堆浸作業中的液固比及其指導意義

1 液固比的概念
液固比是濕法冶金的基本術語。人們自從把堆浸作業與濕法冶金緊密聯系起來的那時起，就有意識或無意識地應用到液固比的概念。
堆浸作業中的液固比泛指施加于單位重量礦石的溶浸液重量，特指使單位重量的礦石達到滿意的浸出金屬量時累計浸出液重量。在未加說明的情況下多屬“特指”。在忽略蒸發、損失量和礦堆持水量時，“泛指”與“特指”值應相等。
在“泛指”概念的前提下，又有分級液固比和即時液固比的說法。分級液固比是指在一個獨立的滲濾循環中施加于單位重量礦石堆的溶浸液量。而即時液固比為未達到“特指”液固比時的前數個堆浸滲濾循環中施加于單位重量礦石堆的溶浸液量和。在堆浸的首輪滲濾循環中的分級液固比同即時液固比數值相等。
在液固比的對照指標和擴大指標應用中，通常要與原礦石性質，浸渣品位或浸出率。相聯系。由于堆浸具有顯著的經濟效益，所以有些堆浸作業就忽視了液固比的意義(因為照樣有利可圖)，但在作業過程中都自覺或不自覺地應用了液固比。人們認識世界的目的在于能動地改造世界，要把不自覺地應用液固比變為主動地運用液固比指導堆浸作業，必須清楚液固比的指導意義。
2 液固比的指導意義
液固比對堆浸試驗、設計和生產具有重要指導意義。
2. 1估計總需水(溶浸液)量
堆浸作業工藝符合濕法冶金原理，配制的溶浸液以水為載體，水是堆浸作業的基本條件，沒水無法進行堆浸作業。整個堆浸作業周期的需水量可通過液固比來計算。如礦石堆浸量為P，試驗的液固比為L₅，那么，需向礦堆施加的總水量為:Q₅=L₅.P
2. 2估計堆浸作業周期
估計堆浸作業周期的方法很多，其中液固比法簡單可行。如根據液固比計算某礦堆總需水量為Q₅，每一級浸礦循環向礦堆施加溶液量為q，則總的噴淋循環次數為Q₅/q次，若每次滲濾過程在1天內完成，則堆浸周期估計為:Ce=1 XQ₅/q
如果每天完成2個濾滲過程，那么堆浸周期為C_e=1/2Q₅/q
2. 3計算溶浸液中溶質(化學試劑)平均濃度
在進行堆浸生產作業前，通過柱浸試驗或實驗室其它試驗可得到礦石對化學試劑的消耗。當某鈾礦堆浸1噸礦石酸耗為A_c時，而堆浸處理P噸礦石需酸耗N_AC=A_C.P;按照液固比計算的溶浸液量為Q₅，則溶浸液平均酸濃度近似為:A_cp=A_c.P/Q₅;
2. 4估計浸出液的金屬平均含量
堆浸作業浸出液處理多采用樹脂吸附(鈾礦石堆浸)或活性炭吸附(金礦石堆浸)，這是由于堆浸的浸出液金屬含量通常比常規浸出的金屬濃度低，采用離子交換吸附法在經濟上合理。但如果礦石的浸出性能極好，則浸出液含金屬濃度不一定很低，為了避免吸附能力之不足，必須對浸出液的金屬平均濃度有正確估計。通過液固比間接估計浸出液金屬平均濃度是合適的。
譬如，平均品位為10 g/t、堆浸規模為10000 t的金礦石，礦堆含金屬量為l00 kg,當估計浸出率為90%時的液固比為2. 8，浸出液量應有28000 m³，浸出的總金屬量應為90 kg，顯然浸出液平均金濃度為90 kg/28000 m³約3 mg/L。這個含量可用活性炭很好地吸附。
2.5設計浸出液后處理設施容量
在堆浸設計中，設計的浸出液后處理設施必須滿足單位時間內的浸出液通過量。當按前述液固比計算的浸出周期假定為150d，總浸出液量(相當于總需水量，假定不計損耗)為28000 t，其后處理設施(如吸附塔)必須滿足日處理能力為28000 m³/150d=187 m³/d的要求，若吸附塔每天工作時間為8h，則其平均處理能力必須達到0. 39 m³/min的要求。
通過上述敘述可見，液固比是堆浸作業的基本參數，對設計和生產具有重要指導意義。這里需要特別說明的是，液固比導出的參數多為平均值，不能用平均值導出高效堆浸的參數和結論(如不能人為地加大液固比而縮短堆浸周期，這樣做的結果只能是事倍功半)，因為礦石性質、堆浸工藝操作條件和液固比具有因果關系，不可逆推。
3 影響液固比的因素
任何一種礦石堆浸的液固比都是在一定條件下獲得的，所以影響液固比的因素首先是礦石的可浸性。對于強氧化性礦石，后生淋濾性礦石，由于礦石滲透性差而通過造粒球團后改善了滲透性的礦石，在溶浸液選擇得當的情況下，較小的液固比通常可得到滿意的浸出率。
有關資料記載，80年代初，核工業第六研究所在貴州柴木函進行的含金粘土礦造粒堆浸，在分級液固比為0. 2的情況下，在5～20 天周期，浸出率達到74%～93%。 1993年，浙江衢州流紋巖性質鈾礦石千噸級堆浸中，在液固比為1. 55的情況下，最高浸出率達到
81. 14%新疆某干旱地區黃金堆浸試驗表明，在液固比為0. 91的情況下，實際浸出率為70. 2 0 %。這種用較小的液固比就可以獲得滿意的浸出率的礦石一般為易處理礦石。所以可以得出這樣的結論，礦石可浸性是影響液固比的首要條件，易浸礦石的堆浸液固比亦小。
影響液固比的另一因素是浸礦條件，如所選用的浸礦化學試劑、溶浸液的配方，噴淋布液和集液技術水平，當地氣候條件等都是影響液固比的因素。如果選用的浸礦化學試劑比較適合于礦石中金屬的浸出，噴淋布液均勻、且礦堆的孔隙率均勻，并且浸出液能充分回收，那么所用的液固比就會小些。液固比的大小還反映浸礦技術水平的高低。可以斷定，影響液固比大小的因素無非是礦石的內部屬性和外部浸礦條件。溶浸液的蒸發和損失也會導致以浸出液量計算的液固比變大，因此在選擇噴淋布液方式時，要充分考慮防止溶液的不必要的損失。
4 液固比的獲得方法
堆浸設計中所用的液固比參數可由不同方法獲得，實驗法是最基本方法，計算法具有理論價值，指標對比法在設計中常被采用，經驗法選取具有實用價值。
4. 1實驗法
實驗法是以對礦石的柱浸或其它浸礦方法為依據，在一定的噴淋操作條件下，把每一級浸礦循環中所施加的溶浸液或收集的浸出液累計值除以受浸礦量而獲得的重量比。隨著浸礦級數的增加，即使各級液固比固定，即時液固比仍是逐級變大的，直到浸出金屬量增加甚微或不再增加為止時的液固比為恰當的液固比，這個恰當的液固比即為前述的“特指”液固比。由于所得到的液固比以實驗為依據，可信度高。
4. 2計算法
計算法是以礦石中能與溶浸液中化學試劑進行化學反應的礦物質消耗量來計算化學試劑用量，再以溶浸液化學試劑濃度計算溶浸液量得到液固比。若礦石堆中多種礦物質浸出所需化學試劑的總和為N_AC，所采用的溶浸液化學試劑平均濃度為A_cp，則總溶浸液需要量為N_AC/A_cp，由于受浸礦量為P，此時液固比為N_AC/(P.A_cP)。但由于計算值是以各種礦物質化學反應為基礎的，而難以把礦物質對化學試劑反應的相互作用考慮進去，況且礦石中的礦物質不是孤立存在，故此時計算的液固比在礦石成分極其簡單時具有實際意義。
要用計算法獲得某礦石所需要的液固比，必須知道:
(1)礦石的礦物組成;
(2)各種礦物質在礦石中的含量;
(3)各礦物質與化學試劑反應方程。
然而，在一般堆浸中，要真正把礦石中的礦物全部弄清楚并非易事，只有對那些超大型礦堆，人們才舍得花錢和時間弄清這些問題。因此，計算法在普通堆浸中還只是理論上的價值。
4. 3指標對比法
指標對比法是按照物理化學性質相近的礦石的已有堆浸實踐產生的液固比指標作為擬堆浸礦石的液固比。這是小型堆浸設計常采用的一種方法，一般可以滿足小礦堆設計應用。
4. 4經驗法
憑經驗選取液固比，與指標對比法很類似。只不過經驗選取法不局限于化學性質相近的礦石，而是憑借設計者豐富的堆浸實踐經驗為依據來選取液固比，沒有堆浸實踐經驗者，無法采用此法。
5 經驗液固比
從許多管理嚴格的堆浸作業中，可以得到這樣一條結論:達到滿意的浸礦效果的恰當液固比大約等于礦石的比重。如果實際溶浸液量大于此液固比值時的液量，則偏于浪費;低于此值，則說明礦石浸出性能好;如果大大超過此值，則不是由于礦石堆浸就是操作工藝水平尚待改善。
6 結論
堆浸作業中的液固比反映施加于堆浸礦石堆的總需水量，對堆浸試驗、設計、生產具有重要指導意義。
影響液固比的因素很多，主要是礦石內部性質和外部浸礦環境。恰當的液固比大約等于礦石的比重，人為地加大液固比雖然對縮短堆浸周期有意義，但過度加大液固比會造成溶液浪費。
時至目前為止，獲得液固比的主要方法還是實驗法，理論計算法并不常用，其它方法是以經驗為基礎的。
特別需要澄清的概念是，根據液固比計算的總需水量是指吸附尾液不重復利用時的值，并不代表一次投入的水量，因為堆浸作業吸附尾液重復利用率很高，可達80%以上，故實際投入的水量，即循環液量是很少的。