CN103409620A - 一种测定堆浸矿堆不同深度处浸出参数的方法 - Google Patents

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宋键斌
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Abstract

本发明涉及一种测定堆浸矿堆不同深度处浸出参数的方法。本发明采用2个或2个以上长度不同的试验柱组成并行柱浸试验系统，其中试验柱的数量与需要测定堆浸矿堆浸出参数的测点数保持一致；每个试验柱的装矿高度与所需要测定浸出参数的测点的深度保持一致。采用本发明提供的方法，可以方便地获得堆浸矿堆不同深度处的浸出液和试验矿石样，从而测定其不同深度处有用金属的浸出率、浸出剂和氧化剂的浓度以及pH、Eh等浸出参数及其随时间的变化。同时，本发明还为固体废物、有害金属污染土壤及电子垃圾的堆浸处理提供了一种测定堆浸料堆不同深度处有害金属的去除率、有用金属的回收率、浸出剂和氧化剂的浓度以及pH、Eh等浸出参数及其随时间的变化的方法。

Description

一种测定堆浸矿堆不同深度处浸出参数的方法
技术领域
本发明属于溶浸采矿领域，具体涉及一种测定堆浸矿堆不同时间不同深度处有用金属的浸出率、浸出剂和氧化剂的浓度以及pH、Eh等浸出参数的方法。
本发明还属于环境保护技术领域，具体涉及一种采用堆浸法处理固体废物、有害金属污染土壤及电子垃圾时，测定浸堆不同时间不同深度处有害金属的去除率、有用金属的回收率、浸出剂和氧化剂的浓度以及pH、Eh等浸出参数的方法。
背景技术
我国铀矿资源的特点是，低品位硬岩铀矿占比例较大，且矿体类型多、规模小，因而堆浸工艺是开发低品位硬岩铀矿资源的主流工艺。但该工艺存在着浸出时间长、浸出速率慢、浸出率偏低、后期浸出液金属浓度急剧下降等问题。因此，提高铀矿堆浸的效益，一直都是铀矿堆浸领域研究的重点。铀矿堆浸过程中堆内不同深度处铀金属的浸出率、浸出剂和氧化剂的浓度以及pH和Eh等浸出参数的测定，是开展这类研究的重要基础。
首先，要了解铀矿堆浸过程中堆内不同深度处铀金属的浸出达到了何种程度、浸出剂和氧化剂的浓度是否适当、pH和Eh是否合理，都需要通过测定堆浸矿堆不同时间不同深度处有用金属的浸出率、浸出剂和氧化剂的浓度以及pH、Eh等浸出参数来确定。
其次，要建立铀矿堆浸的动力学模型，确定其模型参数，优化喷淋强度，预测堆浸矿堆不同深度处铀的浸出率，也需要通过测定堆浸矿堆不同时间不同深度处有用金属的浸出率、浸出剂和氧化剂的浓度以及pH、Eh等浸出参数才能实现。
特别是近年来，为了改进铀矿堆浸工艺，提高铀资源回收率，在铀矿堆浸生产中采取了翻堆、串堆和堆上筑堆等新技术措施。但何时进行翻堆、串堆和堆上筑堆，优化其工艺参数，也需要通过测定堆浸铀矿堆不同时间不同深度处有用金属的浸出率、浸出剂和氧化剂的浓度以及pH、Eh等浸出参数来确定。
但是，传统的柱浸为单柱浸出，浸出过程中溶浸液的渗流为非饱和渗流，在这种状态下，由于试验柱中铀矿石集合体内的基质吸力为负，因而无法取得试验柱不同时间不同深度处的浸出液样，也难以从试验柱不同深度处取到试验矿石样，进而使得堆浸铀矿堆不同深度处有用金属的浸出率、浸出剂和氧化剂的浓度以及pH、Eh等浸出参数的测定无法实现。
虽然最近Valencia等提出了采用由多节试验柱串联组成的串联柱浸试验装置来测定堆浸矿堆不同深度处浸出参数的方法，但由于该试验装置在物理上未能保持与堆浸矿堆的一致性，忽略了矿石自重对堆浸矿堆不同深度处浸出参数的影响，而这种影响是很大的，因而所获得的数据与现场堆浸的实际情况有较大误差。发明就是在这样的背景下做出的。 
发明内容
本发明为低品位矿石的堆浸法浸出提供了一种测定堆浸矿堆不同深度处浸出参数的方法。采用本发明提供的方法，可以方便地采集堆浸矿堆不同深度处的浸出液和试验矿石样，从而测定矿堆不同深度处有用金属的浸出率、浸出剂和氧化剂的浓度以及pH、Eh等浸出参数及其随时间的变化。同时，本发明还为固体废物、有害金属污染土壤及电子垃圾的堆浸处理提供了一种测定堆浸料堆不同深度处有害金属的去除率、有用金属的回收率、浸出剂和氧化剂的浓度以及pH、Eh等浸出参数及其随时间的变化。
本发明采用2个或2个以上长度不同的试验柱组成并行柱浸试验系统，其中试验柱的数量与需要测定堆浸矿堆浸出参数的测点数保持一致；每个试验柱的装矿高度与所需要测定浸出参数的测点的深度保持一致。
采用本发明测定堆浸矿堆不同时间不同深度处浸出参数的程序如下：（1）确定堆浸矿堆内需测定浸出参数的点数及其深度，采用一组直径相同、高度不同的试验柱组成并行柱浸试验系统，系统中试验柱的数目根据测点数确定，每个试验柱的内径根据堆浸矿石最大颗粒粒径确定，每个试验柱的高度根据其所对应的测点的深度确定；（2）对所有试验柱均装入堆浸矿石，每个试验柱装入堆浸矿石的高度分别等于其对应的测点的深度；（3）采用矿石堆浸的喷淋参数对所有试验柱进行喷淋，在喷淋过程中每隔一段时间从各试验柱取浸出液样和试验矿石样，测定每个试验柱有用金属的浸出率、浸出剂和氧化剂的浓度以及pH、Eh等浸出参数，这些参数即为堆浸矿堆不同时间不同深度处的浸出参数。
例如，有一个高为3 m的堆浸矿堆，需要测定深0.5 m，1.0 m， 1.5 m，2.0 m，2.5 m，3.0 m处有用金属的浸出率、浸出剂和氧化剂的浓度以及pH、Eh等浸出参数随时间的变化。根据本发明专利，首先，采用6个直径相同、高度不同的试验柱组成并行柱浸试验系统；其次，对每个试验柱均装入堆浸矿石，第一个试验柱装入0.5 m高的堆浸矿石，第二个试验柱装入1.0 m高的堆浸矿石，第三个试验柱装入1.5 m高的堆浸矿石，第四个试验柱装入2.0 m高的堆浸矿石，第五个试验柱装入2.5 m高的堆浸矿石，第六个试验柱装入3.0 m高的堆浸矿石；最后，采用该堆浸矿堆的喷淋参数对所有试验柱进行喷淋，在喷淋过程中每隔一段时间从每个试验柱取浸出液样和试验矿石样，测定每个试验柱不同时间有用金属的浸出率、浸出剂和氧化剂的浓度以及pH、Eh等浸出参数，由此即可获得这些参数随时间的变化。
每个试验柱由耐酸有机玻璃管制成。每个试验柱的内径相同，试验柱的内径根据试验矿石最大颗粒的粒径设定，它与堆浸矿石颗粒最大尺寸的比值控制在4-20之间；每个试验柱的高度根据需装入其中的矿石高度而制定，每个试验柱的高度应保证其内的装矿高度能达到其所对应的测点的深度。
每个试验柱包括密封盖（1）、密封槽（2）、有机玻璃柱管（3）、试验矿石（4）、石英砂（5）、法兰（6）、缓冲空间（7）、孔板（8）、锥形漏斗（9）。
密封盖（1）高5 cm，位于有机玻璃柱管（3）上方，两者之间设有密封槽（2），密封盖可揭开，密封盖上方正中央设有联通管，以连接布液装置。有机玻璃柱管内，从下往上依次装有石英砂（5）、试验矿石（4）、石英砂（5），石英砂（5）的厚度均为5 cm，粒径与矿石粒径相近，试验矿石的高度与所需要研究的矿堆该处的深度保持一致。缓冲空间（7）高5 cm，位于有机玻璃柱管下方，通过法兰（6）与有机玻璃柱管（3）连接，法兰与缓冲空间之间用孔板（8）隔开，缓冲空间从下往上依次装有3 cm厚石英砂（5）与2 cm厚试验矿石（4）。锥形漏斗（9）位于缓冲空间的下方，通过法兰（6）与缓冲空间（7）连接，法兰与锥形漏斗之间用孔板（8）隔开。
设置密封盖（1）的主要目的是可尽量避免矿石在浸出过程中受外界因素的影响，减少浸出剂的挥发，固定布液点及布液高度。此外，在密封盖与主体柱管连接处设有密封槽（2），使密封更严密，尽量减少浸出剂的挥发。
有机玻璃柱管（3）内铺设上下两层石英砂（5）的目的为避免端部效应。设置缓冲空间（7）的目的为了便于获取试验柱底部的试验矿石样品。缓冲空间内试验矿石厚度不超过2 cm，以免影响整体浸出率的计算精度。
所述孔板上布满圆形小孔，孔径根据矿石粒径的大小设计，矿石较小时，可在孔板上垫耐酸纱网，避免矿石流失。孔板的厚度根据矿石的重量的多少设计，避免被矿石压垮。每个试验柱垂直固定在台架上。用马氏瓶置于台架顶层，根据现场试验堆的布液强度进行布液，通过阀门或流量计控制流量。最下层用积液槽进行浸出液的收集。
喷淋开始后，每隔一定时间在积液槽取浸出液样，在缓冲空间取试验矿石样，测定堆浸矿堆不同深度处的浸出参数。
本发明提供的一种测定堆浸矿堆不同时间不同深度处浸出参数的方法具有以下优点：
1、与传统的单柱浸出试验方法相比，本专利提供的方法，既解决了单柱浸出过程中非饱和渗流状态下因堆浸矿石集合体内的基质吸力为负而无法取得试验柱不同时间不同深度处浸出液样的难题，又解决了柱浸过程中因试验柱无法分割而无法取得试验柱不同时间不同深度处试验矿石样的难题。
2、与Valencia等提出的串联柱浸试验方法相比，本专利提供的的方法，考虑了堆浸矿石自重对堆浸矿堆不同时间不同深度处浸出参数的影响，最大程度地保证了所测定的堆浸矿堆不同时间不同深度处的浸出参数与实际堆浸矿堆不同时间不同深度处的浸出参数的一致性。
3、与传统的单柱浸出试验方法相比，本专利提供的的方法，既模拟了矿石堆浸的物理特性，又模拟了矿石堆浸的化学过程，因而采用本专利提供的的方法测定的堆浸矿堆不同时间不同深度处的浸出参数，能反映堆浸矿堆中这些参数的时空分布规律。
采用本发明提供的方法，可以方便地采集堆浸矿堆不同深度处的浸出液和试验矿石样，从而测定矿堆不同深度处有用金属的浸出率、浸出剂和氧化剂的浓度以及pH、Eh等浸出参数及其随时间的变化。同时，本发明还为固体废物、有害金属污染土壤及电子垃圾的堆浸处理提供了一种测定堆浸料堆不同深度处有害金属的去除率、有用金属的回收率、浸出剂和氧化剂的浓度以及pH、Eh等浸出参数及其随时间的变化的方法。
附图说明
图1 单个试验柱示意图；
图2 并行柱浸试验系统示意图。
具体实施方式
Ⅰ材料组成
并行柱浸试验系统、堆浸矿石。
Ⅱ材料配置及施用方法
有一高3 m的堆浸矿堆，需要测定深0.5 m，1.0 m， 1.5 m，2.0 m，2.5 m，3.0 m处有用金属的浸出率、浸出剂和氧化剂的浓度以及pH、Eh等浸出参数随时间的变化。根据本发明专利提供的方法，采用由6个试验柱组成的并行柱浸试验系统，第一个试验柱的装矿高度为0.5 m，用来测定堆浸矿堆0.5 m深度处的浸出参数；第二个试验柱的装矿高度为1.0 m，用来测定堆浸矿堆1.0 m深度处的浸出参数；第三个试验柱的装矿高度为1.5 m，用来测定堆浸矿堆1.5 m深度处的浸出参数；第四个试验柱的装矿高度为2.0 m，用来测定堆浸矿堆2.0 m深度处的浸出参数；第五个试验柱的装矿高度为2.5 m，用来测定堆浸矿堆2.5 m深度处的浸出参数；第六个试验柱的装矿高度为3.0 m，用来测定堆浸矿堆3.0 m深处的浸出参数。
对于每个试验柱，首先，在缓冲空间底部铺设一层厚3cm的石英砂，随后在上面铺设一层厚2cm的试验矿石，并连接锥形漏斗与缓冲空间，固定在支架上。然后，将有机玻璃柱管穿过支架上各层圆孔，并与缓冲空间连接，随后在有机玻璃柱管底部铺设一层厚5cm的石英砂，再装填试验矿石，每个试验柱的矿石高度根据试验研究的需要而定，装完试验矿石后，在试验矿石上再铺设一层厚5cm的石英砂。最后，盖好密封盖，用橡皮管连接密封盖上的联通管与支架上的高位槽，随后在每个试验柱底部置积液槽收集浸出液。各个试验柱按以上步骤依次安装，组成并行柱浸试验系统。
将马氏瓶置于台架顶层，采取现场堆浸矿堆的布液强度进行布液，通过阀门或流量计控制流量。布液完成后，每隔一定时间在积液槽取浸出液样，在缓冲空间取试验矿石样，测定有用金属的浸出率、浸出剂和氧化剂的浓度以及pH、Eh等浸出参数，再进一步分析确定这些参数随时间的变化。
Ⅲ原理
一个高为H的堆浸矿堆，需要测定间隔相等的N（N≧2）个深度处有用金属的浸出率、浸出剂和氧化剂的浓度以及pH、Eh等浸出参数随时间的变化。本发明专利采用由N个试验柱组成的并行柱浸试验系统，第一个试验柱的装矿高度为1×(H/N），用来测定堆浸矿堆1×(H/N）深度处的浸出参数；第二个试验柱的装矿高度为2×(H/N），用来模拟堆浸矿堆2×(H/N）深度处的浸出参数；第三个试验柱的装矿高度为3×(H/N），用来模拟矿堆3×(H/N）深度处的浸出参数；第四个试验柱的装矿高度为4×(H/N），用来模拟矿堆4×(H/N）深度处的浸出参数；第五个试验柱的装矿高度为5×(H/N），用来模拟矿堆5×(H/N）深度处的浸出参数；第六个试验柱的装矿高度为6×(H/N），用来模拟矿堆5×(H/N）深度处的浸出参数。采用该堆浸矿堆的喷淋参数对所有试验柱进行喷淋，每隔一定时间，在积液槽取浸出液样，在缓冲空间取试验矿石样，对取得的样品进行检测和分析，就能得到堆浸矿堆在不同时间N个深度处有用金属的浸出率、浸出剂和氧化剂的浓度以及pH、Eh等浸出参数，进而分析确定其时空分布规律等。 
Ⅳ具体实施方式
本发明提供一种测定堆浸矿堆不同深度处浸出参数的方法，该方法利用一组由2个或2个以上不同长度的试验柱组成的并行柱浸试验系统，其中试验柱的数量根据需要测定堆浸矿堆浸出参数的测点数确定，与测点数的数量保持一致；每个试验柱的装矿高度与所需要测定浸出参数的测点的深度保持一致。按照说明书附图1和附图2完成并行柱浸试验系统的安装后，采用现场堆浸的溶浸液浓度、氧化剂浓度、布液强度、液固比、布液时间等参数进行布液，并收集浸出液。
若需要了解矿石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等浸出参数的变化情况，则对各试验柱每天收集的浸出液样作相应分析。
若需要了解矿石堆浸过程中矿堆不同深度处有用金属的浸出率、矿渣品位等浸出参数的变化情况，则在各试验柱缓冲空间收集试验矿石样作相应分析。
Ⅴ实施例
实施例1
一个高为3 m的矿堆，需测定深0.5 m，1.0 m， 1.5 m，2.0 m，2.5 m，3.0 m处浸出液中有用金属的的浓度、pH、Eh以及浸出率等浸出参数随时间的变化。
采用6个试验柱组成并行柱浸试验系统，1#-6#试验柱装矿高度分别为0.5 m，1.0 m， 1.5 m，2.0 m，2.5 m，3.0 m，分别用来模拟矿堆深0.5 m，1.0 m， 1.5 m，2.0 m，2.5 m，3.0 m处的浸出参数。
准备粒径分布为0-9 mm试验铀矿石，并将其混合均匀。在缓冲空间底部铺设一层厚3cm的石英砂，随后在上面铺设一层厚2cm的试验矿石，并连接锥形漏斗与缓冲空间，固定在支架上。将有机玻璃柱管穿过支架上各层圆孔，并与缓冲空间连接，随后在有机玻璃柱管底部铺设一层厚5 cm的石英砂，再装填试验矿石，1#-6#试验柱装矿高度分别为0.5 m，1.0 m， 1.5 m，2.0 m，2.5 m，3.0 m，装矿量分别约为5.00 kg、10.03 kg、15.08 kg、20.15 kg、25.25 kg、30.40 kg。装完试验矿石后，在试验矿石上再铺设一层厚5cm的石英砂。盖好密封盖，用橡皮管连接密封盖上的联通管与支架上的高位槽，开始布液。
布液前用适量清水分别润湿每根试验柱，避免干燥矿石吸收溶浸液，确保布液量和出液量基本一致。
布液喷淋的具体参数为：液固比0.1:1，淋停比1:1，布液强度41.1 L/m2/h，，12 h连续布液，硫酸初始浓度为20 g/L，所有试验柱的布液喷淋与6#试验柱保持一致，后期根据6#试验柱浸出液pH的变化，相应地进行调整，确保浸出后期pH在1-2之间，连续浸出82 d。
各试验柱在布液喷淋完成后，每天在积液槽取浸出液样，对所取样品的进行U浓度、pH、Eh以及浸出率分析，试验数据如表1所示。
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，对试验柱的数量进行调整，对试验柱的材质进行改变，对并行柱浸试验装置的连接和安装方式进行变换，采用该方法对矿石堆浸新工艺进行模拟试验研究，采用该方法对不同类型的矿石进行柱浸试验，采用该方法对不同浸出方法和浸出剂对矿石进行浸出试验研究, 采用该方法模拟预测固体废物、有害金属污染土壤及电子垃圾浸出法处理，测定堆浸料堆不同深度处的浸出参数，等等,均属于本发明的实质。
表1 堆高3 m的矿堆深0.5 m，1.0 m，1.5 m，2.0 m，2.5 m和3.0 m处的浸出参数
Figure 17559DEST_PATH_IMAGE002
表1堆高3 m的矿堆深0.5 m，1.0 m，1.5 m，2.0 m，2.5 m和3.0 m处的浸出参数（续）
注：1#、2#、3#、4#、5#和6#柱的浸出参数分别代表矿堆深0.5 m、1.0 m、 1.5 m、2.0 m、2.5 m和3.0 m处的浸出参数。

Claims (8)

1.一种测定堆浸矿堆不同深度处浸出参数的方法，其特征在于，采用2个或2个以上长度不同的试验柱组成并行柱浸试验系统，其中试验柱的数量与需要测定堆浸矿堆浸出参数的测点数保持一致；每个试验柱的装矿高度与所需要测定浸出参数的测点的深度保持一致，具体过程为：
（1）确定堆浸矿堆内需测定浸出参数的点数及其深度，采用一组直径相同、高度不同的试验柱组成并行柱浸试验系统，系统中试验柱的数量根据测点数确定，每个试验柱的内径根据堆浸矿石最大颗粒粒径确定，每个试验柱的高度根据其所对应的测点的深度确定；（2）对所有试验柱均装入堆浸矿石，每个试验柱装入堆浸矿石的高度分别等于其对应的测点的深度；（3）采用矿石堆浸的喷淋参数对所有试验柱进行喷淋，在喷淋过程中每隔一段时间从各试验柱取浸出液样和试验矿石样，测定每个试验柱有用金属的浸出率、浸出剂和氧化剂的浓度以及pH、Eh等浸出参数，这些参数即为堆浸矿堆不同深度处的浸出参数。
2.根据权利要求1所述的一种测定堆浸矿堆不同深度处浸出参数的方法，其特征在于，所述试验柱包括密封盖（1）、密封槽（2）、有机玻璃柱管（3）、试验矿石（4）、石英砂（5）、法兰（6）、缓冲空间（7）、孔板（8）、锥形漏斗（9），其中，密封盖（1）位于有机玻璃柱管（3）上方，两者之间设有密封槽（2），密封盖可揭开，密封盖上方正中央设有联通管，以连接布液装置，有机玻璃柱管内从下往上依次为石英砂（5）、试验矿石（4）、石英砂（5），有机玻璃柱管下方为缓冲空间（7），缓冲空间通过法兰（6）与有机玻璃柱管（3）连接，法兰与缓冲空间之间用孔板（8）隔开，缓冲空间从下往上依次装有石英砂（5）与试验矿石（4），锥形漏斗（9）位于缓冲空间的下方，通过法兰（6）与缓冲空间（7）连接，法兰与锥形漏斗之间用孔板（8）隔开。
3.根据权利要求1所述的一种测定堆浸矿堆不同深度处浸出参数的方法，其特征在于，所述有机玻璃柱管内的石英砂（5）的厚度为5 cm，粒径与试验矿石粒径相近。
4.根据权利要求1所述的一种测定堆浸矿堆不同深度处浸出参数的方法，其特征在于，所述缓冲空间高5 cm，缓冲空间中的石英砂厚3 cm，试验矿石厚2 cm。
5.    根据权利要求1所述的一种测定堆浸矿堆不同深度处浸出参数的方法，其特征在于，所述并行柱浸试验系统采用耐酸有机玻璃柱管制成，试验柱的内径根据试验矿石最大颗粒的粒径设定，内径与矿石最大颗粒粒径的比值在4-20之间，每个试验柱的高度根据需装入其中的矿石高度而制定。
6.    根据权利要求1所述的一种测定堆浸矿堆不同深度处浸出参数的方法，其特征在于，所述孔板上布满圆形小孔，孔径根据矿石粒径的大小设计，矿石较小时，可在孔板上垫耐酸纱网，避免矿石流失，孔板的厚度根据矿石量的多少设计，避免被矿石压垮。
7.根据权利要求1所述的一种测定堆浸矿堆不同深度处浸出参数的方法，其特征在于，对于每个试验柱，首先，在缓冲空间底部铺设一层厚3cm的石英砂，随后在上面铺设一层厚2cm的试验矿石，连接好下面的锥形漏斗；接着，将有机玻璃柱管固定在支架上，并与缓冲空间连接，随后在有机玻璃柱管底部铺设一层厚5cm的石英砂，再装填试验矿石，每个试验柱装入堆浸矿石的高度分别等于其对应的测点的深度；装完试验矿石后，在试验矿石上再铺设一层厚5cm的石英砂；最后，盖好密封盖，用橡皮管连接密封盖上的联通管与支架上的高位槽；用马氏瓶置于台架顶层，采用矿石堆浸的布液喷淋参数对所有试验柱进行布液喷淋，通过阀门或流量计控制流量；在每个试验柱底部置积液槽收集浸出液；每个试验柱按以上步骤依次制作，试验柱的数量根据需要测定堆浸矿堆浸出参数的测点数确定，与测点数的数量保持一致，2个或2个以上长度不同的试验柱组成并行柱浸试验系统。
8.根据权利要求1所述的一种测定堆浸矿堆不同深度处浸出参数的方法，其特征在于，喷淋开始后，每隔一定时间在积液槽取浸出液样，在缓冲空间取试验矿石样，测定堆浸矿堆不同深度处的浸出参数。
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