试论当前堆浸工艺设计的若干要点

袁国才

(中国瑞林工程技术有限公司，江西 南昌 330002)

与传统的选矿工艺(碎磨与浮、重、磁选)比较，堆浸工艺具有投资省、成本低、基建时间短、生产环节少等优点，但也有一些局限性。在工艺生产、厂址选择和布置、工作制度、工艺条件、所采用的设备、材料等方面，堆浸工艺与传统工艺有所不同，具有自身的一些特点。几十年来，堆浸工艺伴随着技术进步和创新，迅速成长、发展，设计方面也积累了不少经验和知识。但总的来说，尚不够完整、成熟、规范，缺少可指导设计的内容比较全面的工具书，不少东西有待总结和进一步探索。

1 堆浸工艺与厂址选择

堆浸场址的选择原则，与传统工艺有相同之点，也有不同之处。相同的有：不占或少占农田，远离居民区；厂(场)址不压在矿床范围内，不在采矿塌落区与爆破危险界限之内；尽可能使重车下坡运输。不相同的有：堆浸场可能与采矿场和尾渣库距离短，尽可能就近建设，降低运矿成本；堆浸场应尽可能与废石场共用一个山谷，以减少污染源；充分利用地形地势条件开挖液池，布置防洪排水系统。

堆浸湿法工艺通常由碎矿系统(有时含洗矿、制粒)、堆浸、吸附(萃取)、湿法冶炼等工序(本文仅讨论堆浸)组成，一般不需要建磨选车间。磨选车间有不少大型设备，生产期间需要运入大宗材料和运出精矿产品，需要配一定等级的公路，需要选择面积较大、地形比较平缓的场地。为达此要求，一般很难靠近采场，所需厂址离采场有一定距离，有的选厂距离很远，致使运矿设备投资和成本较大。

采用堆浸工艺，厂址选择变得相对简单。由于碎矿系统对地形适应性较强，堆浸场地可因地制宜，整个选厂设施不必远离采矿场，可缩短运矿距离，减少投资和成本。

堆浸场应尽可能与采矿废石场设在同一山谷或相邻山谷，尽可能用废石场兼作浸出后的尾渣库，缩短排废的距离，降低成本，且减少矿山污染源。这种情况下，排水防洪、泥石流防治及污染防治等设施可集中设计，既减少投资，又便于管理。

2 堆浸设施应该根据地形特点布置，既降低生产成本，又兼顾环境保护

总的来说，堆浸场对地形条件要求不高，可因地制宜，根据地形特点分别设置永久性卸堆式堆场或叠加式堆场。如山顶、山坡地势较缓、较开阔，宜用以构筑永久性卸堆堆场。每次拆堆后的废渣，可就近推入山谷，并以此逐步扩大堆场面积。如山脊陡峭，山谷有比较开阔平缓的场地，可在谷底构筑叠加式矿堆。当今大型堆浸矿山，以在山谷中建叠加式矿堆为多数。底垫辅在选定的底层，一个周期喷淋浸出完成后，尾渣不排放，将新采出的矿石真接堆放在其上(也可隔若干层重新铺底垫)，筑好堆后开始新一轮的喷淋。如此不断地叠加，直到不能再堆高为止。设计时，应优先考虑采用叠加式堆场。大量的生产实例表明，与永久性卸堆式堆场相比，叠加式堆场有如下几方面的优点。

①场地平整费用较低；②由于连续堆浸，浸出率较高；③可省去洗堆、拆堆和运尾渣作业，生产成本较低(每吨矿石可降低3～5元)；④堆场与尾渣场合一，可减少污染面积。

但在山谷底部构筑堆场，修筑公路通常难度较大。无论是永久性卸堆堆场还是叠加式堆场，运矿公路均为简易公路。公路通常沿堆场边开拓，内侧为山坡，外侧为堆场。沿山坡内侧靠公路挖排水沟，将界区内山体汇水排至堆场的排洪沟。随着叠加式堆场面积的扩大和标高的抬升，进矿公路和排洪沟也往山坡上部迁移。堆场每筑高10m左右，应留有适当的安全平台，且使堆场边坡保持一定的角度。当矿堆向上移至一定高度时，下部安全平台和坡面，可以进行覆土造林，恢复植被，防止水土流失和泥石流事故。

无论采用哪种堆场，整个堆浸作业均有多个小堆场。每个小堆场均设有集液沟。生产经验告诉我们，集液沟最好设双沟。在浸出不同时期，根据溶液的品位高低，决定流入贵液池还是中间池。整个堆场下游应建两个以上的溶液池，一个为贵液池，一个为中间池。有的还需设贫液池。贵液池内可分隔为两部分，一边为贵液池，另一边为澄清池。贵液池的贵液用泵扬送或自流至吸附(萃取)系统。贫液池用于储存吸附后的贫液或萃取后的萃余液，添加药剂(氰化物或硫酸等)后输送到堆浸场喷淋。

过去，一些矿山把贵液池、中间池建筑在堆场下游的最低处，暴雨季节洪水直接经过，产生冲池、漫池，造成金属损失和环境污染。鉴此，设计时，应根据地形条件，将溶液池设在避开洪水径流线的位置，并在池周边做好排洪设施。小型矿山溶液池，有的用金属板或高分子塑料板拼焊。大中型矿山，由于溶液池体积较大，可用砼结构，也可依地形条件挖掘土坑，内铺防渗膜或黏土，施工速度快，又节省投资。不少矿山采用此种作法，能做到平时不渗漏，暴雨季节不发生冲池现象。

堆场下游必须设具有一定容积的防洪池，否则暴雨季节不可避免地会造成金属损失和环境污染。防洪池宜设在堆场周边汇水范围下游集结处。一般不建砼结构，采用挖地坑铺设防渗膜的形式建造。由于防洪池内液体含有部分金属离子，通常被扬送到贫液池，作为喷淋液，在堆场内部构成液体循环，平时一般无废水外排。规模较大的堆浸场与废渣场，为了达到环境保护的要求，在下游出口处设置挡砂挡泥坝。雨季，坝内可蓄水，实际可兼作防洪池。当堆浸场与废石场共处一个山谷，废石场下游的拦挡坝形成的水库，可当作堆浸场的防洪库，不必另建防洪池，或在拦挡坝上游建一小防洪池调节使用(非雨季期间)。

3 堆浸设施设计

堆浸设施设计计算，主要有堆浸场面积计算、溶液池和防洪池的容积计算。

堆浸场面积计算，目前国际上尚无公认的通用的计算公式。过去的设计，大多参照同类型矿山生产情况，凭经验确定堆浸面积。本文推出一公式如下：

(1)

式中：S为堆场总面积，m2;Q为选厂日处理矿石量，t/d；d为堆浸生产一个周期的天数(含筑堆、卸矿的天数)，d；f为堆场面积系数，包含堆场死角、运输道路等，通常取1.2～1.3；δ为矿石松散密度，t/m3；H为矿堆堆高，m。

从式(1)可知，堆场面积与日处理的矿石量、堆浸周期天数成正比，与矿石的松散密度、堆高成反比。

拟定公式(1)的基本思路是：堆浸作业有多个小堆场，交替进行筑堆、喷淋(初、中、晚期)、洗堆、卸堆等作业，是连续的过程。生产正常情况下，堆场面积理论上是个常数。堆浸一个周期，需很多天才能完成，但每天运入堆场的矿石量是稳定的。因此，当堆高确定后(松散密度也为定值)，决定堆场面积的是一个周期内处理的矿石总量，即日处理矿石量乘以一个周期的天数，与全年矿石处理量无直接关系。

笔者用公式(1)对大量生产实例进行验算，计算结果与实际情况相当接近。因此认为，公式(1)可推广作为设计计算堆场面积的通用公式。

防洪池的计算。防洪池容积通常按容纳堆场内部连续降雨若干小时汇水量来确定。但降雨时间多长为宜，没有绝对标准。东北大学出版社出版的《堆浸法提金工艺与设计》介绍的公式为：

(2)

式中：V为防洪池容积，m3；K为保险系数，一般为1.1～1.3，根据气象资料的可靠性确定，可靠性大时取下限，反之取上值；e为每小时最大降雨量，m/h(根据当地50～100年气象资料而定)；h为最大连续降雨小时数，h(根据当地50～100年气象资料而定)；s为堆浸场总面积，m2。

在使用公式(2)时，最大连续降雨小时数难以确定。南方地区，这个数字通常较大，依公式(2)算出的防洪池容积很大。在设计中，有时设定最大连续降雨时数为8～10h来计算，认为堆场经暴雨冲洗8～10h后，金属离子及药剂浓度已大为稀释，随洪水漫流出去，对下游污染不严重。实际上，如前所述，大一些的堆浸场及废石场，为防止泥石流泛滥，尽可能在山谷出口处筑拦挡坝，形成的库容比一般防洪池大的多，可不必设防洪池。公式(2)主要适用于下游无拦挡库，单独设置防洪池的计算。

溶液池(富液池、贫液池、中间池)容积计算。有的书籍介绍了计算方法，认为金矿堆浸按每1000t矿石6.5m3贵液池容积为宜，贫液池与富液池容积相当。由于铜矿堆浸获得的贵液是进萃取系统，所需溶液池的容积比金矿应大得多。总的原则是，溶液池的容积应与堆场规模相匹配，同时也满足后续作业的储存要求。

4 堆浸工作制度

堆浸在露天作业，受气候影响较大，恶劣天气条件下，往往难于维持正常生产。中国南方雨季时间长，北方冰冻时间久，都会使堆浸生产全年工作日缩短。南方堆浸生产经验表明，小雨天气对生产影响不大。有些矿山用防雨膜罩盖堆浸场，并加强堆场防排洪和溶液池管理，使堆浸生产在雨季期间(除非大暴雨)也得以继续进行。南方地区年工作日，一般可达300d。但北方地区冰冻期间要维持正常生产，难度大得多。北方在冬天通常采用的办法，是使堆浸作业在覆盖层或覆土层下面进行。喷淋输送管可采取两种方式安装，一是沿地面上布置，管子外面包裹较厚的防冻层；二是埋在地表1.5m以下。设计地下敷设的压力输液管时，特别要注意，当管子从低往高布置时，不可以在中间出现低陷点。否则，当水泵暂停工作时，中间低陷点储存水后会产生冻结，使整条管道不畅通。如果地形条件使管道不得不在中间出现低落点(这部分地形低)，则必须在此处设置放水口及闸阀。北方地区堆浸生产全年工作日，大约为240～290d。

堆浸喷淋工作制度以及各作业的工作时间，宜根据不同矿种及参照不同类型矿石的生产特点来制定。有条件的情况下，可进行试验。

5 设计指标及主要工艺条件

与传统工艺相似，堆浸工艺设计确定浸出指标的依据，也是选矿试验结果与实际生产指标，也可参考类似矿山的生产实践。但不同的是，传统工艺试验是模仿生产条件进行的，而堆浸工艺实验室小型试验，通常是以滚瓶和柱浸方式进行，与实际生产的条件差别较大，因此，浸出率相差较大，尤以金矿比较突出。因此，设计时应尽可能以工业性(半工业性)试验结果作为确定浸出指标的依据。如无工业性试验，可参考原矿性质相似的矿山堆浸生产指标，并参照柱浸指标，适当调整后确定。

堆浸粒度、堆浸周期和堆高都是重要的工艺条件。适宜的堆浸粒度，通过柱浸试验即可基本确定。堆浸周期和堆高则要通过工业性(半工业性)试验拟定。适宜的堆浸周期确定依据有两条：一是浸出率指标；二是堆浸尾渣品位对应的盈亏平衡点。从设计经验可知，有时柱浸的天数与实际堆浸生产差距很大，如金矿，实际生产天数往往是柱浸天数的2～2.5倍。在没有工业性试验情况下设计堆浸周期，应考虑这一系数。无工业性试验资料时的情况下，一般可参照类似矿山的生产情况确定堆浸高度。需要指出的是，当场地条件许可，适当降低堆高，有利于加快浸出速度。如薄层堆浸(高度1.5m左右)，有时可用来处理渗透性较差、含有泥矿的矿石。铜矿采用薄层堆浸，可降低单位矿石耗酸量。某些矿石采用磨矿后搅拌浸出工艺，当获得的贵液很浑浊、固液分离困难时，也可考虑采用薄层堆浸。

[1] 林国琪，赵洪克，主编.堆浸法提金工艺与设计[M]. 沈阳：东北大学出版社,1993.

[2] 杨佼庸.湿法炼铜：浸出-萃取-电积[J].全国重冶新技术新工艺成果交流大会论文集,1998.

[3] 黄金矿山实用手册[M].北京：中国工人出版社,1999.

[4] 黄金生产工艺指南[M].北京：地质出版社,2001.

[5] 中国有色金属学会，等编.铜镍湿法冶金技术交流及应用推广会议论文集[M].2001.

[6] 杨松.铜湿法冶金技术专题资料(赴加拿大、智利铜湿法冶金考察报告)[M].2003.