引言:由于其不稳定性,低质量的矿石的主要特征在于其中的有价值金属含量偏少,通过传统开采方法和处理方法,成本会上升,通常很难达到预计收益,甚至可能会出现亏损。所以,许多矿业公司将大批贫矿或低品位矿遗弃,不去开采,可能会引发长期的损失,从而导致地下有限资源被大量消耗,地下难采矿床通常包括不稳固低品位矿床。
一、溶浸采矿技术
溶浸采矿,一种依赖于物理化学规律与化学技术,通过使用特定的化学溶液以及微生物,具备选择性地分离、提取并再次利用矿山、矿石或废弃岩石中的有价值成分的开采手段,是涉及地质学、采矿学、湿法冶金学、物理化学、流体力学等众多学科的交叉领域。根据浸矿过程及其手段的差异,将溶浸矿业划分为三大类:本土浸矿法、堆积浸矿法以及现场破碎浸矿法。
“地浸”是一种被称为原地浸矿法的方法,其主要特征是通过使用溶液直接从自然环境下的非均质矿石中选择性地提取有用成分。采用传统采矿技术,将矿石提取出来,然后运回原处,放置在井下的空地或者巷道里,堆浸法是一种将废弃石头或地面堆积物运送至处理场,然后进行浸泡和加工以制造商业产品的方法。使用地表破裂浸矿技术,就是借助于户外或者矿井内的扩大补充区域,通过爆炸或者地震的手段来对矿石实施地表破裂,随后进入浸泡阶段,最终由集水设备把浸出的溶液传递至提炼场,以制造出合格的产品。
随着我国现代化进程的推进,对矿石的需求量急剧上升,这与我国普遍存在的“一贫二杂三差”的矿产资源状况形成了更加明显的冲突。由于溶浸采矿技术可以有效地回收传统开采手段无法处理的低品位矿石、难以采集的矿体、难以筛选的矿石以及废弃矿石中的有价值的元素,扩大了地下矿产资源的应用领域,提高了矿石储存量,并为我国工业对矿石产品的需求逐渐增长提供了新的解决方案。此外,相较于传统的采矿手段,溶浸采矿方法在环境污染和生产成本方面具有明显的优势,因此在低品位矿床的开采中,溶浸采矿技术展现出了巨大的应用潜力。
自20世纪70年代起,美国、加拿大、苏联、澳大利亚等国家都积极投入到溶浸采矿的相关理论与应用中。根据一些数据,目前在海外使用溶浸法制造的铜金属大约占了总产品的30%,而铀金属的比例为20%,而金比例大约是25%。目前,溶浸采矿技术在全球范围内已经逐渐成熟,尤其在生产铀、铜、金、银等几种主要金属时,其生产量的比例每年都在增长。同时,在理论和技术方面,也不断取得创新和突破,主要体现在以下几个方面:
首先,多年的实践和不断发展使工艺技术变得越来越成熟,例如在钻孔项目中的优化;对溶液覆盖范围的管理以及生态环境的维护和恢复;优选和配制溶液;数值模拟钻孔网度;各类控制和监测系统的构建;对于细菌的培育以及菌液的生产过程等方面,积累了丰富的经验。
其次,将各领域学科的最新进展紧密结合。比如,新矿床形成理论、湿法冶金的离子交换以及溶剂提炼等;钻井、固井和完井技术是石油开采的核心环节,同时水文地质学中的水动力学和渗流理论也是其关键的组成部分。经过矿床学、地质学、地球化学、水文地质学、油田开发技术学、湿式冶炼学、选矿学以及传统采矿学的相互渗透与协调,溶液采矿技术取得了飞跃式的发展。溶浸采矿理论的研究,包括热力学环境与动力学原理、微生物溶矿原理、多孔介质流体动力学,以及计算机仿真等方面,都已获得了显著的进展。
二、溶浸采矿关键技术
(一)地下浸出矿石块度控制的挤压爆破技术
在地下破碎浸出过程中,矿石的破碎效果会直接决定地下浸出的比例。因此,针对特定的环境和条件,探索并设计实用且高效的破碎技术来管理浸矿的块度,是地下溶浸过程的重要环节之一。通过使用自拉槽的微调补偿空间一次性冲击矿石的整体崩塌方法,已成功地掌握了数万吨级别的矿石碎片的控制,从而达到了地下采矿工艺对于矿石碎片大小的需求。采用的爆破策略是使用毫秒级别的非电导爆管和导爆索的复合爆破方法,而具体的爆破网络设计则是双排同段多排微差一次性爆破。
(二)孔网布液与静态液流系统控制技术
采用垂直扇形孔的静态渗透液的设计,可确保液体的平衡分配,防止出现任何漏洞。此外,创建全新的地下浸出液流系统的仿真实验,目的是探讨各种液体的排放方式、排放力度、喷射规则及矿石的大小等元素如何影响浸出液的流动。这些研究成果对于确立工业化浸出生产的多样性技术参数具有关键的设计指导作用。在工业生产的实践中,发现设计的液体分配方案是正确的,液体流动系统保持稳定,没有出现矿石的径向流动,因此浸出效果卓越,其中浸出液的浓度可以达到5.6g/L。
(三)注浆防渗与疏导结合的综合集液技术
在地下溶解过程中,集液起着至关重要的作用。若未能有效地收集浸出的丰富液体,这种情况不只是使得铜的元素损耗,也有可能对地下水造成破坏。通过使用导流孔来吸取并储存浸出物,并通过使用注浆孔执行防渗灌溉。使用半循环灌溉方法,其在工业制造中的表现证明,这项技术的应用成效良好,液态聚合度可以达到92.18%。
结论:在矿产资源的开发中,提升人员、设备和资本的使用,以此来克服一系列的挑战,例如在深层次的金属矿产中如何实现安全且有效地开发,在复杂的矿产环境中如何实现有效地采矿,以及如何处理采矿技术上的问题,使不稳固低品位矿开采降低损失和生产成本,提升金属资源的使用效率和经济效益。
参考文献
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