溶浸工艺中水分运移实验研究.pdf

第 2 7 卷第 2 期 2 0 0 4年 6月 东华理工 J OURNAL OF EAS T C HI NA 学院学报 I NS T I 1 1 J TE OF T EC HNOL OGY Vo 1 ． 2 7 No ． 2 J u n ．2 0 0 4 溶浸工艺中水分运移实验研究 李寻杨泽平 ● ，v I l 东华理工学院， 江西 抚州3 4 4 0 0 0 摘要 实验研究铜矿在一定喷淋强度下溶浸时水分运移的基本规律。实验表明， 矿柱的喷淋过程是一个矿物颗粒吸湿， 颗粒之问的孔隙则是一个逐渐 由非饱和转化为饱和的过程。只要适当地控制好喷淋强度， 婉能使矿柱或矿堆保持长时问 的非饱和状态， 有利于有用元素的浸出。对于溶浸而言， 需要保持矿柱较长时间的非饱和状态。因此， 喷淋强度选择 小的 值的比较好， 从 实验结果可以看出， 对于该实验所选取的矿柱， 控制喷淋 强度在 1 ． 2 4 3 E～ 2 c m ／ m i n和 5 ． 2 3 8 E～ 2 c m ／ m i n 比较合理 。 关键词 溶浸 ； 喷淋； 水分运移 中图分类号 P 6 4 1 ． 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 2 2 5 1 2 0 0 4 】 0 2 1 7 0一 O 3 随着我国现代化事业的发展， 需要有大量的天 然金属作为保障。但是 ， 经过多年的采掘， 高品位、 易选矿床资源已日趋减少 ， 迫使人们开始寻找新 的 采矿方法开发利用低品位的资源， 而溶浸开采就是 一 种先进 的集采矿、 选矿 、 水冶于一体 的新方法。 它泛指利用一定配方的溶浸剂与矿石发生化学反 应 ， 使矿物中的一些有用组分从固相 矿石 转入液 相 浸出液 中， 再把液相中的有用组分提取出来 的 过 程 。 通过对溶浸过程中水分运移的研究 ， 可 以了解 液体在矿石中的流动情况 ， 知道水分在任何时刻、 任意位置的分布状况， 就可以合理的确定两次喷淋 的间歇时间， 加快物质在孔隙中的扩散传质 ， 合理 地确定供液流速等 ， 提高溶浸的效率与速率。 1 溶浸工艺实验 中水分运移实验模拟 1 ． 1 实验 目的 本实验的溶浸液采用化学溶液 F e S O ， F e S O H O 用不同的喷淋强度对矿柱进行喷淋 ， 观测并记录矿柱上不同位置的负压计读数 ， 以了解 矿柱中水分运移的情况， 以期得到矿柱中水分运动 特征。 1 ． 2实验装置 溶浸开采包括多种方式 ， 本实验采用的是柱浸 方式， 用于浸出的矿样选用铜矿石 。最上面是供液 瓶 ， 实验时为了能较好地控制供液量， 调整供液流 速 ， 上部的供液容器采用的是医用的输液器。因为 输液器的管很细 ， 为了使从其中滴下的溶浸液能比 较均匀地从矿柱表面渗入矿柱 ， 在矿柱的表面放上 一 张滤纸； 在距矿柱表面分别为 3 7 c m， 5 7 c m， 7 7 c m的位置装上负压计 ， 下面有出水 口与进气 口。 其实验装置如图 1 所示。 负 压 计 进 气V 1 图 1 柱浸工艺实验装置图 F i g ． 1 E x p e r i me n t a l s e t t i n g d r a w i n g o f l e a c h i n g t e c h n o lo g y 1 ． 3 实验过程 1 将称好的矿样 9 k g 装样。首先将称好的 矿样 9 k g 装样。装样步骤如下 ①先在有机玻璃 管底部装一层粒径为 1 ～ 2 I n ln的砾石 1 0 c m； ②将 收稿E t 期 2 0 0 2 ． 1 1 - 0 5 作者简介 李寻 1 9 7 4 一 ， 女， 讲师， 硕士 ， 从事水文学水资源研究与教学工作。 维普资讯 第 2期 李寻等 溶浸工艺中水分运移实验研究 制备好的矿样 加少量的水使之湿润 装人有机玻 璃管， 每装 23 c m捣一次， 每次 l O下 ， 记录装样 高度； ③计录装样体积； ④上面也同样装一层 1 0 c m 左右厚的粒径为 1 2 m m的砾石。 2 喷淋。在矿柱的上部采用输液器将调配好 的溶浸液均匀喷淋人渗 ， 进人可渗透的矿石柱 ， 溶 浸液流经矿柱 ， 并与矿石 中的有用元素 如 C u 发 生反应 ， 形成产品液 ， 最后经矿柱底部的出液孔流 出， 以供取样测试。在喷淋过程中， 要求溶浸矿柱 始终处于非饱和状态， 只允许矿柱底部砂砾石层存 在一定厚度的饱和含水层， 而矿柱表面始终不能有 积液现象。 根据上述做法和要求 ， 整个喷淋过程中的水分 的流动状况可描述如下 如图2所示 ①在矿柱顶部均匀布液条件下， 矿柱中的水分 运动可视为非饱和的一维垂向人渗。喷淋后， 水分 逐渐向下运动， 经历一定时间后 ， 其 中部分液流先 达到矿柱底部饱水层 ， 并沿 出液 口滴 出， 而另一部 分仍滞 留于饱和带内继续向下人渗 ， 如果适当控制 喷淋时间和喷淋强度， 可以使这种状态得到延续。 在此阶段， 溶浸液将与矿石 中的有用元素进行充分 的浸 出反应 。 * * 钿 ②在矿柱的底部事先铺设好一定厚度的砾石 层， 通过此砾石层浸出液流人回收瓶 在这里形成 饱和流， 实验证明砾石层中的确是饱和流 ， 测 回收 瓶中的液体体积 ， 可以算出矿柱中的平均含水率。 喷淋液 进 气 口 图 2 喷淋入渗示意图 F i g． 2 Sk e t c h map o f s p r a y i n f l u en t 1 ． 4实验结果及分 析 根据上面的实验做法和要求， 在 Z 3 7 c m， 5 7 c m和7 7 c m处分别测得矿柱 1 、 2的含水率 。根据 实验结果得到在一定喷淋强度下 R1 ． 2 4 3 E一2 c m ／ m i n 含水率随空间和时间的变化规律 图 3 ； 以及在同一位置 Z 5 7 c m 不同喷淋强度下 ， 含水 率随时间的变化 如图4 。 图 3 含 水翠 一时 间关 系图 F i g ． 3 Gr a p h o f a r e l a t i o n o f wa t e r c o n t e n t a n d t i me 从图3可以看出 ①在不同的位置， 随着喷淋 近下边界处， 水势值基本上是一个定值， 也就是说， 时间的增加 ， 水势值是逐渐降低的， 含水率是逐渐 在这里 ， 含水率趋近于一个常数 ， 而且这个值接近 增大的。这与从理论上得出的结论是一致的。② 含水率的饱和值； 这是由于在下边界处铺上了橡皮 在同样 的时间 ， 含水率的值在 z 5 7 c m处最小 ， 而 垫 上面有／ J , L ， 透水性降低 ， 在这里造成一定的 在 z 7 7 c m处最大， z 3 7 c m时居中， 也就是说在 积液。 同一时间上， 含水率的值是先减小， 后增加； ③在靠 从图4可以看出， 随着喷淋强度的增加， 在同 维普资讯 东华理工学院学报 2 0 0 4拒 瓣 * 佑 图4 含水率 一时间关系图 F ig ． 4 Gr a p h o f a r e l a t i o n o f wa t e r c o n t e n t a n d t i me ★ ． R1 ． 2 4 3 E一2 c m／ mi n ； ●． R2 ． 8 5 6 E一2 c m／ mi n； ◆ ． R3 ． 9 4 3 E一2 c m／ mi n ； ▲ ． R5 ． 2 3 8 E一2 c m／ min； o ． Iq 7 ． 4 3 9 E 一2 c m／ rai n 一 位置、 同一时间所对应 的含水率就越大。也就是 说， 随着喷淋强度 的增加 ， 矿柱达到饱和的时间缩 短 。 2 结论 1 实验研究表明， 矿柱的喷淋过程是一个矿 物颗粒吸湿， 颗粒之间的空隙逐渐 由非饱和转化为 饱 和的过程， 只要适当地控制好喷淋强度， 就能使矿 柱或矿堆保持长时间的非饱和状态， 这样有利于矿 柱中喷淋液与矿物的充分作用 ， 有利于有用元素的 浸出。 2 从对溶浸过程中水分运动的研究可以知道 水分在矿柱中的运动情况、 分布规律， 在喷淋开始 时， 溶浸液 中的水分首先被矿柱表面所吸收 ， 所 以 在这里很容易饱和， 由于喷淋强度很小， 所以在较 长的时间段内矿柱中部的含水率都很低， 而在矿柱 的下部 ， 由于不透水橡胶垫的存在， 总是处于饱和 状态。． 3 对于溶浸而言， 需要保持矿柱较长时间的 非饱和状态。因此， 喷淋强度选择小的值 比较好 ， 但是不能太小 了， 因为太小了不好控制， 从实验结 果可 以看 出， 对于该实验所选取的矿柱， 控制喷淋 强度在 I ． 2 4 3 E一2 c m ／ m i n和 5 ． 2 3 8 E一 2 e ra ／ ra i n 比较合理 。 参 考 文 献 李金轩 ， 史维俊等． 1 9 9 8 ． 原地破碎浸出试验时溶浸液垂向入渗过程 的数据模拟[ J ] ． 华东地质学院院报， 2 0 3 2 3 9 2 4 3 ． 李尚远等． 1 9 9 7 ． 铀 金 铜矿石堆浸原理与实践[ M] ． 北京 原子 能 出版社． 马荣骏编． 1 9 8 5 ． 湿法炼铜新技术 [ M] ． 长沙 湖南科学技术出版社． Re s e a r c h o f W a t e r Tr a n s po r t i n Le a c hi ng Te c hn o l o g y L I Xu n， YANG Z e - p i n g E a s t C h i n a I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， F u z h o u ， J X 3 4 4 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e p a p e r s t u d i e s t h e b a s i c l a w o f wa t e r t r a n s p o r t b y t e s t wh e n the c o p p e r i s l e a c h i n g u n d e r s o ree v o 1 ． u me o f s p rin k l i n g ．I t ma y b e c o n c l u d e d tha t t h e s p rin k h n g o f o r e ． c o l u mn i s p r o c e s s wh i c h the g r a i n o f o r e i s b e ． c o mi n g we t a n d h o l e b e t we e n the gra i n i s b e c o mi n g s a t u r a t e d ．C o n t r o l l e d the p rop e r v o l u me o f s p rin k l i n g ， o r e ． c o 1 ． u mn c an k e e p u n s a t u r a t e d l o n g，wh i c h i s b e n e fi t t o l e a c h i n g 。 I t i s v e r y i mp o r t a n t t o k e e p u n s a t u r a t e d s t a t e f o r I o n g t i me i n o r e - c o l u mn，S O t h e l o we r v a l u e o f v o l u me o f s p ri n k l i n g i s c h o i c e d ．T h e r e s u l t s h o ws tha t v o l u me o f s D r i n ． k l i n g i s p r o p e r b e t we e n 1 ． 2 4 3 E 一2 c m／ mi n a n d 5 ． 2 3 8 E 一2 c m／ mi n for thi s e x p e r i me n t ． Ke y W o r d s l e a c h i n g ；s p rin k l i n g；wa t e r tra n s p o rt 维普资讯