試論當前堆浸工藝設計的若干要點

袁國才

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西 南昌 330002)

與傳統(tǒng)的選礦工藝(碎磨與浮、重、磁選)比較，堆浸工藝具有投資省、成本低、基建時間短、生產(chǎn)環(huán)節(jié)少等優(yōu)點，但也有一些局限性。在工藝生產(chǎn)、廠址選擇和布置、工作制度、工藝條件、所采用的設備、材料等方面，堆浸工藝與傳統(tǒng)工藝有所不同，具有自身的一些特點。幾十年來，堆浸工藝伴隨著技術(shù)進步和創(chuàng)新，迅速成長、發(fā)展，設計方面也積累了不少經(jīng)驗和知識。但總的來說，尚不夠完整、成熟、規(guī)范，缺少可指導設計的內(nèi)容比較全面的工具書，不少東西有待總結(jié)和進一步探索。

1 堆浸工藝與廠址選擇

堆浸場址的選擇原則，與傳統(tǒng)工藝有相同之點，也有不同之處。相同的有：不占或少占農(nóng)田，遠離居民區(qū)；廠(場)址不壓在礦床范圍內(nèi)，不在采礦塌落區(qū)與爆破危險界限之內(nèi)；盡可能使重車下坡運輸。不相同的有：堆浸場可能與采礦場和尾渣庫距離短，盡可能就近建設，降低運礦成本；堆浸場應盡可能與廢石場共用一個山谷，以減少污染源；充分利用地形地勢條件開挖液池，布置防洪排水系統(tǒng)。

堆浸濕法工藝通常由碎礦系統(tǒng)(有時含洗礦、制粒)、堆浸、吸附(萃取)、濕法冶煉等工序(本文僅討論堆浸)組成，一般不需要建磨選車間。磨選車間有不少大型設備，生產(chǎn)期間需要運入大宗材料和運出精礦產(chǎn)品，需要配一定等級的公路，需要選擇面積較大、地形比較平緩的場地。為達此要求，一般很難靠近采場，所需廠址離采場有一定距離，有的選廠距離很遠，致使運礦設備投資和成本較大。

采用堆浸工藝，廠址選擇變得相對簡單。由于碎礦系統(tǒng)對地形適應性較強，堆浸場地可因地制宜，整個選廠設施不必遠離采礦場，可縮短運礦距離，減少投資和成本。

堆浸場應盡可能與采礦廢石場設在同一山谷或相鄰山谷，盡可能用廢石場兼作浸出后的尾渣庫，縮短排廢的距離，降低成本，且減少礦山污染源。這種情況下，排水防洪、泥石流防治及污染防治等設施可集中設計，既減少投資，又便于管理。

2 堆浸設施應該根據(jù)地形特點布置，既降低生產(chǎn)成本，又兼顧環(huán)境保護

總的來說，堆浸場對地形條件要求不高，可因地制宜，根據(jù)地形特點分別設置永久性卸堆式堆場或疊加式堆場。如山頂、山坡地勢較緩、較開闊，宜用以構(gòu)筑永久性卸堆堆場。每次拆堆后的廢渣，可就近推入山谷，并以此逐步擴大堆場面積。如山脊陡峭，山谷有比較開闊平緩的場地，可在谷底構(gòu)筑疊加式礦堆。當今大型堆浸礦山，以在山谷中建疊加式礦堆為多數(shù)。底墊輔在選定的底層，一個周期噴淋浸出完成后，尾渣不排放，將新采出的礦石真接堆放在其上(也可隔若干層重新鋪底墊)，筑好堆后開始新一輪的噴淋。如此不斷地疊加，直到不能再堆高為止。設計時，應優(yōu)先考慮采用疊加式堆場。大量的生產(chǎn)實例表明，與永久性卸堆式堆場相比，疊加式堆場有如下幾方面的優(yōu)點。

①場地平整費用較低；②由于連續(xù)堆浸，浸出率較高；③可省去洗堆、拆堆和運尾渣作業(yè)，生產(chǎn)成本較低(每噸礦石可降低3～5元)；④堆場與尾渣場合一，可減少污染面積。

但在山谷底部構(gòu)筑堆場，修筑公路通常難度較大。無論是永久性卸堆堆場還是疊加式堆場，運礦公路均為簡易公路。公路通常沿堆場邊開拓，內(nèi)側(cè)為山坡，外側(cè)為堆場。沿山坡內(nèi)側(cè)靠公路挖排水溝，將界區(qū)內(nèi)山體匯水排至堆場的排洪溝。隨著疊加式堆場面積的擴大和標高的抬升，進礦公路和排洪溝也往山坡上部遷移。堆場每筑高10m左右，應留有適當?shù)陌踩脚_，且使堆場邊坡保持一定的角度。當?shù)V堆向上移至一定高度時，下部安全平臺和坡面，可以進行覆土造林，恢復植被，防止水土流失和泥石流事故。

無論采用哪種堆場，整個堆浸作業(yè)均有多個小堆場。每個小堆場均設有集液溝。生產(chǎn)經(jīng)驗告訴我們，集液溝最好設雙溝。在浸出不同時期，根據(jù)溶液的品位高低，決定流入貴液池還是中間池。整個堆場下游應建兩個以上的溶液池，一個為貴液池，一個為中間池。有的還需設貧液池。貴液池內(nèi)可分隔為兩部分，一邊為貴液池，另一邊為澄清池。貴液池的貴液用泵揚送或自流至吸附(萃取)系統(tǒng)。貧液池用于儲存吸附后的貧液或萃取后的萃余液，添加藥劑(氰化物或硫酸等)后輸送到堆浸場噴淋。

過去，一些礦山把貴液池、中間池建筑在堆場下游的最低處，暴雨季節(jié)洪水直接經(jīng)過，產(chǎn)生沖池、漫池，造成金屬損失和環(huán)境污染。鑒此，設計時，應根據(jù)地形條件，將溶液池設在避開洪水徑流線的位置，并在池周邊做好排洪設施。小型礦山溶液池，有的用金屬板或高分子塑料板拼焊。大中型礦山，由于溶液池體積較大，可用砼結(jié)構(gòu)，也可依地形條件挖掘土坑，內(nèi)鋪防滲膜或黏土，施工速度快，又節(jié)省投資。不少礦山采用此種作法，能做到平時不滲漏，暴雨季節(jié)不發(fā)生沖池現(xiàn)象。

堆場下游必須設具有一定容積的防洪池，否則暴雨季節(jié)不可避免地會造成金屬損失和環(huán)境污染。防洪池宜設在堆場周邊匯水范圍下游集結(jié)處。一般不建砼結(jié)構(gòu)，采用挖地坑鋪設防滲膜的形式建造。由于防洪池內(nèi)液體含有部分金屬離子，通常被揚送到貧液池，作為噴淋液，在堆場內(nèi)部構(gòu)成液體循環(huán)，平時一般無廢水外排。規(guī)模較大的堆浸場與廢渣場，為了達到環(huán)境保護的要求，在下游出口處設置擋砂擋泥壩。雨季，壩內(nèi)可蓄水，實際可兼作防洪池。當堆浸場與廢石場共處一個山谷，廢石場下游的攔擋壩形成的水庫，可當作堆浸場的防洪庫，不必另建防洪池，或在攔擋壩上游建一小防洪池調(diào)節(jié)使用(非雨季期間)。

3 堆浸設施設計

堆浸設施設計計算，主要有堆浸場面積計算、溶液池和防洪池的容積計算。

堆浸場面積計算，目前國際上尚無公認的通用的計算公式。過去的設計，大多參照同類型礦山生產(chǎn)情況，憑經(jīng)驗確定堆浸面積。本文推出一公式如下：

(1)

式中：S為堆場總面積，m2;Q為選廠日處理礦石量，t/d；d為堆浸生產(chǎn)一個周期的天數(shù)(含筑堆、卸礦的天數(shù))，d；f為堆場面積系數(shù)，包含堆場死角、運輸?shù)缆返龋ǔＨ?.2～1.3；δ為礦石松散密度，t/m3；H為礦堆堆高，m。

從式(1)可知，堆場面積與日處理的礦石量、堆浸周期天數(shù)成正比，與礦石的松散密度、堆高成反比。

擬定公式(1)的基本思路是：堆浸作業(yè)有多個小堆場，交替進行筑堆、噴淋(初、中、晚期)、洗堆、卸堆等作業(yè)，是連續(xù)的過程。生產(chǎn)正常情況下，堆場面積理論上是個常數(shù)。堆浸一個周期，需很多天才能完成，但每天運入堆場的礦石量是穩(wěn)定的。因此，當堆高確定后(松散密度也為定值)，決定堆場面積的是一個周期內(nèi)處理的礦石總量，即日處理礦石量乘以一個周期的天數(shù)，與全年礦石處理量無直接關(guān)系。

筆者用公式(1)對大量生產(chǎn)實例進行驗算，計算結(jié)果與實際情況相當接近。因此認為，公式(1)可推廣作為設計計算堆場面積的通用公式。

防洪池的計算。防洪池容積通常按容納堆場內(nèi)部連續(xù)降雨若干小時匯水量來確定。但降雨時間多長為宜，沒有絕對標準。東北大學出版社出版的《堆浸法提金工藝與設計》介紹的公式為：

(2)

式中：V為防洪池容積，m3；K為保險系數(shù)，一般為1.1～1.3，根據(jù)氣象資料的可靠性確定，可靠性大時取下限，反之取上值；e為每小時最大降雨量，m/h(根據(jù)當?shù)?0～100年氣象資料而定)；h為最大連續(xù)降雨小時數(shù)，h(根據(jù)當?shù)?0～100年氣象資料而定)；s為堆浸場總面積，m2。

在使用公式(2)時，最大連續(xù)降雨小時數(shù)難以確定。南方地區(qū)，這個數(shù)字通常較大，依公式(2)算出的防洪池容積很大。在設計中，有時設定最大連續(xù)降雨時數(shù)為8～10h來計算，認為堆場經(jīng)暴雨沖洗8～10h后，金屬離子及藥劑濃度已大為稀釋，隨洪水漫流出去，對下游污染不嚴重。實際上，如前所述，大一些的堆浸場及廢石場，為防止泥石流泛濫，盡可能在山谷出口處筑攔擋壩，形成的庫容比一般防洪池大的多，可不必設防洪池。公式(2)主要適用于下游無攔擋庫，單獨設置防洪池的計算。

溶液池(富液池、貧液池、中間池)容積計算。有的書籍介紹了計算方法，認為金礦堆浸按每1000t礦石6.5m3貴液池容積為宜，貧液池與富液池容積相當。由于銅礦堆浸獲得的貴液是進萃取系統(tǒng)，所需溶液池的容積比金礦應大得多?？偟脑瓌t是，溶液池的容積應與堆場規(guī)模相匹配，同時也滿足后續(xù)作業(yè)的儲存要求。

4 堆浸工作制度

堆浸在露天作業(yè)，受氣候影響較大，惡劣天氣條件下，往往難于維持正常生產(chǎn)。中國南方雨季時間長，北方冰凍時間久，都會使堆浸生產(chǎn)全年工作日縮短。南方堆浸生產(chǎn)經(jīng)驗表明，小雨天氣對生產(chǎn)影響不大。有些礦山用防雨膜罩蓋堆浸場，并加強堆場防排洪和溶液池管理，使堆浸生產(chǎn)在雨季期間(除非大暴雨)也得以繼續(xù)進行。南方地區(qū)年工作日，一般可達300d。但北方地區(qū)冰凍期間要維持正常生產(chǎn)，難度大得多。北方在冬天通常采用的辦法，是使堆浸作業(yè)在覆蓋層或覆土層下面進行。噴淋輸送管可采取兩種方式安裝，一是沿地面上布置，管子外面包裹較厚的防凍層；二是埋在地表1.5m以下。設計地下敷設的壓力輸液管時，特別要注意，當管子從低往高布置時，不可以在中間出現(xiàn)低陷點。否則，當水泵暫停工作時，中間低陷點儲存水后會產(chǎn)生凍結(jié)，使整條管道不暢通。如果地形條件使管道不得不在中間出現(xiàn)低落點(這部分地形低)，則必須在此處設置放水口及閘閥。北方地區(qū)堆浸生產(chǎn)全年工作日，大約為240～290d。

堆浸噴淋工作制度以及各作業(yè)的工作時間，宜根據(jù)不同礦種及參照不同類型礦石的生產(chǎn)特點來制定。有條件的情況下，可進行試驗。

5 設計指標及主要工藝條件

與傳統(tǒng)工藝相似，堆浸工藝設計確定浸出指標的依據(jù)，也是選礦試驗結(jié)果與實際生產(chǎn)指標，也可參考類似礦山的生產(chǎn)實踐。但不同的是，傳統(tǒng)工藝試驗是模仿生產(chǎn)條件進行的，而堆浸工藝實驗室小型試驗，通常是以滾瓶和柱浸方式進行，與實際生產(chǎn)的條件差別較大，因此，浸出率相差較大，尤以金礦比較突出。因此，設計時應盡可能以工業(yè)性(半工業(yè)性)試驗結(jié)果作為確定浸出指標的依據(jù)。如無工業(yè)性試驗，可參考原礦性質(zhì)相似的礦山堆浸生產(chǎn)指標，并參照柱浸指標，適當調(diào)整后確定。

堆浸粒度、堆浸周期和堆高都是重要的工藝條件。適宜的堆浸粒度，通過柱浸試驗即可基本確定。堆浸周期和堆高則要通過工業(yè)性(半工業(yè)性)試驗擬定。適宜的堆浸周期確定依據(jù)有兩條：一是浸出率指標；二是堆浸尾渣品位對應的盈虧平衡點。從設計經(jīng)驗可知，有時柱浸的天數(shù)與實際堆浸生產(chǎn)差距很大，如金礦，實際生產(chǎn)天數(shù)往往是柱浸天數(shù)的2～2.5倍。在沒有工業(yè)性試驗情況下設計堆浸周期，應考慮這一系數(shù)。無工業(yè)性試驗資料時的情況下，一般可參照類似礦山的生產(chǎn)情況確定堆浸高度。需要指出的是，當場地條件許可，適當降低堆高，有利于加快浸出速度。如薄層堆浸(高度1.5m左右)，有時可用來處理滲透性較差、含有泥礦的礦石。銅礦采用薄層堆浸，可降低單位礦石耗酸量。某些礦石采用磨礦后攪拌浸出工藝，當獲得的貴液很渾濁、固液分離困難時，也可考慮采用薄層堆浸。

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