堆浸中的扩散与传质机制

搅拌浸出中物质扩散与传质机制，一般包括溶浸剂从待浸矿石周围（我们称之为反应区）的溶液中扩散到矿物表层，发生化学反应；反应生成的离子或络合物从矿物表面扩散到反应区的溶液中，这是众所周知的膜扩散，靠浓差推动力。然后靠外力，实施对流扩散，很快地、连续不断地从溶液主体中把溶浸剂输送到反应区，以补充不断被消耗的溶浸剂，维持反应区溶液中溶浸剂的量，与此同时，也把反应区溶液中生成的金属离子快速转移到溶液主体中。这样，反应区溶液中的溶浸剂与金属离子的比例始终能满足化学反应的需要，直到浸出终止。

堆浸过程中，反应区的情况与搅拌浸出相同，靠浓差推动力。问题是堆浸靠何种推动力把反应区溶液中生成的金属离子输送到溶液主体中，反应区溶液中不断被消耗的溶浸剂又是如何得以补充，而且两者必须同时进行，否则浸出反应就会中断。由前叙多孔介质的特性我们知道，这是靠毛管力来实现的。在孔隙内溶浸剂由溶液主体向孔隙内部反应区扩散，以及反应区生成的金属离子通过孔隙向溶液主体中扩散，都只能在孔隙内的溶液中进行，也就是说，这两者向相反的方向的扩散，只有在孔隙内全部或部分但连续存在液体时才有可能实现，而孔隙内液体的量或体积的多少，完全由毛管力所控制。当喷淋到一定程度时，矿石堆中的孔隙被液体完全饱和，而当停喷时，矿堆排出一定量的液体，直至达到其剩余饱和度。部分孔隙被空气所侵占，还可能形成气泡，隔断液体，此时物质的扩散与传质受到干扰。我们知道，孔隙内液体的进入和排出完全由毛管力所决定，因此可以假设，堆浸过程中，物质在从反应区溶液中到达孔隙与矿石表面相接处这一过程中的扩散传质主要靠毛管力推动。

堆浸中物质的扩散与传质还受到第三种力－重力的控制。这发生在由矿石表面到流出矿堆的这段路程中间。在喷淋时，溶浸液由矿堆表面渗入矿堆内部时，受到了两种力的影响，一方面由于重力作用，它以液膜的形式，沿矿石表面迂回地向下运动；另一方面在遇有孔隙时，受毛管力的作用，沿孔隙方向渗入矿石内部。前一个喷淋循环中已从孔隙中扩散出来，并附着于矿石表面溶液膜中的金属离子自然会扩散到下一个喷淋循环时向下运动的溶浸液的液膜中去，并随它流向矿堆底部，最后流出堆外。同时向下运动的溶浸液渡膜中的溶浸剂分子在遇有孔隙的地方也会向孔隙内的溶液中扩散。根据上述讨论，可以假定堆浸过程中物质扩散与传质分为三个阶段，受到三种不同的推动力作用：在反应区靠物质的浓差推动力；在孔隙内，靠毛管力；在从矿石表面到流出矿堆这段区间，靠重力。显然，起速率控制作用的是毛管力。

根据这种假定，通常的所谓池浸（泡浸），虽然也属自然浸出，但从扩散传质过程来说，它与堆浸有很大区别。第一，池浸中重力对物质扩散传质几乎不起作用；第二，池浸中毛管力的作用很弱，它仅局限于第一次溶浸液加入到池中的时刻，在这时，毛管力使溶浸液进入到矿石的孔隙中。从此以后，整个池（槽）浸过程中物质的扩散传质，即反应区溶液与溶液主体之间的分子扩散，主要靠浓差推动力。尽管现有的池浸作业中都有几次循环换液的过程，但每次换液的时间很短。换液的目的不是为了实现未饱和流浸出，而是为了把已处于浸出平衡的溶液主体排出，加入新的溶浸液，使之成为新的溶液主体，以利于溶液主体与反应区溶液之间的物质扩散，促进浸出反应的进行。实际上，池浸中，90%以上的时间内，矿石是被溶液所包围，或者说，矿石是淹没于液体中。即使在排液的时间里，空气所占据的仅仅是矿石与矿石之间的空隙，而矿石内部的孔隙仍然由溶液占据，而不是由空气所占据。由此看来，池浸时毛管中的反应区的溶液与溶液主体之间的传质与毛管力和重力关系不大。

人们普遍认为，在堆浸过程中，存在两个不同的反应区。一个是化学反应发生在矿石表面区；另一个是化学反应发生在矿石的孔隙内，通常称之为内表面区。所以，堆浸过程经历两个截然不同的动力学阶段。在矿石的外表面区，从扩散传质的角度看，有浓差推动的分子扩散和重力引起的对流扩散。在矿石内表面区，则有浓差推动的分子扩散和毛管力引起的对流扩散。扩散动力学与化学反应动力学的主次，在矿石外表面区，需视具体条件而定，而在矿石内表面区的主次问题，则公认扩散控制为主。