众所周知,要使堆浸能顺利进行,并取得预期效果,矿石堆必须具有良好的渗透性和全矿堆渗透的均匀性。如果矿石含泥量高,或粉矿过多,尤其是泥质矿石,矿堆的渗透性差,溶浸液不能渗入矿堆内部,矿物不能与溶浸液接触,就谈不上堆浸。如果矿石的粉矿过多或含泥量高,还会影响全矿堆的渗透均匀性。
由于重力的影响,在筑堆中粗细物料会产生自然分级,分别集中于矿堆的某一区域。粗粒矿石多集中于堆底、周边,而细粒矿石(尤其是矿粉和细泥)基本聚集于堆的中心和上部。粗细矿石的离析现象如图1所示,粗细矿石离析的结果,使矿堆内部各部分的孔隙呈明显的差异,它们各自的毛管压力和饱和度不同,当溶浸液通过时,溶浸液快速流过粗粒矿石区,而在细粒矿石、矿泥区域,溶液可能只润湿了矿堆表面,或只渗入到距表面很近的部位,而从旁边(堆的四周),或高孔隙度的区域跑掉。溶浸液接触不到这些区域的下部矿石,形成堆浸中的未反应区,或称之为“死区”。从而使整个矿堆的浸出率大受影响。
图1 筑堆过程中粗细矿石的离析现象
虽然铜的堆浸已有上千年的历史,铀矿堆浸也有30多年的经验,但是直到本世纪80年代以前,行家们认定泥质矿石不能用堆浸法处理,粉矿过多也不能采用堆浸法。但是,从化学反应动力学的观点,希望矿石颗粒越细越好,以增加反应的面积;从工艺矿物学的立场,要使矿物从包裹体中解离出来,也必须尽可能使矿石细小为好;从地质学角度,出露或靠近地表的矿石,由于风化作用,多为氧化矿,泥质高,疏松多孔,矿物暴露比较充分,多呈游离状态。以金矿石为例,出露或靠近地表的氧化矿中,游离金、连生金的比例往往高达80%以上,而深埋地下的原生金矿石中,大部分金被黄铁矿、砷黄铁矿、石英及其他脉石所包裹。由此,经强烈风化造成的泥质矿,长期堆积的表外矿,经破碎的粒级细小的粉矿,选矿厂的大量尾矿(因浮选对原生矿很有效,而对氧化矿效果差,尾矿中大量为氧化矿)等都是堆浸的主要对象,也是特别适合堆浸的矿物原料,但由于渗透性差,一直被认定为不宜堆浸。致使堆浸技术的应用长期被限制于粗颗粒矿石,因而浸出周期长、浸出率低被误为堆浸的象征。美国雷诺冶金研究所,经过长期研究,首创了造粒堆浸工业试验并获得了成功。这项专利技术很快普遍推广应用于金矿堆浸生产。美国的金矿堆浸大部分采用造粒堆浸技术,既缩短了浸出周期,又提高了浸出率。使用造粒堆浸的黄金矿山浸出率一般在80%,个别的可达90%。根据美国的一项调查表明,美国73%的堆浸矿石系露天开采,23%的堆浸矿石是长期堆积的表外矿或选冶尾渣,仅有4%的堆浸矿石来自井下采矿。这充分反映出造粒堆浸使泥质矿、尾渣、表外矿获得了利用。
造粒使细泥或细颗粒矿石团聚成均匀的较大颗粒(5~l0mm),因而矿堆的渗透性可提高1000倍以上。加之经造粒后的矿石颗粒粒径尺寸幅度窄,避免了筑堆过程常见的离析现象,所以整个矿堆渗透的均匀性有保证。造粒是矿石浸出前的预处理工序,在此工序中,可预先加入溶浸剂(如铀、铜矿拌酸熟化,金矿的预氰化),从而可缩短浸出周期。