铜工业应用溶浸采矿较早，首先应用于露天矿剥离的表外矿石，逐渐发展到丢失在地下采场中的残矿和矿柱，就地浸出其中的铜。用溶浸法浸出铜，在美国约占铜总产量的15%～20%，这充分表明溶浸采矿的生命力。江西武山铜矿北矿带0m中段和－40m中段在采用崩落法为主进行开采中，由于矿体地质条件复杂，矿石松散且有自燃现象，加之大气降雨渗入采场，恶化开采条件，使矿体在开采过程中，在崩落采空区内留有残矿达16万t；南矿带－40m以上未开采的氧化矿约393万t，共计约400万t，平均品位1.3%～3.5%。若将这部分残矿品位从1.5%降到0.4%～0.5%，该矿每年可多回收150万t铜矿石，相当于建立一个小型铜矿山。为此，对该矿矿石进行了可浸性试验研究，目的是通过小型试验，确定矿石的可浸性及其影响因素，为现场半工业试验提供合理的工艺参数。
1 浸出过程机理
矿石的浸出是一种化学热力学过程，也是多相反应动力学过程。该过程实际包括以下几个步骤：
(1)溶浸液中的溶浸剂，通过对流扩散与分子扩散的方式，向固体矿石颗粒表面迁移、扩散；
(2)溶浸液中的溶浸剂从矿石颗粒外表面通过分子扩散的方式经矿石中的毛细孔和裂隙，向内扩散到矿石的内表面；
(3)溶浸剂在矿石的内表面上与有用矿物组分发生化学反应，生成可溶性化合物溶入溶液中；
(4)反应生成的可溶性化合物从固体矿石颗粒内表面扩散到外表面；
(5)反应生成的可溶性化合物从固体矿石颗粒外表面向外扩散到主体溶液中。
从整个过程可以看出：上述(1)、(5)是一个扩散的过程，(2)、(3)、(4)是一个化学反应过程。氧化铜矿物的浸出包含溶浸剂与铜化合物的化学反应及溶浸剂与产物的扩散过程，故溶浸过程取决于反应动力学和扩散动力学，而其中质量传递总速度是一个主要的控制因素。
2 可浸性试验
2.1 矿物性质
武山铜矿属于中温热液矽卡岩型铜硫矿床，分南当两个矿带。北矿带的工业类型是含铜黄铁矿型含铜碳酸盐岩，其次为含铜高岭土，局部为含铜火成岩。矿石多属于松散结构，含铜品位为1.5%～2.0%，铜的氧化率大于30%；南矿带为矽卡岩型，赋存于碳酸盐岩与花岗闪长斑岩的接触带。矿石类型为含铜矽卡岩型，其次是含铜大理岩和含铜花岗闪长斑岩，矿石主要有晶粒结构、裂隙结构等，含铜品位在2.0%左右，铜的氧化率大于30%。
2.2 可浸性试验
为了寻求从采空区残留氧化矿物及未采低品位氧化矿物中回收铜的途径，以充分利用矿产资源，提高矿山的经济效益，对该矿铜矿石进行室内可浸性试验，以找出适合的溶浸剂及溶浸液浓度、pH值、反应时间等因素与浸出率的关系，为井下就地浸出试验提供设计依据。原矿的化学组成及物相组成分别见表1、表2。
表1 原矿多元素分析 %
Cu S Pb Zn Fe Mo Al2O3 SiO2 CaO MgO C
1.03 2.30 0.006 0.074 10.80 0.0033 4.35 52.70 8.66 1.10 2.36
表2 铜物相分析 %
名称 硫化铜 结合氧化铜 可溶性铜+自由氧化铜 总铜
南矿带 1.14 0.19 0.59 1.92
北矿带 1.05 0.17 0.56 1.78
浸出试验首先是在烧杯中泡浸。浸出条件有：矿石粒度、溶浸剂浓度、强化剂用量、氧化剂用量、固液比、浸出周期、浸出制度等，对浸出率影响较大的主要是前5个因素。试验采用正交设计方法进行。设计因素为溶浸剂浓度A、氧化剂用量B、强化剂用量C、矿石粒度D、浸出时间E。各因素之间的交互作用暂不考虑，仅对上述因素采取不同正交设计进行。根据所取影响因素，采用L24(6×4×23)、L9(34)、L12(6×22)三种正交方案，进行五批试验，试验方案及试验结果见表3～7。
由表3可以看出：时间对浸出率的影响，一般是时间越长越好，但随时间的延长，浸出率的提高速度较平缓，而初期浸出率上升很快；通过极差分析，本次试验中最主要的影响因素是浸出时间E，其次是溶浸剂浓度A；各因素的最高点，即A5B1C1E1为本次试验的最佳工艺条件，它综合了各因素对浸出率的影响；各因素的主次关系为：E→A→C→B。
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; WORD-BREAK: break-all; LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center; mso-margin-top-alt: auto; mso-margin-bottom-alt: auto; mso-pagination: widow-orphan" align=center>表3 L24(6×4×23)试验方案及试验结果
表4 L9(34)试验方案及试验结果
由表4可以看出：初期浸出率上升很快，随着时间的延长，浸出率上升较平缓；本次试验的最主要影响因素为B，其次为E；各因素的最高点，即A2B2C1E3为本次试验的最佳工艺条件；各因素主次关系为：B→E→A→C。
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由表5可以看出：初期浸出率上升较快，随着时间延长，浸出率上升较平缓；本次试验最主要的影响因素为A，其次为C；各因素的最高点，即A5B5C5为本次试验的最佳工艺条件；各因素的主次关系为：A→C→B；当溶浸剂A浓度提高后，B、C两种试剂，对浸出率影响不明显。
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注：浸出时间为2天
由表6可以看出：初期浸出率上升较快，随着时间的延长，浸出率上升较平缓；本次试验最主要的影响因素为A，其次为D；各因素的最高点，即A1B1D1为本次试验的最佳工艺条件；各因素的主次关系为：A→D→B。
通过北矿带的上述4组试验结果分析，该矿溶浸参数宜采用：A(3%)、B(0.25%)、C(2.5%)、E(1)。此时其浸出率可达60%～75%。故推荐在井下半工业试验中采用上述溶浸工艺参数。
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>表
由表7可以看出：初期浸出率上升较快，随着时间的延长，浸出率上升较平缓；本次试验影响浸出率的主要因素为A，其次为C；各因素最高点，即A3B1C2E3为本次试验的最佳工艺条件；各因素的主次关系为：A→C→B→E；最佳浸出参数为：A(3%),B(0.25%),C(2.5%),E(1)。
3 结 论
(1)该矿石在A(3%)、B(0.25%)、C(2.5%)、E(1)条件时，浸出率可达60%～75%；
(2)矿石的浸出较复杂，而且影响因素也是多方面的，加上矿石的氧化率不太高，仅为30%左右，靠单一酸浸，其浸出率是难以提高的，必须采取强化浸出的手段，即添加氧化剂B和强化剂C；
(3)借助于正交设计的方法，不仅可以减少试验工作量，还可以有效地避免各种偶然误差对结果推断的影响，使研究结果更为准确、可靠。同时，应用正交设计进行试验，能通过较少的试验次数分清各因素在试验中的主次作用及各因素对指标所起的作用大小，从而找出较好的生产工艺条件。
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