金属矿床溶浸采矿课件

金属矿床溶浸采矿技术采矿工程金属矿床溶浸采矿技术采矿工程溶浸开采理论基础 n n溶浸采矿是建立在溶浸采矿是建立在化学反应与物理化学反应化学反应与物理化学反应的基的基础之上，利用某些能溶解矿石中有用成分的浸矿础之上，利用某些能溶解矿石中有用成分的浸矿药剂，有时还借助某些微生物（细菌）及催化剂、药剂，有时还借助某些微生物（细菌）及催化剂、矿石表面活性剂的作用，以矿石表面活性剂的作用，以溶解浸出溶解浸出矿石或矿体矿石或矿体中中有用金属成分有用金属成分，使其从固态转化为溶液，使其从固态转化为溶液，收集收集浸出液再浸出液再提取提取金属的一种新型采矿方法。溶浸采金属的一种新型采矿方法。溶浸采矿集采矿，选矿，冶金于一体，是建立于地质学，矿集采矿，选矿，冶金于一体，是建立于地质学，水文地质学，地球化学，冶金化学，生物化学等水文地质学，地球化学，冶金化学，生物化学等多学科基础上的一种新型采矿技术及工艺。多学科基础上的一种新型采矿技术及工艺。溶浸开采理论基础 溶浸采矿是建立在化学反应与物理化学反应的基n n与传统的金属开采相比，溶浸采矿具有以下优点：n n基建投资少，建设周期短；n n生产工艺环节少，能源消耗低，生产成本能大幅度降低与传统的金属开采相比，溶浸采矿具有以下优点：n n环境保护好；n n能充分回收低品位矿石及复杂难选矿；n n改变生产人员劳动卫生条件，降低其劳动强度，使繁重的采矿工作“化学化”，“工厂化”，“自动化”金属矿床溶浸采矿课件n n溶浸采矿应用较多是铜、铀、金、银和离子型稀土。n n溶浸采矿采矿作为一种新型采矿方法，尚存在着一些弱点或缺点。首先它的应用范围有一定的局限性，其次浸出过程缓慢，生产周期较长，地浸时还可能存在着对矿区地下水体的污染问题，浸后需较长时间对矿区地下水体进行治理。溶浸采矿应用较多是铜、铀、金、银和离子型稀土。n n生产规模小，设备简陋；n n缺乏溶浸技术与应用经验；n n缺乏在高海拔和寒冷地区推广浸出萃取电积技术经验；n n缺乏优良浸出剂，自动控制水平低等。生产规模小，设备简陋；溶浸采矿方法分类 堆浸法 地表浸出法溶浸 原地浅井浸出法开采技术 就地破碎浸出法 地下浸出法 原地钻孔浸出法溶浸采矿方法分类 地表浸出法n n地表堆浸法是将溶浸液喷淋在地表堆浸法是将溶浸液喷淋在破碎而有孔隙破碎而有孔隙的废的废石或矿石堆上，溶浸液在往下渗滤的过程中，有石或矿石堆上，溶浸液在往下渗滤的过程中，有选择的选择的溶解或浸出溶解或浸出其中的其中的有用成分有用成分，然后从浸出，然后从浸出堆底部流出并汇集起来的浸出液中堆底部流出并汇集起来的浸出液中提取并回收金提取并回收金属属的方法。的方法。n n适用于适用于边界品位以下边界品位以下，仍有利用价值的贫矿和废，仍有利用价值的贫矿和废石，或品位虽然在边界品位以上，但石，或品位虽然在边界品位以上，但氧化程度深氧化程度深，不宜采用选矿法处理的矿石或不宜采用选矿法处理的矿石或化学成分复杂化学成分复杂，甚，甚至含有害伴生矿物的至含有害伴生矿物的复杂难处理的矿石复杂难处理的矿石。地表浸出法地表堆浸法分类n n废石堆浸直接堆浸，浸出条件简陋，效率较低，浸出周期长。n n矿石堆浸浸出效率高，周期短。地表堆浸法分类堆浸设置n n废石堆浸n n废石堆浸一般利用矿山原有堆场进行原地堆浸。优先选择不渗漏地段，并尽可能利用山脊与山谷的自然坡度来汇集浸出液，预先进行防渗处理，设置防渗层。堆浸设置废石堆浸废石堆浸的准备工作n n将废石堆堆顶推平，其上用低垄将堆顶划分为若干大小的方池或长方形池，或按一定的间隔距离开挖沟渠，以形成废石堆的布液面。在废石堆的周围开挖排水排洪沟，以防雨水进入废石堆。在废石堆的下方，应根据废石堆附近的地下水迳流方向及其汇集处，开挖浸出液收集的集液沟或集液池。废石堆浸的准备工作将废石堆堆顶推平，其上用低垄将堆顶划分为若破碎矿石堆的设置n n地表堆矿石的粒度要求。被浸矿石的粒度对金属的浸出率及浸出周期的影响很大，一般来说矿石粒度越小，金属的浸出速度越快，但矿石粒度太细，则将影响溶浸液的渗透速度。国内堆浸金矿石的粒度一般控制在50mm以内，并要求粉矿不超过20%，国外许多堆浸矿石的粒度控制在19mm浸出效果良好。破碎矿石堆的设置堆场的选择与处理n n矿石堆场的选择应尽量靠近矿山、靠近水源、地基稳固、有适合的自然坡度、供电与交通便利，且有尾矿库的地方。堆场沿矿堆宽的方向修整为5%8%的平缓坡度，夯实，再在其表面铺设浸垫。在堆场的渗液方向的下方要设置集液沟，集液池。集液沟的坡度为1%3%。集液池一般分为三个，即合格集液池、贫液池和溢流池 堆场的选择与处理矿石堆场的选择应尽量靠近矿山、靠近水源、地基n n矿石筑堆。矿石堆筑应考虑的矿堆高度与堆量以及堆筑方法。n n矿堆高度与堆量。矿堆高度对浸出周期及浸垫面积的利用率有直接影响，高度大，浸出周期长，浸垫面积利用率得到提高。但从提高浸出效率、缩短浸出周期、保证矿堆有较好的渗透性来综合考虑，矿堆高度以24m为宜。矿堆的堆量与生产规模及筑堆的设备有关。矿石筑堆。矿石堆筑应考虑的矿堆高度与堆量以及堆筑方法。n n筑堆方法。用于筑堆的机械设备主要有铲运机、前端装载机、自卸卡车、推土机、带式输送机等。筑堆方法有多层筑堆法、多堆筑堆法、斜坡筑堆法和移动桥式吊车筑堆法等。筑堆方法。用于筑堆的机械设备主要有铲运机、前端装载机、自卸卡n n多层筑堆法。适合粒度较粗，需较长浸出时间的矿石筑堆。一般层厚1.53m。当第一层矿石浸出后，在其上继续铺筑第二层矿石，使溶浸液溶浸两层矿石，以充分回收底层矿石的残留的有用成分。如此下去，使浸垫空间得到充分有效的利用。多层筑堆法。适合粒度较粗，需较长浸出时间的矿石筑堆。一般层厚n n多堆筑堆法。破碎矿石用带式输送机运至堆场，堆成一堆后移动卸矿点再筑一堆，整个堆场实际由若干个矿堆组成。其上再用推土机将堆尖堆平。此法具有堆筑效率高，矿石压实程度低等优点。但在筑堆过程中产生矿石的离析，粗粒矿石滚落到堆边，细粒矿石集中在堆中，使溶浸液不能均匀渗透矿堆，影响浸出效果。它适于要求堆高较高的矿石筑堆。多堆筑堆法。破碎矿石用带式输送机运至堆场，堆成一堆后移动卸矿n n斜坡道筑堆法。在浸垫外沿铺设斜坡到堆场边界，专供运矿卡车行驶，运矿卡车将矿石倾卸至斜坡道的尽头及两侧，再用推土机将矿石推排到整个浸垫上。该法利用堆土机履带对地表的压强远小于卡车的优势，使矿堆的压实程度得以改善，从而使堆浸过程溶浸液渗透均匀，提高了浸出效果。斜坡道筑堆法。在浸垫外沿铺设斜坡到堆场边界，专供运矿卡车行驶n n移动桥式吊车筑堆法。是采用一种独特的移动式吊车来筑堆。吊车可沿浸堆纵向移动，在移动吊桥内的卸矿口可沿浸堆的横向移动。其特点是减少矿堆压实程度，保证了矿堆良好渗透性。但筑堆效率较低，成本较高。移动桥式吊车筑堆法。是采用一种独特的移动式吊车来筑堆。吊车可制团矿石堆的设置n n制团预处理的作用。对那些含有大量细粒和黏土的金属矿石，为改善其浸出性能，通过制团预处理，使之成为稳定的多孔的矿团。矿团的多孔性，使溶浸液能均匀浸出矿物的有用成分，提高浸出速度和金属浸出率。制团矿石堆的设置n n制团方法。制团方法有溶浸液制团与粘结剂制团两种。n n制团设备。制团设备有圆筒制团机、圆盘制团机等。n n制团矿石筑堆。制团矿石经固化后，可采用如上所述破碎矿石筑堆方法筑堆。制团方法。制团方法有溶浸液制团与粘结剂制团两种。矿堆布液方法 喷淋法 适合于矿石堆浸 矿堆布液方法 垂直管法 合于废石堆浸法 灌溉法适 矿堆布液方法n n喷淋法。将溶浸液喷到矿堆表面的方法。其优点是溶浸液在矿堆表面分布均匀。其缺点是蒸发量较大。喷淋系统有固定式，摆动式两种。目前较多应用摆动式喷淋系统布液。n n灌溉法。在废石堆表面挖掘沟、槽、池，然后用灌溉的方法将溶浸液灌入其中。n n垂直管法。此法适合于高废石堆布液。喷淋法。将溶浸液喷到矿堆表面的方法。其优点是溶浸液在矿堆表面浸出液处理与金属回收n n从堆浸中所得的含金、银浸出液（富液）中回收贵金属的方法有锌粉置换法，活性炭吸附法等传统工艺及离子交换树脂法和溶剂萃取法等新工艺，目前普遍采用传统工艺方法。浸出液处理与金属回收从堆浸中所得的含金、银浸出液（富液）中回地表原地浅井浸出n n地表原地浅井浸出法是为了解决我国20世纪70年代所发现的离子吸附型稀土矿开采所造成的严重环境问题，而研究出来的一种新型溶浸采矿方法。它适用于某些易浸出的表生矿床。由于矿体埋藏较浅，地表浅井可以直接深入到矿体中，溶浸液则可以从地表浅井注入到矿体溶浸矿物中的有用成分地表原地浅井浸出地表原地浅井浸出法是为了解决我国20世纪70溶浸采场设n n目前稀土矿区应用较广的浅井浸出法，因集液沟布置位置的不同，分为明沟集液的浅井浸出法与暗沟网集液的浅井注液法。n n明沟集液的浅井浸出法。明沟集液的浅井浸出法如图溶浸采场设金属矿床溶浸采矿课件n n明沟集液的原地浅井浸出法适合于花岗岩基岩能在矿区山脚出露的大多数稀土矿床。n n暗沟网集液的原地浅井浸出法，如图所示明沟集液的原地浅井浸出法适合于花岗岩基岩能在矿区山脚出露的大金属矿床溶浸采矿课件n n暗沟网集液的浅井注入法适用于矿区风化程度深，风化层厚且稀土主要富集在风化层的中上部，其深部含矿较低或不含矿的基岩底板深潜的稀土矿区。由于隔水底板深潜，如不开挖集液暗沟网，浸出液将沿风化层的裂隙向下、向外渗透，使母液回收率降低。暗沟网集液的浅井注入法适用于矿区风化程度深，风化层厚且稀土主注液技术n n溶浸液配制n n“三先”注液技术。n n顶水大循环技术。n n“水封闭”技术。注液技术溶浸液配制地下就地破碎浸出法n n利用爆破法就地将矿体中的矿石破碎到预定的合理块度，使之就地产生微细裂隙发育、块度均匀、级配合理、渗透性能良好的矿堆，然后从矿堆上部布洒溶浸液，有选择地浸出矿石的有价金属，浸出的溶液收集后转输地面加工回收金属，浸后尾矿留采场就地封存处置。地下就地破碎浸出法利用爆破法就地将矿体中的矿石破碎到预定的合地下浸出法的特点n n80%80%左右的矿石留在就地浸矿，只有左右的矿石留在就地浸矿，只有20%20%左右的左右的矿石出窿地表堆浸。采切工程量少，废石、尾矿矿石出窿地表堆浸。采切工程量少，废石、尾矿排放量少，大大减小了出窿矿量和矿石运输量，排放量少，大大减小了出窿矿量和矿石运输量，省去了采场顶板管理，采空区处理和矿石破磨，省去了采场顶板管理，采空区处理和矿石破磨，浮选分离等繁重复杂工序。溶浸矿山比常规矿山浮选分离等繁重复杂工序。溶浸矿山比常规矿山基建投资少，建设周期短，生产成本低，有利于基建投资少，建设周期短，生产成本低，有利于实现矿山机械自动化，有利于矿区环境保护，因实现矿山机械自动化，有利于矿区环境保护，因此，该法很有应用前景，目前在国外己得到广泛此，该法很有应用前景，目前在国外己得到广泛应用，我国也在铀、铜等金属矿床试验研究或推应用，我国也在铀、铜等金属矿床试验研究或推广应用，取得了良好效果。广应用，取得了良好效果。地下浸出法的特点80%左右的矿石留在就地浸矿，只有20%左右破碎矿石块度控制n n要对固体矿石实行有效浸出，前提就是对矿石进行破碎，矿石经破碎后，一方面可形成尺寸合理的矿石碎块，另一方面在破碎过程中可使碎块内部产生许多微小裂隙，给溶浸液的渗入提供了先提条件，使溶浸液浸浸出金属矿物成为可能。破碎矿石块度控制要对固体矿石实行有效浸出，前提就是对矿石进行合格块度n n为了取得良好浸出效果，对破碎矿石要求块度适当、级配合理、孔隙度均匀，渗透性能良好。合格块度 常规炸药爆破破碎破碎方法 核弹破碎 自然崩落破碎 金属矿床溶浸采矿课件布液与浸出n n布液方法n n布液是由布液系统来完成的，其主要设施为配液池、高位池、输液管、布液支管与布液器等管线、泵、流量控制和计量装置。矿堆表面布液 布液方法 矿堆内部预埋管网布液 钻孔布液布液与浸出布液方法n n堆表布液堆表布液。适用于急倾斜（倾角。适用于急倾斜（倾角7575）的矿体，）的矿体，矿岩比较稳固，允许堆表布液空间的条件下使矿岩比较稳固，允许堆表布液空间的条件下使用。其优点是管线可以在堆表移动，布液通过用。其优点是管线可以在堆表移动，布液通过均匀，操作简单，成本低。均匀，操作简单，成本低。n n预埋管布液预埋管布液。采用浅眼爆破筑堆时，可采用分。采用浅眼爆破筑堆时，可采用分段（或分层）预埋管网对矿堆布液。段（或分层）预埋管网对矿堆布液。n n钻孔布液钻孔布液。采用中深孔分段爆破或深孔阶段爆。采用中深孔分段爆破或深孔阶段爆破筑堆的矿体，若矿体倾角小于破筑堆的矿体，若矿体倾角小于7575或形态变化或形态变化较大，则必须采用钻孔布液或以钻孔对矿堆进较大，则必须采用钻孔布液或以钻孔对矿堆进行补充布液。行补充布液。堆表布液。适用于急倾斜（倾角75）的矿体，矿岩比较稳固，钻孔布液的三种方式n n在矿堆上盘的布液巷道施工布液孔进行钻孔布液n n分段水平钻孔布液n n在矿堆顶底切顶空间沿矿堆上盘钻孔布液钻孔布液的三种方式在矿堆上盘的布液巷道施工布液孔进行钻孔布液在矿堆上盘的布液巷道施工布液孔进行钻孔布液分段水平钻孔布液分段水平钻孔布液在矿堆顶底切顶空间沿矿堆上盘钻孔布液在矿堆顶底切顶空间沿矿堆上盘钻孔布液钻孔集液系统钻孔集液系统地下原地钻孔浸出地下原地钻孔浸出地下原地钻孔浸出特征n n矿石处于天然赋存状态下，未经任何位移，通过钻孔工程往矿层注入溶浸液，使之与非均质矿石中的有用成分接触，进行化学反应。反应生成的可溶性化合物通过扩散和对流作用离开反应区，进入沿矿层渗透的液流，汇集成含有一定浓度的有用成分的浸出液（母液）并向一定方向移动，再经抽液钻孔将其抽至地面水冶车间加工处理，提取浸出金属。地下原地钻孔浸出特征矿石处于天然赋存状态下，未经任何位移，通原地钻孔溶浸采矿法优点n n无需繁重而昂贵的剥离、开拓、采准、切割、回采工程及相应的采掘、装、运、提升等设备、设施，并将采选冶联成一体，所以具有基建投资少，建设周期短，生产成本低等优点。特别是该方法基本不破坏或很少破坏山林与农田，不产生尾矿与废石，可将环境破坏减少到最低限度。原地钻孔溶浸采矿法优点无需繁重而昂贵的剥离、开拓、采准、切割适用条件 n n矿床地质条件：矿体具有天然渗透性能，产状平缓，连续稳定，并具有一定的规模。n n矿岩的物理化学条件：要求目的金属矿物易溶于溶浸药剂而围岩矿物不能溶于溶浸药剂。适用条件 n n矿床水文地质条件：矿体赋存于含水层中，且矿层厚度与含水层厚度之比不小于1：10。其底板或顶底板围岩不透水或顶底板围岩的渗透性能大大低于矿体的渗透性能。在溶浸矿物范围内应无导水断层、地下溶洞、暗河等。矿体的渗透系数在110md之间。渗透系数过小可能导致注液需施加较大压力，造成技术经济上的不合理，过大溶浸液在矿层内可能形成紊流和利于金属矿物的浸出。矿床水文地质条件：矿体赋存于含水层中，且矿层厚度与含水层厚度 钻孔工程设计n n井场钻孔布置形式，网格式如图所示 钻孔工程设计井场钻孔布置形式，网格式如图所示网格式网格式网格式网格式行列式行列式井距n n影响井距的矿床因素影响井距的矿床因素n n矿体埋藏深度。矿体埋深对钻孔施工费用有影响。矿体埋藏深度。矿体埋深对钻孔施工费用有影响。一般而言，矿体埋深大，钻孔成本高，常采用较一般而言，矿体埋深大，钻孔成本高，常采用较大井距，反之用小的井距大井距，反之用小的井距n n矿石渗透性能。矿石渗透性能好，就能保证溶浸矿石渗透性能。矿石渗透性能好，就能保证溶浸液能够源源不断的渗入矿体，浸出液顺利的离开液能够源源不断的渗入矿体，浸出液顺利的离开反应区，可加快浸出速度，缩短浸出周期，这时反应区，可加快浸出速度，缩短浸出周期，这时可增大井距，以保证浸出液有较高的浓度，反之可增大井距，以保证浸出液有较高的浓度，反之则用小井距。则用小井距。井距n n矿石品位。矿石品位高，可适当缩小井距。因为品位高，浸出效益好，井数虽然有增加，但吨金属成本可能较低。反之则可加大井距。矿石品位。矿石品位高，可适当缩小井距。因为品位高，浸出效益好井距确定原则n n正常抽液与注液条件下，溶浸液对矿石的覆盖率大于75%。n n矿体浸出均匀，且贫富不同的部位基本能同步浸出。n n钻孔服务年限合理，一般35年。n n在其他条件相同的条件下，应取单位成本较低的井距。井距确定原则n n井深n n井深由矿体赋存深度确定，为保证浸出液不发生泄漏，一般注入井与抽出井的井深不能超过底板隔水层，终孔深度以钻孔穿过矿层并考虑一定的沉砂管长度而定。n n钻孔结构井深金属矿物的微生物浸出n n某些微生物及其代谢产物，能对金属矿物产生氧化、还原、溶解、吸咐、吸收等作用，使矿石中的不溶性金属矿物变为可溶性盐类，转入水溶液中，为进一步提取这些金属创造条件。目前世界各国微生物浸矿成功地应用于工业化生产的主要是铀、铜、和金、银等金属矿物。浸出方式由槽浸、地表堆浸逐步扩展到了地下就地破碎浸出，并有向地下原地钻孔浸出发展的趋势。金属矿物的微生物浸出某些微生物及其代谢产物，能对金属矿物产生微生物浸矿机理n n存在三种说法，第一种是间接作用浸出理论，即认为微生物不对矿物中的有用成分起直接作用，有用组分的浸出是通过纯化学反应进行的；第二种是直接作用浸出理论，与第一种子说法恰恰相反，认为微生物对矿石及古矿物中的有用组分起直接浸出作用；第三种的复合浸出理论，即微生物浸矿是上面两种作用相互结合浸出过程。微生物浸矿机理存在三种说法，第一种是间接作用浸出理论，即认为微生物浸矿的作用范围n n用传统方法不易分离的混合精矿；n n因为存在某些有害的物理化学因素，如含砷、有机碳、锑、包裹金、微细粒金等金矿，用传统的化学提取法浸出率低，或生产成本高，而用微生物浸出法十分有利；微生物浸矿的作用范围n n通过降低精矿品位可以提高实收率的某些精矿；n n大量贫矿、外表矿、尾矿、废弃矿山积存的矿石，露天剥离尚含有极低有用组分的废石；n n小而分散的矿山所产的矿石，地处边远，集中处理运费高，就地进行微生物浸出则较为合理。通过降低精矿品位可以提高实收率的某些精矿；微生物浸出的工艺方法n n工艺方法基本上与溶浸采矿工艺相同。分地表与地下两类，地表浸出有池浸出、矿堆浸出；地下浸出有地下就地破碎浸出和原地钻孔浸出。微生物浸出的工艺方法工艺方法基本上与溶浸采矿工艺相同。分地表 浸出采矿环境控制n n防渗漏处理，溶浸液、尾液循环利用严禁未经处理的尾液外排。用水洗涤浸后采场，对浸后采场进行复垦等措施对浸出采矿环境进行保护。浸出采矿环境控制防渗漏处理，溶浸液、尾液循环利用严禁未经处