堆浸工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　與傳統(tǒng)的選礦工藝比較，堆浸工藝具有投資省、成本低、基建時(shí)間短、生產(chǎn)環(huán)節(jié)少等優(yōu)點(diǎn)，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(shè)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(diǎn)。幾十年來，堆浸工藝伴隨著技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新，迅速成長(zhǎng)、發(fā)展，設(shè)計(jì)方面也積累了不少經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。但總的來說，尚不夠完整、成熟、規(guī)范，缺少可指導(dǎo)設(shè)計(jì)的內(nèi)容比較全面的工具書，不少東西有待總結(jié)和進(jìn)一步探索。

　　堆浸場(chǎng)址的選擇原則，與傳統(tǒng)工藝有相同之點(diǎn)，也有不同之處。相同的有：不占或少占農(nóng)田，遠(yuǎn)離居民區(qū)；廠（場(chǎng)）址不壓在礦床范圍內(nèi)，不在采礦蹋落區(qū)與爆破危險(xiǎn)界限之內(nèi)；盡可能使重車下坡運(yùn)輸。不相同的有：堆浸場(chǎng)可能與采礦場(chǎng)和尾渣庫(kù)距離短，盡可能就近建設(shè)，降低運(yùn)礦成本；堆浸場(chǎng)應(yīng)盡可能與廢石場(chǎng)共用一個(gè)山谷，以減少污染源；充分利用地形地勢(shì)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(shí)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(shè)備，生產(chǎn)期間需要運(yùn)入大宗材料和運(yùn)出精礦產(chǎn)品，需要配一定等級(jí)的公路，需要選擇面積較大、地形比較平緩的場(chǎng)地。為達(dá)此需要，一般很難靠近采場(chǎng)，所需廠址離采場(chǎng)有一定距離，有的選廠距離很遠(yuǎn)，致使運(yùn)礦設(shè)備投資和成本較大。

　　采用堆浸工藝，廠址選擇變得相對(duì)簡(jiǎn)單。由于碎礦系統(tǒng)對(duì)地形適應(yīng)性較強(qiáng)，堆浸場(chǎng)地可因地制宜，整個(gè)選廠設(shè)施不必遠(yuǎn)離采礦場(chǎng)，可縮短運(yùn)礦距離，減少投資和成本。

　　堆浸場(chǎng)應(yīng)盡可能與采礦廢石場(chǎng)設(shè)在同一山谷或相鄰山谷，盡可能用廢石場(chǎng)兼作浸出后的尾渣庫(kù)，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(shè)施可集中設(shè)計(jì)，既減少投資，又便于管理。

　　總的來說，堆浸場(chǎng)對(duì)地形條件要求不高，可因地制宜，根據(jù)地形特點(diǎn)分別設(shè)置永久性卸堆式堆場(chǎng)或疊加式堆場(chǎng)。如山頂、山坡地勢(shì)較緩、較開闊，宜用以構(gòu)筑永久性卸堆堆場(chǎng)。每次拆堆后的廢渣，可就推入山谷，并以此逐步擴(kuò)大堆場(chǎng)面積。如山脊陡峭，山谷有比較開闊平緩的場(chǎng)地，可在谷底構(gòu)筑疊加式礦堆。當(dāng)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(gè)周期噴淋浸出完成后，尾渣不排放，將新采出的礦石直接堆放在其上（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(shè)計(jì)時(shí)，就優(yōu)先考慮采用疊加式堆場(chǎng)。大量的生產(chǎn)實(shí)例表明，與永久性卸堆式堆場(chǎng)相比，疊加式堆場(chǎng)有如下幾方面的優(yōu)點(diǎn)。

　?、賵?chǎng)地平整費(fèi)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(yùn)尾渣作業(yè)，生產(chǎn)成本較低；④堆場(chǎng)與尾渣場(chǎng)合一，可減少污染面積。

　　但在山谷底部構(gòu)筑堆場(chǎng)，修筑公路通常難度較大。無論是永久性卸堆堆場(chǎng)還是疊加式堆場(chǎng)，運(yùn)礦公路均為簡(jiǎn)易公路。公路通常沿堆場(chǎng)邊開拓，內(nèi)側(cè)為山坡，外側(cè)為堆場(chǎng)。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(chǎng)的排洪溝。隨著疊加式堆場(chǎng)面積的擴(kuò)大和標(biāo)高的抬升，進(jìn)礦公路和排洪溝均往山坡上部遷移。堆場(chǎng)每筑高10m左右，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)陌踩脚_(tái)，且使堆場(chǎng)邊坡保持一定的角度。當(dāng)?shù)V堆向上移至一定高度時(shí)，下部安全平臺(tái)和坡面，可以進(jìn)行覆土造林，恢復(fù)植被，防止水土流失和泥石流事故。

　　無論采用哪種堆場(chǎng)，整個(gè)堆浸作業(yè)均有多個(gè)小堆場(chǎng)。每個(gè)小堆場(chǎng)均設(shè)有集液溝。生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)告訴我們，集液溝最好設(shè)雙溝。在浸出不同時(shí)期，根據(jù)溶液的品位高低，決定注入貴液池還是中間池。整個(gè)堆場(chǎng)下游應(yīng)建兩個(gè)以上的溶液池。一個(gè)為貴液池，一個(gè)為中間池。有的還需設(shè)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(yáng)送或自流至吸附（萃?。┫到y(tǒng)。貧液池用于儲(chǔ)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(chǎng)噴淋。

　　過去，一些礦山把貴液池、中間池建筑在堆場(chǎng)下游的最低處，暴雨季節(jié)灌水直接經(jīng)過，產(chǎn)生沖池、漫池，造成金屬損失和環(huán)境污染。鑒此，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)地形條件，將溶液池設(shè)在避開洪水徑流線的位置，并在池周邊做好排洪設(shè)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(shí)不滲漏，暴雨發(fā)生沖池現(xiàn)象。

　　堆場(chǎng)下游必須設(shè)具有一定容積的防洪池，否則暴雨季節(jié)不可避免地會(huì)造成金屬損失和環(huán)境污染。防洪池宜設(shè)在堆場(chǎng)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(shè)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(yáng)送到貧液池，作為噴淋液，在堆場(chǎng)內(nèi)部構(gòu)成液體循環(huán)，平時(shí)一般無廢水外排。規(guī)模較大的堆浸場(chǎng)與廢渣場(chǎng)，為了達(dá)到環(huán)境保護(hù)的要求，在下游出口處設(shè)置擋砂擋泥壩。雨季，壩內(nèi)可蓄水，實(shí)際可兼作防洪池。當(dāng)堆浸場(chǎng)與廢石場(chǎng)共處一個(gè)山谷，廢石場(chǎng)下游的攔擋壩形成的水庫(kù)，可當(dāng)作堆浸場(chǎng)的防洪庫(kù)，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）。 

　　堆浸設(shè)施設(shè)計(jì)計(jì)算，主要有堆浸場(chǎng)面積計(jì)算、溶液池和防洪池的容積計(jì)算。

　　堆浸場(chǎng)面積計(jì)算，目前國(guó)際上尚無公認(rèn)的通用的計(jì)算公式。過去的設(shè)計(jì)，大多參照同類型礦山生產(chǎn)情況，憑經(jīng)驗(yàn)確定堆浸面積。本文推出一公式如下：

　　（1）

　　式中：S為堆場(chǎng)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(gè)周期的天數(shù)（含筑堆、卸礦的天數(shù)），d；f為堆場(chǎng)面積系數(shù)，包含堆場(chǎng)死角、運(yùn)輸?shù)缆返龋ǔＨ?span style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important; font-family: Calibri;">1.2～1.3；δ為礦石松散密度，t/m3；H為礦堆堆高，m。

　　從式中（1）可知，堆場(chǎng)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(gè)小堆場(chǎng)，交替進(jìn)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(chǎng)面積理論上是個(gè)常數(shù)。堆浸一個(gè)周期，需很多天才能完成，但每天運(yùn)入堆場(chǎng)的礦石量是穩(wěn)定的。因此當(dāng)堆高確定后（松散密度也為定值），決定堆場(chǎng)面積的是一個(gè)周期內(nèi)處理的礦石總量，即日處理礦石量乘以一個(gè)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(duì)大量生產(chǎn)實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況相當(dāng)接近。因此認(rèn)為，公式（1）可推廣作為設(shè)計(jì)計(jì)算堆場(chǎng)面積的通用公式。

　　防洪池的計(jì)算。防洪池容積通常按容納堆場(chǎng)內(nèi)部連續(xù)降雨若干小時(shí)匯水量來確定。但降雨時(shí)間多長(zhǎng)為宜，沒有絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)。東北大學(xué)出版社出版的《堆浸法提金工藝與設(shè)計(jì)》介紹的公式為：

　　（2）  V=K·e·h·s

　　式中：V為防洪池容積，m3；K為保險(xiǎn)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(shí)取下限，反之取上值；e為每小時(shí)最大降雨量，m/h（根據(jù)當(dāng)?shù)?span style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important; font-family: Calibri;">50～100年氣象資料而定）；h為最大連續(xù)降雨小時(shí)數(shù)，h（根據(jù)當(dāng)?shù)?span style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important; font-family: Calibri;">50～100年氣象資料而定）；s為堆浸場(chǎng)總面積，m2。

　　在使用公式（2）時(shí)，最大連續(xù)降雨小時(shí)數(shù)難以確定。南方地區(qū)，這個(gè)數(shù)字通常較大，依公式（2）算出的防洪池容積很大。在設(shè)計(jì)中，有時(shí)設(shè)定最大連續(xù)降雨時(shí)數(shù)為8～10h來計(jì)算，認(rèn)為堆場(chǎng)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(duì)下游污染不嚴(yán)重。實(shí)際上，如前所述，大一些的堆浸場(chǎng)及廢石場(chǎng)，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(kù)容比一般防洪池大的多，可不必設(shè)防洪池。公式（2）主要適用于下游無攔擋庫(kù)，單獨(dú)設(shè)置防洪池的計(jì)算。

　　溶液池（富液池、貧液池、中間池）容積計(jì)算。有的書籍介紹了計(jì)算方法，認(rèn)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(dāng)。由于銅礦堆浸獲得的貴液是進(jìn)萃取系統(tǒng)，所需溶液池的容積比金礦應(yīng)大得多?？偟脑瓌t是，溶液池的容積應(yīng)與堆場(chǎng)規(guī)模相匹配，同時(shí)也滿足后續(xù)作業(yè)的儲(chǔ)存要求。

　　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(guó)南方雨季時(shí)間長(zhǎng)，北方冰凍時(shí)間久，都會(huì)使堆浸生產(chǎn)全年工作日縮短。南方堆浸生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，小雨天氣對(duì)生產(chǎn)影響不大。有些礦山用防雨膜罩蓋堆浸場(chǎng)，并加強(qiáng)堆場(chǎng)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(jìn)行。南方地區(qū)年工作日，一般可達(dá)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(jìn)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(shè)計(jì)地下敷設(shè)的壓力輸液管時(shí)，特別要注意，當(dāng)管子從低往高布置時(shí)，不可以在中間出現(xiàn)低陷點(diǎn)儲(chǔ)存水后會(huì)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(diǎn)（這部分地形低），則必須在此處設(shè)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(shí)間，宜根據(jù)不同礦種及參照不同類型礦石的生產(chǎn)特點(diǎn)來制定。有條件的情況下，可進(jìn)行試驗(yàn)。

　　與傳統(tǒng)工藝相似，堆浸工藝設(shè)計(jì)確定浸出指標(biāo)的依據(jù)，也是選礦試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)指標(biāo)，也可參與類似礦山的生產(chǎn)實(shí)踐。但不同的是，傳統(tǒng)工藝試驗(yàn)是模仿生產(chǎn)條件進(jìn)行的，而堆浸工藝實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)，通常是以滾甁和柱浸方式進(jìn)行，與實(shí)際條件差別較大，因此浸出率相差較大，尤以金礦比較突出。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能以工業(yè)性（半工業(yè)性）試驗(yàn)結(jié)果作為確定浸出指標(biāo)的依據(jù)。如無工業(yè)性試驗(yàn)，可參考原礦性質(zhì)相似的礦山堆浸生產(chǎn)指標(biāo)，并參照柱浸指標(biāo)，適當(dāng)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(yàn)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(yàn)擬定。適宜的堆浸周期確定依據(jù)有兩條：一是浸出率指標(biāo)；二是堆浸尾渣品位對(duì)應(yīng)的盈虧平衡點(diǎn)。從設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可知，有時(shí)柱浸的天數(shù)與實(shí)際堆浸生產(chǎn)差距很大，如金礦，實(shí)際生產(chǎn)天數(shù)往往是柱浸天數(shù)的2～2.5