杨冬　谭凯旋

摘要：为了提高矿石堆浸浸出的效率，本文主要对浸堆的构筑、矿石性质、布液的方式以及溶浸液等多种因素进行了综合性分析，并充分结合了有关实施工艺，探讨了主要的解决方法，并为在微生物作用下提高矿石堆堆浸浸出效率提供了明确的发展方向。

关键词：矿石堆浸；浸出率；影响因素

前言

溶浸采矿目前主要可以分为堆浸法、地浸法以及搅拌浸法。堆浸法指的是在地表的适宜位置中对矿石进行筑堆，并利用一定的布液方式将相应的溶浸液浸入到矿堆中，从而使溶浸液在矿堆的渗滤作用下可以对浸出的成分进行针对性的选择，之后收集在浸堆底部中流出的富液，最后依靠萃取电积法回收其中的贵重金属。堆浸技术主要用于一些低端金矿产品的处理，目前我国很多矿石处理技术存在浸出效率低以及生产周期长的缺点，因而为了有效提高矿石的浸出效率，对浸出率的影响因素进行探析，就显得尤为重要。

一、影响浸堆浸出率低下的主要因素

堆浸效率低下的影响因素主要包括矿石粒度、矿石性质以及浸堆构筑、浸出时间以及浸出环境等，其中决定性因素是矿石本身的性质。

矿质性质主要指的是矿石结构、物质组成、氧化性、坚固性以及硬度等。针对我国目前的技术进行分析，针对结构较为疏松且发育较好的矿石而言，浸出效率较高且针对性较好。然而，针对粘土含量较高的矿石而言，浸出效率较低会阻碍溶浸液扩散。同时因矿石中含有一些碱性物质，例如钙、铁以及铅等化合物，也会对金属的溶解率造成一定的影响，消耗掉更多的溶浸液。针对碎胀性良好的矿石来说，对溶浸液浸出有一定的促进作用；反之，针对碎胀性较差的矿石而言，因其渗透性较差，因而不利于渗流。若是矿石的氧化性较好就极易溶解在稀硫酸中，并且这种反应在室温下反应的速率会加快。

若是浸堆的构筑不当也会导致浸出率低下，地表上的矿堆构筑在通常情况下会通过装载机来进行筑堆。在用运载车来进行筑堆的过程中，最主要的问题就是因车轮碾压导致的矿堆渗透性下降。

在通常情况下，矿石的粒度越细，表明矿石颗粒中表面积就越大，浸出的效果就越好，同时浸出周期以及浸出率也会有所提高。

溶浸液的配置过程对矿石浸出来说，同样具有非常重要的作用，在进行实际工业生产之前，首先一定要进行摇瓶试验，进而确定溶浸液的主要配置比例，例如在采用H2SO4溶液进行浸出的过程中，H2SO4溶液的配比为按1：4.5的比例将水以及浓H2SO4溶液进行混合。现阶段矿石堆浸液中采取的主要的溶浸药剂的成分为碱以及酸溶浸液。例如针对铜矿石可以采用H2SO4溶液，稀土矿物可以采用NaOH溶液，铀矿石也可采用H2SO4溶液等等。

二、相关影响因素的分析与解决

1.矿石性质

矿石的结构、物质组成、硬度以及氧化性等特性，在通常情况下是固定不变的，只有在矿石可浸的条件下，通过其他有关因素的优化控制，才能达到最佳的浸出率。

2.浸堆的构筑

浸堆构筑的方式在很大程度上对矿堆的渗透性会带来极大的影响，通常情况采用的是倒推式的筑堆方式，这样就不必使车辆在矿堆上行走，有效地防止了矿堆被压实以及矿石颗粒发生偏折的现象出现，从而保持了矿堆自然成堆的良好的渗透特性。

依据Boussinesq的有关理论，在裘布进行假设的基础上，结合堆浸相关工艺，就可以得出二维渗流浸润面的有关模型：

x（Kxhx）+x（Kyhz）+W=μht

在上式中：KX以及Ky分别表示的是堆浸矿堆在x以及y方向上的渗流系数；其中h为浸润面中某一位置处到矿堆底板隔离层的高度；其中W表示的溶浸液中喷淋的强度；μ表示的此溶浸中的粘度系数；x以及y表示是在浸润面上某一点分布的纵坐标在x以及y方向上的变化率；ht表示是浸润面中某一位置到矿堆底板隔离层中高度随时间的变化率。

3.粒度分布

由图1我们可以得知，在矿石粒度增加的条件下，浸出率也会逐渐下降，当粒度为200mm时，浸出效率仅为40%。但是受到破碎成本的影响，矿石颗粒不能无限制地破碎下去，同时也会增加矿堆中的含泥量，导致勾流现象出现，对布液的浸出也会带来一定的影响，导致浸出效率降低。

因而，针对矿石块度我们有必要进行相应地优化，并结合矿石的一般性质以及其他因素，通过室内试验以及建立数学模型等方式，确定浸出率以及粒度、矿石块度之间的关系，从而获得最佳的浸出率。

4.布液方式及强度

（1）布液方式

在堆浸方法中，通常情况下，我国采取的是喷淋的方式对矿堆进行布液，并且大多数采用的是旋转摇摆式的喷头。现阶段，我国国内新推出了一种经改进之后的喷头，也就是旋转漫射式喷头，经实践得知，这种喷头的使用效果较好。

另一方面，也可以通过在矿堆内部设置一些渗透类型的装置来不断增强矿堆具有的渗透特性。渗透器主要可以分为百叶窗式以及管式两种类型。也能在矿堆中采取直接布液的方式，其中布设的方法主要是在矿堆构筑完成之后，利用人工钻孔的方式来进行施工，同时也在筑堆之前，就预先布置好之后再采取移动式的吊车筑堆方式来进行筑堆。其中砂井可采用现场进行灌注的方式，同时也能采用疏干地下水中常用的塑料排水板。

（2）布液强度

矿堆中非饱和以及饱和区中的分界面是一种椭圆形的曲面，会随着浸润强度的增大而逐渐升高。当布液强度达到一定程度时，浸润面中的高度和形状就会保持在一个动态的平衡下，同时，在饱和区中矿石颗粒就会在溶浸液作用下全部浸泡，此时溶浸液就会围绕矿石颗粒做绕流运动，具有一定的搅拌作用，对金属向溶浸液中扩撒和溶解具有一定的促进作用。因而，一些学者认为，在饱和区中有用物质的浸出效果要强于非饱和区。并且在矿堆中饱和区的大小以及浸润面的高低对浸出效果也带来了一定的影响。但是在通常情况下，布液的强度也不宜过大，否则会对矿堆表面造成冲刷，形成泥化现象，也会扩大成本投入。因而在实际情况下，要依据柱浸实验以及相关工业试验选择适宜的布液强度，从而达到最佳的浸出效果。endprint

5.溶浸液

为了有效提高矿石的浸出效率，在通常情况下会在溶浸液中加入适量的微生物，例如氧化硫硫杆菌、氧化铁杆菌以及高温嗜酸古细菌等，从而创造出一个良好的生长繁殖环境。同时，溶液的PH值要控制在1.8～2.2，氰化浸金时则要将PH值控制在11左右。依据有关资料得知，细菌浓度在低于108个/ml时，此时的溶浸作用较为缓慢；在108～109个ml之间时，溶浸作用较为强烈；当细菌浓度高于1010个/ml时，溶浸作用强度又会下降。因而通常情况下会将溶浸液中的细菌浓度控制在108～1010之间。

在溶浸液初始时采用浓度较高的溶浸液，然而再逐渐缩小浓度，最终通过对浸出液中的PH值以及细菌含量进行调节和分析，从而最终确定浓度值变化。

6.浸堆环境

矿石浸堆的主要环境因素包括：浸出温度、降水量以及阳光辐射等条件。例如在对硫化铜矿石浸出的过程中，通常情况下使用的是Fe2（SO4）3溶液，在发生反应的过程中涉及的主要化学方程式为：

CuFeS2+2Fe2（SO4）3+2H2O+3O2→CuSO4+5FeSO4+2H2SO4

微生物浸出，细菌对硫化矿区起到的主要是氧化以及催化作用。从上述反应式中我们得知，在浸出的过程中O2也参与到反应之中，并且在溶浸液中O2以及CO2的浓度也会对浸出效果造成直接的影响。在通常情况下，O2在溶液中的溶液度会伴随着温度的升高而逐渐发生变化，其中水中的氧浓度在8～12mg/L。因而，在一些高原地区中，因含氧量不足也会导致溶液浸出缓慢，致使浸出效率降低。解决浸堆中含氧量不足的主要措施为堆中布液以及钻孔等措施，同时也可在溶浸液中直接加入O2。

7.其他因素

除上述因素之外，对浸出率造成影响的因素还包括浸出周期以及浸出时间等，并且认为浸出率会随着浸出时间的增加会逐渐增加，在实际情况下现场的浸堆时间是实验室中柱浸时间的3～6倍。另一方面，在微生物浸出中微生物的种类以及群落组成，孔隙度以及空隙压力等因素也会对浸出率造成一定的影响，但是具体的影响结果还有待于研究人员进行进一步的探索。

三、结论

综上所述，在对浸堆的影响因素、作用机理等进行深入地分析后得知，可以将研究的理论成果应用到相关技术模型中，从而用于指导工业实践；从微生物的角度分析，在未来的发展过程中可以开展一些物理以及化学方面的因素作用对微生物浸出的影响的研究，对我国未来的矿石浸堆研究具有非常重要的意义。

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作者简介：杨冬（第一作者），（1989.1-），男，汉族，河南信阳人，学历：硕士，研究方向：溶浸采铀。

谭凯旋（第二作者），教授，博士生导师，享受政府特殊津贴专家。在国内外重要学术刊物发表论文100多篇，主要从事地球化学与成矿动力学、溶浸采矿、复杂性科学、核技术应用、环境科学等方面的教学和研究工作。endprint