿堆浸出

率。

2)加强实验室的研究试验和基础理论工作,为合理选择堆浸工艺参数提供可靠的依据,指导工业生产。

3)重点研究倾斜矿体布液技术以及水文地质条件较复杂的矿体的集液防漏技术,促进原地爆破浸出采矿工艺的推广应用。