CN102560099A - 串联柱浸试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种串联柱浸试验装置，由n个单元柱串联而成。单元柱包括联通孔(1)、密封盖(2)、石英砂(3)、密封槽(4)、试验矿石(5)、有机玻璃柱管(6)、法兰(8)、孔板(9)、缓冲空间(10)和联通管(11)。密封盖(2)通过密封槽(4)联结到有机玻璃柱管(6)的上部，密封盖可揭开。缓冲空间(10)通过法兰(8)联接到有机玻璃柱管(6)的下部，其间用孔板(9)隔开，孔板(9)上布满圆形小孔，孔径根据试验矿石粒径而定。单元柱之间通过将上一单元柱的联通管(11)插入下一单元柱的联通孔(1)实现串联。采用本发明提供的串联柱浸试验装置，可以模拟现场堆浸过程中矿堆不同深度处有用金属的浸出率、浸出剂和氧化剂的消耗量以及pH、Eh等参数随时间的变化，确定现场堆浸合理的工艺参数。该装置结构简单、制造和维修成本低、取样方便、易操作。

Description

串联柱浸试验装置

技术领域

本发明属于溶浸采矿领域，具体涉及一种模拟预测现场单堆浸出、单堆浸出后翻堆浸出、单堆浸出后串堆浸出及单堆浸出后堆上筑堆浸出条件下，矿堆堆底及不同深度处有用金属的浸出率、pH、Eh、溶浸剂和氧化剂浓度等参数随时间的变化，及确定现场堆浸合理工艺参数的串联柱浸试验装置。

本发明还属于环境保护领域，具体涉及一种模拟预测固体废物、有害金属污染土壤及电子垃圾浸出法处理时，不同深度处有害金属的去除率、pH、Eh、溶浸剂和氧化剂浓度等参数随时间的变化，及确定现场堆浸合理工艺参数的串联柱浸试验装置。

背景技术

溶浸采矿是根据矿石的物理化学特性，将溶浸剂注入地下矿层或破碎矿石堆，利用化学浸出、质量传递、热力和水动力等作用，将地下矿层或破碎矿石堆中的有用金属矿物，从固态转化为液态，然后加以回收，以实现低成本开发矿产资源的一类方法。溶浸采矿将采、选、冶溶为一体，简化了工序，从根本上改变了常规采矿工艺。因此，该技术在国内外发展迅速，尤其是在低品位的铀、铜、金、银等矿产的开发利用方面，应用越来越广泛。

其中的堆浸技术具有工艺简单、投资少、建设周期短、操作管理简单等诸多优点，已成为溶浸采矿的主体工艺。目前，在工业上已普遍应用的堆浸工艺有：低品位铜矿石或废石的地表堆浸、地下铜矿崩落区或采空区残矿的地下堆浸、低品位铀矿石的地表堆浸、地下铀矿采空区残矿的地下堆浸以及低品位金、银矿石的地表堆浸。且在将来相当长的时间内，堆浸技术仍然是开发利用低品位矿产资源的主要方法之一。

因此，对堆浸工艺的研究和改进，一直都是溶浸采矿领域研究的重点。近年来，已对堆浸工艺作了大量改进，在现场堆浸中采取了翻堆、串堆和堆上筑堆等技术措施，并取得了一定成效。但由于对堆浸及其改进技术研究得不充分，特别是对矿堆不同深度处有用金属的浸出率、pH、Eh、溶浸剂和氧化剂的浓度随时间的变化缺乏研究，使得其浸出效果受到了较大程度的影响。因此，对这些新技术进行试验研究，优化其参数，提高资源利用率，仍是堆浸领域研究的重点。

柱浸试验又称渗滤浸出试验，是将矿石装入沿竖向固定的有机玻璃柱或塑料柱中，采用化学或生物溶浸剂在柱顶对装入矿石进行喷淋，以模拟预测矿石现场堆浸过程中有用金属的浸出率、pH、Eh、溶浸剂和氧化剂的浓度随时间的变化和确定其工艺参数的重要室内试验方法。柱浸试验的目的是通过研究浸出剂的浓度、浸出剂和氧化剂的消耗量、溶浸液的pH及Eh等对某种矿产资源中有用金属浸出率的影响，确定采用堆浸法开发这种矿产资源的可行性及合理的工艺参数。

传统的柱浸试验采用单柱浸出试验装置进行，只能在柱的底部进行取样，取样方式单一，无法模拟预测堆浸过程中矿堆不同深度处有用金属的浸出率、pH、Eh、溶浸剂和氧化剂的浓度等参数随时间的变化，特别是无法模拟预测翻堆、串堆及堆上筑堆后，矿堆不同深度处这些参数随时间的变化，也就无法确定合理的工艺参数。

发明内容

针对上述情况，本发明提供了一种取样、操作方便，制造、维修成本低的串联柱浸试验装置，采用本装置，能模拟预测现场堆浸过程中，矿堆不同深度处有用金属的浸出率、pH、Eh、溶浸剂和氧化剂的浓度等参数随时间的变化，进而确定合理的翻堆、串堆及堆上筑堆的时间，特别是还能模拟预测翻堆、串堆及堆上筑堆后，堆浸过程中矿堆不同深度处有用金属的浸出率、pH、Eh、溶浸剂和氧化剂的浓度等参数随时间的变化，进而可确定翻堆、串堆及堆上筑堆对矿石浸出效果的影响及合理的工艺参数。而这些正是现有柱浸试验装置的缺陷所在。

本串联柱浸试验装置，由n个单元柱串联而成，单元柱包括联通孔1、密封盖2、石英砂3、密封槽4、试验矿石5、有机玻璃柱管6、法兰8、孔板9、缓冲空间10和联通管11。

其中，在有机玻璃柱管6底部铺设一层石英砂3，在底部石英砂的上面铺设试验矿石5，试验矿石上部铺设一层石英砂3；密封盖2位于有机玻璃柱管6的上部，密封盖2与有机玻璃柱管6之间设有密封槽4，密封盖2可揭开，密封盖上设有联通孔1；缓冲空间10位于有机玻璃柱管6的下部，它通过法兰8与有机玻璃柱管6相连接；有机玻璃柱管6与缓冲空间10之间用孔板9隔开；孔板9上布满圆形小孔，孔径根据矿石粒径而定；联通管11位于缓冲空间10的下方，其大小与密封盖2上的联通孔1相吻合；上一单元柱的联通管穿入下一单元柱的联通孔，实现上下单元柱的密封串联。

其中，n个单元柱为2-100个单元柱，具体单元柱的个数根据试验所需模拟的现场堆浸矿堆的高度确定。石英砂厚30mm、粒径与矿石粒径相近，有机玻璃柱管的内径与矿石最大粒径之比在5-50之间。密封盖2高度为50mm。缓冲空间10高度为50mm。矿石较小时，在孔板9上铺设纱网。

当在各个高度上取测试样时，将密封盖揭开，从联通管中取样，取完样后再密封上，这样可避免矿石在浸出过程中受外界因素的影响，从而更好地模拟现场堆浸。装入有机玻璃柱管的矿样的高度较小，可以有效避免矿石离析。缓冲空间与主体柱管通过法兰连接，其间装有一孔板将两者隔开，孔板上布满圆形小孔，孔径根据矿石粒径而定。缓冲空间底部有一连通管，作为与下一主体柱管串联的联通件或收集浸出液的积液管。有机玻璃柱管与密封盖相联的地方设有一个密封槽，使密封更严密。

整个试验装置用耐酸有机玻璃制成。装置中单元柱的数量，根据所模拟的现场堆浸矿堆的高度确定；有机玻璃柱管的内径根据矿石颗粒的最大粒径确定，内径与矿石颗粒最大粒径的比值控制在5-50之间。向单元柱装矿石前，先将缓冲空间10通过法兰8联接到有机玻璃柱管6的下部，其间用孔板9隔开；再在孔板上铺设一层厚30mm、粒径与试验矿石粒径相近的石英砂；再在石英砂上均匀装入250mm厚的矿石；再在矿石上部铺设一层厚30mm、粒径与试验矿石粒径相近的石英砂。石英砂的粒径与矿石粒径须保持一致，以消除单元柱渗流的顶部和底部效应。孔板的厚度根据其所承载的矿石和石英的重量确定，板上小孔的直径根据矿石颗粒的大小定，以避免底部石英砂流失。用法兰连接时可加橡皮垫圈或涂一层环氧树脂，以避免漏液。在底部用缓冲空间来消除底部汇流。

所有单元柱沿竖向置于分层的台架上，每个分层设置一个单元柱，分层隔板上设有圆孔，上一个单元柱的联通管穿过分层隔板上的圆孔，与下一个单元柱的联通孔相连，实现单元柱间的串联。分层的台架作为取样平台，取样方便。用马氏瓶置于台架顶层进行布液，根据需要通过阀门或流量计控制流量。最下层采用积液槽收集浸出液。

本发明提供的串联柱浸试验装置与传统的柱浸试验装置相比，具有以下优点：

1、将多个单元柱串联，组成模拟现场堆浸的串联柱浸试验装置，对每个单元柱定时取样分析，可模拟预测堆浸过程中矿堆不同深度处有用金属的浸出率、pH、Eh及溶浸剂和氧化剂的浓度等参数随时间的变化，确定现场堆浸合理的工艺参数。

2、在串联柱浸试验装置浸出一段时间后，调整单元柱的顺序继续浸出，对每个单元柱定时取样分析，可模拟预测翻堆后矿堆不同深度处的浸出率、pH、Eh及溶浸剂和氧化剂的浓度等参数随时间的变化，确定合理的翻堆时间及翻堆后现场堆浸合理的工艺参数。

3、在一串联柱浸试验装置浸出一段时间后，在其上串联另一浸出了一段时间的柱浸试验装置，对每个单元柱定时取样分析，可模拟预测串堆后各矿堆不同深度处的浸出率、pH、Eh及溶浸剂和氧化剂的浓度等参数随时间的变化，确定串堆后现场堆浸合理的工艺参数。

4、在一串联柱浸试验装置浸出一段时间达到卸堆水平后，在其上串联一未浸出的串联柱浸试验装置，对每个单元柱定时取样分析，可模拟预测堆上筑堆后矿堆不同深度处的浸出率、pH、Eh及溶浸剂和氧化剂的浓度等参数随时间的变化，确定堆上筑堆后现场堆浸合理的工艺参数。

5、单元柱间采用封闭式串联，使矿堆中各参数免受单元柱影响，更符合现场堆浸的实际。

6、串联柱浸试验装置组合灵活，能满足各种试验要求；取样方便，解决了高柱在不同高度因矿石毛细吸力产生负压而取液样难的问题，还解决了在不同时间、不同高度取渣样难的问题。

7、试验装置具有制作简单、成本低、适用性强、可重复使用、测量数据真实可靠，能准确、方便地得到浸出过程中溶浸剂和有用金属离子浓度的时空分布规律等优点。

附图说明

图1串联柱浸试验装置单元柱示意图；

图2孔板示意图；

图3串联柱浸试验装置单元柱组合及安装示意图。

具体实施方式

I材料组成

单元柱、堆浸矿石、石英砂、支架、高位槽和积液槽。

II材料配置及施用方法

串联柱浸试验装置单元柱组合及安装示意图见说明书附图3。

串联柱浸试验装置使用的具体步骤是：先根据矿石的粒径确定好有机玻璃柱的内径和所需单元柱的数量。向单元柱装矿石前，先将缓冲空间10通过法兰8联接到有机玻璃柱管6的下部，缓冲空间10与有机玻璃柱管6之间用孔板9隔开；在有机玻璃柱管6内先铺设一层厚30mm、粒径与试验矿石粒径相近的石英砂；再在石英砂上均匀装入250mm厚的矿石；再在矿石上部铺设一层厚30mm、粒径与试验矿石粒径相近的石英砂，然后盖好密封盖2。再将试验所需的单元柱放在分层的支架上，采用橡皮管，通过将上一单元柱的联通管11插入下一单元柱的联通孔1，将所有单元柱串联起来。再采用马氏瓶作为高位槽置于支架顶层进行高位布液，并用流量计控制流量。采用聚四氟乙烯壶作为积液槽在串联柱浸试验装置底部收集浸出液，或者在各单元柱的联通管

11收集浸出液。

III原理

本发明提供的串联柱浸试验装置，由多个单元柱串联而成，可在各种喷淋条件下开展试验，能对每个单元柱定时取样，获得各单元柱底部有用金属的浸出率、pH、Eh、溶浸剂和氧化剂的浓度等参数随时间的变化，从而能模拟预测矿石堆浸过程中矿堆各个深度上有用金属的浸出率、pH、Eh、溶浸剂和氧化剂的浓度等参数随时间的变化，确定现场堆浸合理的工艺参数。将各单元柱的顺序进行调整，可模拟预测现场堆浸过程中翻堆后的浸出效果。将两浸出了一定时间的串联柱浸试验装置串联，可模拟预测现场堆浸过程中串堆后的浸出效果。将一浸出了一段时间达到卸堆水平的串联柱浸试验装置，与另一尚未浸出的串联柱浸试验装置串联，可模拟预测现场堆浸过程中堆上筑堆后的浸出效果。

IV具体实施方式

本发明专利提供一种模拟现场矿石堆浸的串联柱浸试验装置，按照说明书附图3将装置安装完毕后，每天按照试验设定的溶浸液浓度、氧化剂浓度、布液强度、液固比、布液时间等参数进行布液，同时对每个单元柱的有用金属的浸出率、浸出剂和氧化剂的消耗量以及pH、Eh等参数进行检测，即可确定现场矿石堆浸过程中不同深度处有用金属离子浓度、pH、Eh、剩余酸度、氧化剂浓度等参数随时间的变化规律。

如需要了解现场堆浸过程中矿堆各个深度上有用金属的浸出率、浸出剂和氧化剂的消耗量以及pH、Eh等参数的变化情况，先构建一模拟该矿堆的串联柱浸试验装置，分别对每个单元柱进行定时取样，测定铀离子浓度、pH、Eh、剩余酸度、氧化剂浓度等参数，确定它们随时间的变化规律，此即为该矿堆现场堆浸过程中不同深度处有用金属离子浓度、pH、Eh、剩余酸度、氧化剂浓度等参数随时间的变化规律。

如需要了解翻堆对矿石浸出效果的影响，则将模拟该矿堆的串联柱浸试验装置布液取样一段时间，再调整各单元柱的顺序，继续进行布液取样，测定各单元柱的有用金属离子浓度、pH、Eh、剩余酸度、氧化剂浓度等参数，确定他们随时间的变化，即可了解翻堆对矿石浸出效果的影响。

如需要了解串堆对矿石浸出效果的影响，则先将模拟两矿堆的两串联柱浸装置各布液取样一段时间，再将两者进行串联，继续进行布液取样，测定不同高度处有用金属离子浓度、pH、Eh、剩余酸度、氧化剂浓度等参数，确定它们随时间的变化，即可了解串堆对矿石浸出效果的影响。

如需要了解堆上筑堆的浸出效果，可将模拟下部矿堆的串联柱浸试验装置布液取样至卸堆水平，再在其上串联一模拟上部新矿堆的串联柱浸试验装置，再进行布液取样，测定不同高度处有用金属离子浓度、pH、Eh、剩余酸度、氧化剂浓度等参数随时间的变化，即可了解堆上筑堆的浸出效果。

V实施例

实施例1

将配制的粒径为1-2mm，铀品位为0.177％的铀矿样，均匀地装进4个内径为88mm的单元柱，铀矿石柱的高度为250mm，其上下面均铺设了一层粒径为1-2mm、厚度为30mm的石英砂。再将4个单元柱置于分层台架上，组成串联柱浸试验装置。每天采用0.1L/kg的液固比进行布液，溶浸液中硫酸的浓度为5-20g/L，初始硫酸浓度为20g/L，再根据pH值的变化调整硫酸的浓度，使后期pH保持在1-2之间。每天布液时间为8h，布液强度为20.55L/h·m²，浸出时间为35d。各单元柱的取样时间为每天布液喷淋后4-4.5h。总浸出液在第2天布液喷淋之前开始取样，此后每天此时取样。对所取样品的U浓度、pH和Eh进行测试分析，试验数据如表1所示。由表1可知，采用串联柱浸试验装置可以较好的研究矿石粒径为1-2mm的铀矿石在浸出过程中的各个工艺参数随时间的变化。

实施例2

将配制的粒径为3-4mm，铀品位为0.177％的铀矿样，均匀地装进4个内径为88mm的单元柱，铀矿石柱的高度为250mm，其上下面均铺设了一层粒径为3-4mm、厚度为30mm的石英砂。再将4个单元柱置于分层台架上，组成串联柱浸试验装置。每天采用0.1L/kg的液固比进行布液，溶浸液中硫酸的浓度为5-20g/L，初始硫酸浓度20g/L，再根据pH值的变化调整硫酸的浓度，使后期pH保持在1-2之间。每天布液时间为8h，布液强度为20.55L/h·m²，浸出时间为35d。各单元柱的取样时间为每天布液喷淋后4-4.5h。总浸出液在第2天布液喷淋之前开始取样，此后每天此时取样。对所取样品的U浓度、pH和Eh进行测试分析，试验数据如表2所示。由表2可知，采用串联柱浸试验装置可以较好的研究矿石粒径为3-4mm的铀矿石在浸出过程中各项工艺参数。

实施例3

将配制的粒径为4-5mm，铀品位为0.177％的铀矿样，均匀地装进4个内径为88mm的单元柱，铀矿石柱的高度为250mm，其上下面均铺设了一层粒径为4-5mm、厚度为30mm的石英砂。再将4个单元柱置于分层台架上，组成串联柱浸试验装置。每天采用0.1L/kg的液固比进行布液，溶浸液中硫酸的浓度为5-20g/L，初始硫酸浓度20g/L，再根据pH值的变化调整硫酸的浓度，使后期pH保持在1-2之间。每天布液时间为8h，布液强度为20.55L/h·m²，浸出时间35为d。各单元柱的取样时间为每天布液喷淋后4-4.5h。总浸出液在第2天布液喷淋之前开始取样，此后每天此时取样。对所取样品的U浓度、pH和Eh进行测试分析，试验数据如表3所示。由表3可知，采用串联柱浸试验装置可以较好的研究矿石粒径为4-5mm的铀矿石在浸出过程中各项工艺指标。

以上仅仅是本发明的较佳实施方式，根据本发明的上述构思，本领域的熟练人员还可以对此作出各种修改和变换。例如，对单元柱的数量进行调整，对装置的材质进行改变，对装置的连接和安装方式进行变换，采用该装置对矿石堆浸新工艺进行模拟试验研究，采用该装置和工艺对不同类型的矿石进行柱浸试验，采用该装置对不同浸出方法和浸出剂对矿石进行浸出试验研究，采用该装置模拟预测固体废物、有害金属污染土壤及电子垃圾浸出法处理等等，均属于本发明的实质。

表1 粒径为1-2mm的铀矿样串联柱浸试验数据

表2 粒径为3-4mm的铀矿样分段串联柱浸试验数据

表3 粒径为4-5mm的铀矿样分段串联柱浸试验数据

Claims (4)

1.串联柱浸试验装置，由n个单元柱串联而成，其特征在于，单元柱包括联通孔（1）、密封盖（2）、石英砂（3）、密封槽（4）、试验矿石（5）、有机玻璃柱管（6）、法兰（8）、孔板（9）、缓冲空间（10）和联通管（11），在有机玻璃柱管（6）底部铺设一层石英砂（3）, 在底部石英砂的上面铺设试验矿石（5），试验矿石上部铺设一层石英砂（3）；密封盖（2）位于有机玻璃柱管（6）的上部，密封盖（2）与有机玻璃柱管（6）之间设有密封槽（4），密封盖（2）可揭开，密封盖上设有联通孔（1）；缓冲空间（10）位于有机玻璃柱管（6）的下部，它通过法兰（8）与有机玻璃柱管（6）相连接；有机玻璃柱管（6）与缓冲空间（10）之间用孔板（9）隔开；孔板（9）上布满圆形小孔，孔径根据矿石粒径而定；联通管（11）位于缓冲空间（10）的下方，其大小与密封盖（2）上的联通孔（1）相吻合；上一单元柱的联通管穿入下一单元柱的联通孔，实现上下单元柱的密封串联。

2.根据权利要求1所述的串联柱浸试验装置，其特征在于：n个单元柱为2-100个单元柱，具体单元柱的个数根据试验所需模拟的现场堆浸矿堆的高度确定；石英砂厚30mm 、粒径与矿石粒径相近；有机玻璃柱管的内径与矿石最大粒径之比在5-50之间；密封盖（2）高度为50mm；缓冲空间（10）高度为50mm；矿石较小时，在孔板（9）上铺设纱网。

3.根据权利要求1所述的串联柱浸试验装置，其特征在于：所有单元柱沿竖向置于分层的台架上，每个分层设置一个单元柱，分层隔板上设有圆孔，上一个单元柱的联通管穿过分层隔板上的圆孔，与下一个单元柱的联通孔相连，实现两者的串联。

4. 根据权利要求1所述的串联柱浸试验装置，其特征在于：串联柱浸试验装置使用的具体步骤是：先根据矿石的粒径确定好有机玻璃柱的内径和所需单元柱的数量；向单元柱装矿石前，先将缓冲空间（10）通过法兰（8）联接到有机玻璃柱管（6）的下部，缓冲空间（10）与有机玻璃柱管（6）之间用孔板（9）隔开；在有机玻璃柱管（6）内先铺设一层厚30mm、粒径与试验矿石粒径相近的石英砂；再在石英砂上均匀装入250mm厚的矿石；再在矿石上部铺设一层厚30mm、粒径与试验矿石粒径相近的石英砂，然后盖好密封盖（2）；再将试验所需的单元柱放在分层的支架上，采用橡皮管，通过将上一单元柱的联通管（11）插入下一单元柱的联通孔（1），将所有单元柱串联起来；再采用马氏瓶作为高位槽置于支架顶层进行高位布液，并用流量计控制流量；采用聚四氟乙烯壶作为积液槽在串联柱浸试验装置底部收集浸出液，或者在各单元柱的联通管（11）收集浸出液。

Images