堆浸场防渗问题

在堆浸场防渗设计时，应当考虑的主要问题还有:

粗料(有时最大直径达4cm)要直接与土工膜接触。

施加在土工膜上的静压力通常很高，矿堆高度有时高达125m。

用人造排水材料来收集浸出液和渗漏液时，材料在高压下的适应能力应当预先考虑。

衬垫层要能承受外力和冰冻的双重作用。外力可能会由于在衬垫上拖拉管子，或在池内移动泵驳船而引起硬伤，而由于持续低温特别是冰冻天气有困难造成衬垫层出现开裂。

矿石和土工膜界面的磨擦角以及土工膜和其下低渗透系数的粘土层间的磨擦角，应根据工程规范加以考虑。

土工膜材料的总体表现及其作为衬垫防渗系统的原理是重要的设计考虑因素。在衬垫设计中，只有两个参数可以控制:在衬垫上的水头和衬垫的渗透系数。复合衬垫已成功地应用于堆浸池设计。在复合衬垫上的水头一般非常低(小于1m)。在使用天然山谷作为堆浸池时，由于母液是在矿堆的孔隙中流动的，因此可以使用较高的堆高。水头较低的复合衬垫，对大多数堆浸场来讲是优化设计方案。

堆浸场通常配有地面溶液池。无矿残液和母液分别贮存在有衬垫防渗层的池中。母液池收集到通过矿堆渗透下来的含矿溶液后，再经过碳吸附或其它金属的置换处理，提取可回收的金属元素，例如金、银和铜等。无矿废液则送到另一个衬垫防渗池中贮存，直到加入新的化学试剂配制成新的堆浸液。因此，堆浸液可以循环使用。

如果池中有高压水头，通常需要在复合衬垫上设置排水层和另外一层土工膜。这个上层土工膜的作用是减少在复合衬垫层上的水头，因为通过该层土工膜的渗漏液，将由排水层排走。在这种情况下，最重要的衬垫层仍然是底部的复合衬垫层。上层土工膜和排水层不应理解为渗漏探测系统，因为它们位于整个系统中最重要的复合衬垫层上面。只有当渗漏液进入复合衬垫下面的地层时，才有渗漏探测出现。

在堆浸场常用的土工膜有PVC、HDPE、LLDPE和VLDPE。在过去，其它材料，象Hypalon和XR-5，也有用于收集沟和收集池的，但这种应用在近10年已大为减少。聚乙烯土工网也可用作排水材料。不同厚度和不同材料的有纺和无纺土工布也使用较广。

1 )界面荷载测试

首先，为了评估土工膜在矿堆静载作用下的特性，需要用设计材料进行界面静载测试。这种测试可用加力计来做。加力计的直径应当足够的大，以避免比例效应。在采矿实践中，与土工合成物相接触的矿石的粒径一般为1.25cm到4cm。

竖直荷载的大小一般从550kPa到2000kPa，加在加力计的顶部。要测试的衬垫，排水层和衬垫上的材料，按工程设计的方式放置在加力计内。施加的竖直荷载一般维持24h到48h。记录样品的沉降量以检验样品的固结情况。加载完毕后，从加力计中取出样品并检查其损伤。损伤一般根据磨损，刻痕和穿孔情况来描述。

也可用真空盒测试来检测土工膜的完整性。此外，可以通过标准的土工合成物测试，来检测土工膜的物理性质，并和原生样品的测试结果相比较。这种加载测试获得的结果，可用来判断材料在静载下的适应能力及其变形特性。

2 )界面剪力强度

另一个重要问题，是土工膜与其相接触的各种材料的界面剪力强度。界面剪力强度一般按ASTM D 5321用大型的直剪仪来测试。界面根据加载条件进行评估，包括:

饱和条件

湿界面(没有浸透)

低到高的压力(在高压下，包络线一般较平坦)

不同的剪切速度

衬垫和排水系统可能有很多潜在的破坏面。通常应对几种不同的界面，在不同的荷载作用下进行评估，以决定最弱的界面(控制界面)。尽管残余值和峰值包络线都应确定，但是一般用残余值作稳定性分析。

大型直剪仪(30cm X 30cm)对几种设计的土工合成材料和土，作了很多界面剪切强度测试。对HDPE和LLDPE材料都作了测试，测量了峰值和残余剪切强度。测试结果表明，衬垫下的细粒土层和衬垫上的粗粒径的排水层，在测试荷载范围内并没有明显地改变界面强度。此外，测得的峰值和残余值是一致的。发现的唯一明显不同，是磨擦角随土工膜类型的不同而有轻微变化。

3 )渗漏液估计

该方法一般假定每4000 m2有一个10mm2的漏洞。关于土工合成物在堆浸场的使用，还有很多要研究的问题。很多时候，这些问题是由于好奇而提出的，而不是针对专门的技术设计考虑因素而提出的。一个特定的问题是，不同的土工膜在与颗粒材料直接接触时，在荷载作用下它的长期特性究竟如何。实验室加载测试一般最多只持续几天，而现场加载则是整个生产期(一般2到10年)。尚不清楚的是，它是否会出现蠕变变形，也不清楚它在荷载作用下，已经形成的穿刺能否自愈(也就是说，颗粒有可能最终充填了穿孔的大部分，因而没有出现明显的渗漏)。

堆浸池的结构设计为:在基层上铺土工膜，膜上铺土工网，网上是另一层土工膜。矿堆最大高度为60m。当堆浸过的矿石挖出后，对土工膜及其接缝处的样品进行了测试。检测结果表明，土工膜及其接缝都没有出现明显的损伤，检测过的试样也没有发现穿孔。

另一个要考虑的问题是，土工膜/土工网界面在高压流体作用下的长期表现，如在非常深的池中，将土工网布置于双层土工膜之间。目前，还不能确定在矿堆荷载作用下，土工网是否会刺入土工膜。因此从长远来看，有可能会在土工膜上造成漏洞。在有些案例中，发现土工网部分地刺入土工膜。一般当土工膜的密度比土工网低时，这种情况会出现(和土工膜相比，土工网相对较硬)。

还有一个一般不会涉及到的问题是，在峡谷堆浸场中可固结的材料对边坡界面作用力的影响。由于矿石的堆置厚度不同，矿堆的沉降会有差异。这会导致沿边坡上的土工膜产生位移，从而影响矿堆的稳定性。只要沿着边坡上的土工膜产生较小的位移，残余剪切强度值就能很快达到。这个问题可用数值分析方法来评估，根据固结沉降引起的位移来决定可能的剪切强度。

由于土工布会发生堵塞问题，因此在堆浸场一般不会用土工布来覆盖排水导管。在作铜矿石堆浸时，使用细菌是工艺的一部分，细菌也因此被认为是造成排水管外围的土工布发生堵塞的原因之一。到目前为止，并未针对采矿工艺对这个问题进行详细研究。

因为矿物价值是通过排水系统的回收来实现的，因此，解决堆浸场排水系统的堵塞问题是非常重要的。此外，如果发生土工布堵塞，就会在堆浸池中形成高压水头，从而诱发稳定性问题。还有，对于硫化物矿石，维持一个氧化环境对于堆浸的成功是非常重要的。如果土工布发生堵塞而矿石已开始浸透，金属的回收率就会下降。

堆浸场广泛地用来提取金、银、铜和其它金属。

使用该法时，低品位的矿石堆放在堆浸场里，堆浸场事先用渗透系数低的材料来作防渗衬垫。堆浸液从矿堆的顶部淋下，渗透过矿堆(矿堆并没有完全浸透)并最终汇积在底部透水层，然后在铺有衬垫的集液池中收集母液，最后通过不同的工艺提取各种金属。堆浸场使用土工合成物时，防止污染和顺畅排水是应当考虑的两个最重要的因素。

堆浸是堆置浸出法的简称，是通过将稀的化学溶剂喷洒到预先堆置好的矿石堆上，选择性地溶解(浸出)矿石中的目标成分，形成离子或络合离子并使之转入溶液，以便进行进一步的提取或回收的浸出方法;堆浸的矿石仅需粗碎即可，溶液在矿堆中处于非饱和流状态。我国堆浸提铀技术研究始于上世纪60年代，经过几代铀矿冶科技工作者的不断努力探索，已经在许多技术领域取得了突破，一大批科研成果已成功应用于堆浸提铀工业生产，并且取得了显著的经济效益。堆浸提铀工艺是中国铀矿冶生产的主要工艺之一。

浓酸熟化高铁淋滤堆浸技术

该技术的特点是首先将破碎矿石进行浓酸熟化预处理，使矿石中的铁氧化为三价，铀大部分转化为可溶性盐，然后采用含硫酸高铁的清水进行淋浸。此工艺既缩短了矿石的浸出周期.也提高了浸出合格液的铀浓度。经多年的工业应用表明，采用浓酸熟化-高铁淋滤技术进行强化堆浸，矿石浸出周期仅60~100d，浸出合格液铀浓度可达7~9g/L。

低渗透性矿石制粒堆浸技术

低渗透性含泥矿石化学粘合进行酸法制粒，该粘合剂通过参与化学反应，可在矿粒内部形成以水化物晶核为基础的结晶结构网，从而大幅度提高了矿堆的渗透性。工业生产表明，矿石经过制粒预处理以后进行堆浸，金属的浸出率95%以上，与直接堆浸相比较，浸出周期缩短70%，浸出合格液铀浓度提高50%。

细粒级矿石堆浸技术

经过对堆浸传质机理及浸出过程进行深入分析研究，提出了细粒级矿石堆浸的概念，认为堆浸矿石的破碎应该存在一个最佳经济粒度，在充分试验的基础上，推导出了堆浸矿石破碎的经济粒度计算模型。目前，该研究成果已经在多个堆浸铀矿山得到了应用。

串联堆浸技术

为了尽可能提高矿石堆浸合格液铀浓度，降低原材料消耗，针对多种铀矿石进行了系统的串联堆浸技术试验研究，开发了计算矿石串联堆浸各阶段操作参数的数学模型。多个堆浸提铀矿山的应用结果表明，在使用该技术以后，堆浸合格液的铀浓度可提高2~3倍，浸出过程的酸、氧化剂以及金属回收工序的材料消耗可降低20%~30%。

细菌氧化堆浸技术

中国对于细菌氧化堆浸提铀技术的研究始于20世纪60年代，主要是利用氧化亚铁硫杆菌对矿石中的黄铁矿或吸附尾液中的Fe2+进行氧化使Fe2+转变成Fe3+，从而完成对矿石中低价铀的氧化浸出。已进行了4000t规模的工业试验。工业试验结果表明，采用细菌氧化堆浸与常规氧化堆浸相比，硫酸消耗可降低12.5%，浸出时间可缩短32%~45%、浸出液铀浓度可提高88.2%。

伴生铀矿综合堆浸回收技术

目前已探明的铀矿资源中，铀钼共生矿床占有一定的比例，此类型矿床在常规浸出时往往浸出时间长、钼的浸出率低，并且浸出液中铀钼的分离效果不够理想。采用拌酸熟化及活化浸出技术对矿石进行堆浸处理，使矿石的浸出周期缩短了一半以上，铀的浸出率达到90%，钼的浸出率达到70%以上，并采用新型的离子交换树脂从浸出液中同时吸附铀钼，通过分步淋洗使铀钼的分离系数达到2000以上。

渗滤浸出提铀

对于一些铁、镁、钙、铝等杂质含量高的复杂铀矿，常规堆浸过程中，堆内溶液的酸度随着溶液的运移会不断消耗，导致铁、镁、钙、铝在堆内不断地迁移一积累一沉淀，使矿堆板结，降低了矿堆的渗透性。渗滤浸出工艺由于改变了溶液与矿石的接触方式，可保持溶液酸度的相对稳定，有效地避免矿堆板结。工业试验表明，采用渗滤浸出工艺代替堆浸工艺以后，矿石的浸出周期从300d以上降低到了60d以内，铀浸出率从60%左右提高到90%以上。