堆浸場(chǎng)防滲問(wèn)題

在堆浸場(chǎng)防滲設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮的主要問(wèn)題還有:

粗料(有時(shí)最大直徑達(dá)4cm)要直接與土工膜接觸。

施加在土工膜上的靜壓力通常很高，礦堆高度有時(shí)高達(dá)125m。

用人造排水材料來(lái)收集浸出液和滲漏液時(shí)，材料在高壓下的適應(yīng)能力應(yīng)當(dāng)預(yù)先考慮。

襯墊層要能承受外力和冰凍的雙重作用。外力可能會(huì)由于在襯墊上拖拉管子，或在池內(nèi)移動(dòng)泵駁船而引起硬傷，而由于持續(xù)低溫特別是冰凍天氣有困難造成襯墊層出現(xiàn)開(kāi)裂。

礦石和土工膜界面的磨擦角以及土工膜和其下低滲透系數(shù)的粘土層間的磨擦角，應(yīng)根據(jù)工程規(guī)范加以考慮。

土工膜材料的總體表現(xiàn)及其作為襯墊防滲系統(tǒng)的原理是重要的設(shè)計(jì)考慮因素。在襯墊設(shè)計(jì)中，只有兩個(gè)參數(shù)可以控制:在襯墊上的水頭和襯墊的滲透系數(shù)。復(fù)合襯墊已成功地應(yīng)用于堆浸池設(shè)計(jì)。在復(fù)合襯墊上的水頭一般非常低(小于1m)。在使用天然山谷作為堆浸池時(shí)，由于母液是在礦堆的孔隙中流動(dòng)的，因此可以使用較高的堆高。水頭較低的復(fù)合襯墊，對(duì)大多數(shù)堆浸場(chǎng)來(lái)講是優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

堆浸場(chǎng)通常配有地面溶液池。無(wú)礦殘液和母液分別貯存在有襯墊防滲層的池中。母液池收集到通過(guò)礦堆滲透下來(lái)的含礦溶液后，再經(jīng)過(guò)碳吸附或其它金屬的置換處理，提取可回收的金屬元素，例如金、銀和銅等。無(wú)礦廢液則送到另一個(gè)襯墊防滲池中貯存，直到加入新的化學(xué)試劑配制成新的堆浸液。因此，堆浸液可以循環(huán)使用。

如果池中有高壓水頭，通常需要在復(fù)合襯墊上設(shè)置排水層和另外一層土工膜。這個(gè)上層土工膜的作用是減少在復(fù)合襯墊層上的水頭，因?yàn)橥ㄟ^(guò)該層土工膜的滲漏液，將由排水層排走。在這種情況下，最重要的襯墊層仍然是底部的復(fù)合襯墊層。上層土工膜和排水層不應(yīng)理解為滲漏探測(cè)系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈兾挥谡麄€(gè)系統(tǒng)中最重要的復(fù)合襯墊層上面。只有當(dāng)滲漏液進(jìn)入復(fù)合襯墊下面的地層時(shí)，才有滲漏探測(cè)出現(xiàn)。

在堆浸場(chǎng)常用的土工膜有PVC、HDPE、LLDPE和VLDPE。在過(guò)去，其它材料，象Hypalon和XR-5，也有用于收集溝和收集池的，但這種應(yīng)用在近10年已大為減少。聚乙烯土工網(wǎng)也可用作排水材料。不同厚度和不同材料的有紡和無(wú)紡?fù)凉げ家彩褂幂^廣。

1 )界面荷載測(cè)試

首先，為了評(píng)估土工膜在礦堆靜載作用下的特性，需要用設(shè)計(jì)材料進(jìn)行界面靜載測(cè)試。這種測(cè)試可用加力計(jì)來(lái)做。加力計(jì)的直徑應(yīng)當(dāng)足夠的大，以避免比例效應(yīng)。在采礦實(shí)踐中，與土工合成物相接觸的礦石的粒徑一般為1.25cm到4cm。

豎直荷載的大小一般從550kPa到2000kPa，加在加力計(jì)的頂部。要測(cè)試的襯墊，排水層和襯墊上的材料，按工程設(shè)計(jì)的方式放置在加力計(jì)內(nèi)。施加的豎直荷載一般維持24h到48h。記錄樣品的沉降量以檢驗(yàn)樣品的固結(jié)情況。加載完畢后，從加力計(jì)中取出樣品并檢查其損傷。損傷一般根據(jù)磨損，刻痕和穿孔情況來(lái)描述。

也可用真空盒測(cè)試來(lái)檢測(cè)土工膜的完整性。此外，可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的土工合成物測(cè)試，來(lái)檢測(cè)土工膜的物理性質(zhì)，并和原生樣品的測(cè)試結(jié)果相比較。這種加載測(cè)試獲得的結(jié)果，可用來(lái)判斷材料在靜載下的適應(yīng)能力及其變形特性。

2 )界面剪力強(qiáng)度

另一個(gè)重要問(wèn)題，是土工膜與其相接觸的各種材料的界面剪力強(qiáng)度。界面剪力強(qiáng)度一般按ASTM D 5321用大型的直剪儀來(lái)測(cè)試。界面根據(jù)加載條件進(jìn)行評(píng)估，包括:

飽和條件

濕界面(沒(méi)有浸透)

低到高的壓力(在高壓下，包絡(luò)線一般較平坦)

不同的剪切速度

襯墊和排水系統(tǒng)可能有很多潛在的破壞面。通常應(yīng)對(duì)幾種不同的界面，在不同的荷載作用下進(jìn)行評(píng)估，以決定最弱的界面(控制界面)。盡管殘余值和峰值包絡(luò)線都應(yīng)確定，但是一般用殘余值作穩(wěn)定性分析。

大型直剪儀(30cm X 30cm)對(duì)幾種設(shè)計(jì)的土工合成材料和土，作了很多界面剪切強(qiáng)度測(cè)試。對(duì)HDPE和LLDPE材料都作了測(cè)試，測(cè)量了峰值和殘余剪切強(qiáng)度。測(cè)試結(jié)果表明，襯墊下的細(xì)粒土層和襯墊上的粗粒徑的排水層，在測(cè)試荷載范圍內(nèi)并沒(méi)有明顯地改變界面強(qiáng)度。此外，測(cè)得的峰值和殘余值是一致的。發(fā)現(xiàn)的唯一明顯不同，是磨擦角隨土工膜類(lèi)型的不同而有輕微變化。

3 )滲漏液估計(jì)

該方法一般假定每4000 m2有一個(gè)10mm2的漏洞。關(guān)于土工合成物在堆浸場(chǎng)的使用，還有很多要研究的問(wèn)題。很多時(shí)候，這些問(wèn)題是由于好奇而提出的，而不是針對(duì)專(zhuān)門(mén)的技術(shù)設(shè)計(jì)考慮因素而提出的。一個(gè)特定的問(wèn)題是，不同的土工膜在與顆粒材料直接接觸時(shí)，在荷載作用下它的長(zhǎng)期特性究竟如何。實(shí)驗(yàn)室加載測(cè)試一般最多只持續(xù)幾天，而現(xiàn)場(chǎng)加載則是整個(gè)生產(chǎn)期(一般2到10年)。尚不清楚的是，它是否會(huì)出現(xiàn)蠕變變形，也不清楚它在荷載作用下，已經(jīng)形成的穿刺能否自愈(也就是說(shuō)，顆粒有可能最終充填了穿孔的大部分，因而沒(méi)有出現(xiàn)明顯的滲漏)。

堆浸池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為:在基層上鋪土工膜，膜上鋪土工網(wǎng)，網(wǎng)上是另一層土工膜。礦堆最大高度為60m。當(dāng)堆浸過(guò)的礦石挖出后，對(duì)土工膜及其接縫處的樣品進(jìn)行了測(cè)試。檢測(cè)結(jié)果表明，土工膜及其接縫都沒(méi)有出現(xiàn)明顯的損傷，檢測(cè)過(guò)的試樣也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)穿孔。

另一個(gè)要考慮的問(wèn)題是，土工膜/土工網(wǎng)界面在高壓流體作用下的長(zhǎng)期表現(xiàn)，如在非常深的池中，將土工網(wǎng)布置于雙層土工膜之間。目前，還不能確定在礦堆荷載作用下，土工網(wǎng)是否會(huì)刺入土工膜。因此從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，有可能會(huì)在土工膜上造成漏洞。在有些案例中，發(fā)現(xiàn)土工網(wǎng)部分地刺入土工膜。一般當(dāng)土工膜的密度比土工網(wǎng)低時(shí)，這種情況會(huì)出現(xiàn)(和土工膜相比，土工網(wǎng)相對(duì)較硬)。

還有一個(gè)一般不會(huì)涉及到的問(wèn)題是，在峽谷堆浸場(chǎng)中可固結(jié)的材料對(duì)邊坡界面作用力的影響。由于礦石的堆置厚度不同，礦堆的沉降會(huì)有差異。這會(huì)導(dǎo)致沿邊坡上的土工膜產(chǎn)生位移，從而影響礦堆的穩(wěn)定性。只要沿著邊坡上的土工膜產(chǎn)生較小的位移，殘余剪切強(qiáng)度值就能很快達(dá)到。這個(gè)問(wèn)題可用數(shù)值分析方法來(lái)評(píng)估，根據(jù)固結(jié)沉降引起的位移來(lái)決定可能的剪切強(qiáng)度。

由于土工布會(huì)發(fā)生堵塞問(wèn)題，因此在堆浸場(chǎng)一般不會(huì)用土工布來(lái)覆蓋排水導(dǎo)管。在作銅礦石堆浸時(shí)，使用細(xì)菌是工藝的一部分，細(xì)菌也因此被認(rèn)為是造成排水管外圍的土工布發(fā)生堵塞的原因之一。到目前為止，并未針對(duì)采礦工藝對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)研究。

因?yàn)榈V物價(jià)值是通過(guò)排水系統(tǒng)的回收來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，解決堆浸場(chǎng)排水系統(tǒng)的堵塞問(wèn)題是非常重要的。此外，如果發(fā)生土工布堵塞，就會(huì)在堆浸池中形成高壓水頭，從而誘發(fā)穩(wěn)定性問(wèn)題。還有，對(duì)于硫化物礦石，維持一個(gè)氧化環(huán)境對(duì)于堆浸的成功是非常重要的。如果土工布發(fā)生堵塞而礦石已開(kāi)始浸透，金屬的回收率就會(huì)下降。

堆浸場(chǎng)廣泛地用來(lái)提取金、銀、銅和其它金屬。

使用該法時(shí)，低品位的礦石堆放在堆浸場(chǎng)里，堆浸場(chǎng)事先用滲透系數(shù)低的材料來(lái)作防滲襯墊。堆浸液從礦堆的頂部淋下，滲透過(guò)礦堆(礦堆并沒(méi)有完全浸透)并最終匯積在底部透水層，然后在鋪有襯墊的集液池中收集母液，最后通過(guò)不同的工藝提取各種金屬。堆浸場(chǎng)使用土工合成物時(shí)，防止污染和順暢排水是應(yīng)當(dāng)考慮的兩個(gè)最重要的因素。

堆浸是堆置浸出法的簡(jiǎn)稱(chēng)，是通過(guò)將稀的化學(xué)溶劑噴灑到預(yù)先堆置好的礦石堆上，選擇性地溶解(浸出)礦石中的目標(biāo)成分，形成離子或絡(luò)合離子并使之轉(zhuǎn)入溶液，以便進(jìn)行進(jìn)一步的提取或回收的浸出方法;堆浸的礦石僅需粗碎即可，溶液在礦堆中處于非飽和流狀態(tài)。我國(guó)堆浸提鈾技術(shù)研究始于上世紀(jì)60年代，經(jīng)過(guò)幾代鈾礦冶科技工作者的不斷努力探索，已經(jīng)在許多技術(shù)領(lǐng)域取得了突破，一大批科研成果已成功應(yīng)用于堆浸提鈾工業(yè)生產(chǎn)，并且取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。堆浸提鈾工藝是中國(guó)鈾礦冶生產(chǎn)的主要工藝之一。

濃酸熟化高鐵淋濾堆浸技術(shù)

該技術(shù)的特點(diǎn)是首先將破碎礦石進(jìn)行濃酸熟化預(yù)處理，使礦石中的鐵氧化為三價(jià)，鈾大部分轉(zhuǎn)化為可溶性鹽，然后采用含硫酸高鐵的清水進(jìn)行淋浸。此工藝既縮短了礦石的浸出周期.也提高了浸出合格液的鈾濃度。經(jīng)多年的工業(yè)應(yīng)用表明，采用濃酸熟化-高鐵淋濾技術(shù)進(jìn)行強(qiáng)化堆浸，礦石浸出周期僅60~100d，浸出合格液鈾濃度可達(dá)7~9g/L。

低滲透性礦石制粒堆浸技術(shù)

低滲透性含泥礦石化學(xué)粘合進(jìn)行酸法制粒，該粘合劑通過(guò)參與化學(xué)反應(yīng)，可在礦粒內(nèi)部形成以水化物晶核為基礎(chǔ)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)，從而大幅度提高了礦堆的滲透性。工業(yè)生產(chǎn)表明，礦石經(jīng)過(guò)制粒預(yù)處理以后進(jìn)行堆浸，金屬的浸出率95%以上，與直接堆浸相比較，浸出周期縮短70%，浸出合格液鈾濃度提高50%。

細(xì)粒級(jí)礦石堆浸技術(shù)

經(jīng)過(guò)對(duì)堆浸傳質(zhì)機(jī)理及浸出過(guò)程進(jìn)行深入分析研究，提出了細(xì)粒級(jí)礦石堆浸的概念，認(rèn)為堆浸礦石的破碎應(yīng)該存在一個(gè)最佳經(jīng)濟(jì)粒度，在充分試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出了堆浸礦石破碎的經(jīng)濟(jì)粒度計(jì)算模型。目前，該研究成果已經(jīng)在多個(gè)堆浸鈾礦山得到了應(yīng)用。

串聯(lián)堆浸技術(shù)

為了盡可能提高礦石堆浸合格液鈾濃度，降低原材料消耗，針對(duì)多種鈾礦石進(jìn)行了系統(tǒng)的串聯(lián)堆浸技術(shù)試驗(yàn)研究，開(kāi)發(fā)了計(jì)算礦石串聯(lián)堆浸各階段操作參數(shù)的數(shù)學(xué)模型。多個(gè)堆浸提鈾礦山的應(yīng)用結(jié)果表明，在使用該技術(shù)以后，堆浸合格液的鈾濃度可提高2~3倍，浸出過(guò)程的酸、氧化劑以及金屬回收工序的材料消耗可降低20%~30%。

細(xì)菌氧化堆浸技術(shù)

中國(guó)對(duì)于細(xì)菌氧化堆浸提鈾技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代，主要是利用氧化亞鐵硫桿菌對(duì)礦石中的黃鐵礦或吸附尾液中的Fe2+進(jìn)行氧化使Fe2+轉(zhuǎn)變成Fe3+，從而完成對(duì)礦石中低價(jià)鈾的氧化浸出。已進(jìn)行了4000t規(guī)模的工業(yè)試驗(yàn)。工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明，采用細(xì)菌氧化堆浸與常規(guī)氧化堆浸相比，硫酸消耗可降低12.5%，浸出時(shí)間可縮短32%~45%、浸出液鈾濃度可提高88.2%。

伴生鈾礦綜合堆浸回收技術(shù)

目前已探明的鈾礦資源中，鈾鉬共生礦床占有一定的比例，此類(lèi)型礦床在常規(guī)浸出時(shí)往往浸出時(shí)間長(zhǎng)、鉬的浸出率低，并且浸出液中鈾鉬的分離效果不夠理想。采用拌酸熟化及活化浸出技術(shù)對(duì)礦石進(jìn)行堆浸處理，使礦石的浸出周期縮短了一半以上，鈾的浸出率達(dá)到90%，鉬的浸出率達(dá)到70%以上，并采用新型的離子交換樹(shù)脂從浸出液中同時(shí)吸附鈾鉬，通過(guò)分步淋洗使鈾鉬的分離系數(shù)達(dá)到2000以上。

滲濾浸出提鈾

對(duì)于一些鐵、鎂、鈣、鋁等雜質(zhì)含量高的復(fù)雜鈾礦，常規(guī)堆浸過(guò)程中，堆內(nèi)溶液的酸度隨著溶液的運(yùn)移會(huì)不斷消耗，導(dǎo)致鐵、鎂、鈣、鋁在堆內(nèi)不斷地遷移一積累一沉淀，使礦堆板結(jié)，降低了礦堆的滲透性。滲濾浸出工藝由于改變了溶液與礦石的接觸方式，可保持溶液酸度的相對(duì)穩(wěn)定，有效地避免礦堆板結(jié)。工業(yè)試驗(yàn)表明，采用滲濾浸出工藝代替堆浸工藝以后，礦石的浸出周期從300d以上降低到了60d以?xún)?nèi)，鈾浸出率從60%左右提高到90%以上。