概况
就地浸出（in situ leaching）是指用浸取剂在一个矿床的地质原位或其附近，不进行矿石的搬运，通过钻孔进行浸出。如果是对一个埋藏在地下的矿体直接进行浸出，也可以称作溶液采矿。根据对矿体构造的作用，可以分为三种情况：不改变构造；改变构造（水力破碎，爆破）；矿山的低品位残余部分（采坑的围岩、挡墙、下沉区，有人认为也应包括废石堆浸）。最后一种有的文献称作原地浸取（in place leaching）。只有当矿石为砂岩等可渗性极好的结构时才可能不改变构造直接进行浸取。通常要求矿体的孔隙率达到20%-30%，渗透系数达到0.5-5m/d。就地浸取的优点是对于地质构造复杂的深部矿体，可以省去开拓、矿石采掘和搬运工序，建设周期要短得多，而且节省大量资金。溶液采矿不破坏地表，也不需要大量运输矿石，对环境生态影响较少[1]。
就地浸取的缺点是有价金属的回收率很大程度上取决于矿体的地质构造，有的部位浸取液不能深人，有的矿物为脉石包裹，浸取率低于通常的开采矿石的浸取结果。另外，由于浸取剂的限制，铜之外的有价金属，尤其是贵金属的回收率更低。溶液采矿对地下水构成威胁，可采取两个步骤减少这种威胁，一是选择浸取剂，减少化学反应产物对地下水的污染。二是将浸取液的流动在目标区域内，防止外泄或与外部水体混合[2]。
通常的浸取剂是硫酸，但近年也有建议用氨及铵盐为浸取剂的。氨浸取硫化矿比酸快，尤其当脉石碱性强时，氨可能比酸有更好的经济效益。用氨对黄铜矿的浸取研究表明，氨浓度，氧分压，和温度是三个影响浸取速度的关键因素。
当有其他有价金属与铜共存时，选用浸取剂还要考虑对这些金属的回收。硫酸为浸取剂在浸取铜的同时可以回收铀。美国肯涅科特公司的滨翰峡谷矿山（Kennecott' s Bingham Canyon）以及阿那马克斯公司的双峰矿（Anamax Twin Buttes）都在生产铜的同时回收铀。对于含金和银的铜矿也有考虑用氰化浸取，先用铜粉置换贵金属，而后电积铜的方案。
在地面露头或浅埋矿体的地浸已有多年工业实践经验。美国亚利桑那州老雷莱保（Old Rliable）公司等使用从地面钻孔放置爆炸物破碎矿体，矿石被破碎至20至30cm直径。浸取液从上部淋下，而后从回收井或从碎矿的底部抽出。由于爆破实施得不均匀，未能达到设计指标，浸取回收率才20%。即使如此，仍然是盈利的。喔克西登特尔（Occidental）矿业公司曾打井至305m进行水力破碎实验，结果仅在305~366m产生了破碎作用。
为了减少现场实验和放大费用，必须在实验室内模拟地下浸取。为了弄清楚大块矿石的浸取机理，最近有人采用了X射线计算机断层造影技术（CT）观察整个岩芯各个部位在浸取过程的变化。从而可以清楚看到，铜的溶出开始于原来的裂纹附近，而后形成通道。有些地方有短路，有的铜矿物接触不到浸取液。他们在浸取液中加了一种高分子化合物可以封闭短路，提高浸出效率。
就地浸出主要类型
由于浸取在地下进行，将严重地受地下水位的影响，按矿体与水位的相对高低可分为几种情况，由下图示意描述[3]。图中的箭头表示液体的流动方向。
接近地面的矿体在地下水位之上，如已采过的矿的残余部分，这种矿的地浸类似于废石堆浸。第二种情况矿体虽在地下水位之下，但是比较浅，实施爆破后在最低处抽水控制水位。可采用溶液循环，渗浸或漫浸，需具备矿区的详细水文地质资料，才能决定采用何种浸取工艺。硫化矿含量高时要加氧化剂。
力破碎实验，结果仅在305-366m产生了破碎作用。
第三种情况是十分深的矿体（数百米），先查清水流走向以减少对地下水的污染，用爆破或水力破碎。这种情况下，强大的自然水压可以增加氧的溶解度，因此有可能直接以氧为氧化剂进行浸取。
玛格玛公司的地浸经验
美国玛格玛公司将不同形式的地浸用于生产已有数十年的历史，积累了许多经验，分以下几个方面叙述[4]。
A 地质构造
地质勘探时，除了确定矿体的大小、形状和品位外，必须查明矿体中纹理的走向，弄清楚矿体的什么部位浸取液不能渗人，什么部位能产生溶液导管。这些因素都会影响溶液的渗透。尤其需要注意那些能导致溶液流动偏离目标矿体的构造。他们认为如果矿体附近有断裂就不能采用地浸。
B 水文地质
就地浸取最难掌握的是地下水文地质，不但由于矿区地质构造本来就比较复杂，而且在实施浸取过程中还将不断发生变化。没有足够的现场测定和试验是很难获得所需的数据的。通常采用多井注水试验并伴随堵塞物测试，以确定各个方向性质的差异。矿体的物质性质如孔体积、渗透性和均质性控制着流体的流向、流速和存蓄的液体体积。
所需的主要水文数据有水的压头、流速和流型。流线是液体沿着矿石中的缝隙流动的路线，掌握流线的分布有利于了解浸取液的流动路线。这些因素关系到浸取液的消耗量及其经过矿体的流速和集液井的回收效率。显然，在设置注人和收集浸取液的井时，应尽量把浸取液引向目标矿物富集的区域。根据现场测定的数据制成的物质性质和地质资料构成的数学模型，可以用于指导井场的设计和以后的工业生产。正确的数学模型应能反映整个矿体中的流场。
岩土透水性能的数量指标以渗透系数表示，又称水力传导度，可由达西定律求得：
9＝KI
式中 q——单位渗流量，也称渗透速度，m/d；
K——渗透系数，m/d；
I——水力坡度，无量纲。
可见，当I二1时，9=K,表明渗透系数在数值上等于水力坡度为1时通过单位面积的渗流量。岩土的渗透系数愈大，透水性越强，反之越弱。这个定律可引申应用于非均质、各向异性介质的渗流和三维流动问题。
C 井和井场的设计
井和井场的设计所需的参数包括浸取液泵人和收集的速度，流场，孔体积，生产效率。优化前述各项参数是井场设计的任务。由井深、井径、分布、结构材料和设备构成的井场设计要顺应矿体的各向异性，以尽量使浸取液覆盖整个矿体。井沿着易渗透方向排列可能引起溶液短路，因此应该沿垂直方向排列。出液井中的液位要高于矿体，以保证溶液与矿体的接触。溶液的注人压力应小于水力破碎的压力，以免溶液流失。以上这些条件不但可以事先估算，也可以在地浸开始后直接测定。
井场设计要达到最有效地回收金属的目标，需要考虑四个因素：
（1） 操作持续时间；
（2） 目的矿物的回收率；
（3） 产出液中铜的浓度；
（4） 溶液中铜出现的时间，即通常称为穿透时间（break through time。
从穿透到达到最大浓度的时间越短越有利。良好的井场设计可以使浸取液在最大范围内浸透至目标矿物和每个井周围的空间。经验认为，矿化岩体至少应有30m厚才可以有效地进行地浸，不然易导致溶液流失。[next]
圣更纽尔矿
玛格玛公司的圣曼纽尔矿（San Manuel）1955年开始井下开采硫化矿，此后撤出井下并拆除支附，20世纪60年代地表开始下沉。上部是氧化矿，1985年开始露天开采，并用萃取-电积工艺生产铜。但是氧化矿分布不规则，有大量矿石不能采挖。
1988年开始用就地浸出，从一组列阵式分布的井中注人溶液，从地下725m深的原来工作面上收集浸出液，送往萃取。但是由于原来已进行的开采及地质构造等因素，使浸取液的流动很难控制。因此，1989年不得不重新设计一种井到井的就地浸取方式。
井场中井的分布采用七井一组，集液井在中间，六个注液井以扁六角形分布在周围。每组以共角相连，如下图所示。注人井井距为12m，在井场试验中钻了三组井，注液井直径3.8cm，集液井直径15.25cm。井中均衬了聚氯乙烯管，由于试验地区的矿体中间有一断裂，为了避开断裂，注水井仅在聚氯乙烯管的上下部分打了孔，而井深loom到150m的集液井仅在管壁下部打了孔。井中安装下开口潜水泵用于抽液，流速用电磁流量计监控。井中液位由集液井中的一个数据采集系统每小时测定一次，并通过邻近的一个注水井的注人速度来调节。起初控制在36m，而后逐渐下降到60m的深度，这将导致集液井产量下降。注人速度为1147L/min，集液井流速为1000L/min，约13.5%的溶液流失。一部分是在重力作用下渗人深部地层，一部分可能流入周围的井中。同时，也不能排除集液井中收集的液体中有一部分是来自地下水。
井场测试中还对不同时期的导水率（m2/d）、水力传导率（m/d）、渗透率（m/d）和贮存系数进行了测量。三组井的这些参数存在较大差异，而且在浸取之后，导水率、水力传导率和渗透率均增大，显然是由于矿物溶解的结果。但是靠近集液井的渗透率反而下降，这可能是溶液中有些成分（如石膏，黄钾铁矾）沉淀造成的。
浸取试验过程中注入酸的浓度和产出的铜浓度的关系见下图。三组井的注入液平均成分为（g/L）：Cu-0.20（最终0.15）、Fe-15.03、酸-24.2。集液井产出液（g/L）：Cu-1.39（最终1.27）、Fe-15.08、酸-24.2、还含有Mg、Al。[next]
从开始浸取220天起的20天当中，加入的酸浓度升至31.56g/L，而从第392天起进行减少加酸量的试验，平均浓度降至20.3g/L。酸消耗与注入液中酸浓度成正比。铜浓度变化曲线显示，直始阶段下降很快，而后进行一个稳定阶段，此时并不因注入的酸浓度增加而增大。减少注入酸浓度时，也无明显下降（415天时的下降是由井泵造成的，而非浸取的缘故）。而消耗的酸量与浸出的铜的比大部分时间在7以上，仅在392天减少用酸量之后，下降为3左右。试验表明，含酸20g/L的萃余液作为浸取液就足够了，过高的酸浓度增加脉石的反应，促使镁、铝的溶出。先期的柱浸实验也显示了这一趋势。551天的试验回收铜1000t，耗酸5900t。
试验结束后，使用浸取前后有代表性区域钻取的岩样进行比较分析，并用几何及中值系统模型计算品位的变化，对回收进行计算。几何方法的计算结果是酸溶铜回收率63.9%，而中值系统法为58.4%，两者颇为接近，不过后者计算结果的相对误差较大。有意思的是，浸取前后酸溶铜和总铜的比值仅下降了7%，说明“酸不溶铜”也部分被浸出。虽然由于硫酸钙溶解度的关系，浸出液中钙浓度始终在0.5g/L左右，矿体中平均含量也元明显变化，始终为1.2%左右。但从岩样观察到钙的矿物磷灰石、蒙脱石发生了变化，集液井底部岩样部分或全部充满了硫酸钙。而且观察到硅酸铜矿物为其所覆盖，因而可能会对浸取造成影响。
参考文献
1 Hiskey J B，Intern Symp.Hydrommetallurgy’94，IMM，SCI.Cambridge，England，11 to 15 July 1994，Chapman&Hall，London，43~67
2 Bell S L，Glenn D，Welch P，Bennett P G，Hydrometallurgy，1995，39，11~23
3 Wadsworth M E，Intern. Conf. Hydrometallurgy，1983，Atlanta USA，1
4 Richard B，Dan R，Proc.Copper’95-Cobbe95，vol III，Electrorefinning and Hydrometallurgy of Copper，eds.Copper W C，Dresinger D B，Dutrizac J E et al. Nov.26~29，1995，Sandiago，Chile，TMS，363~375
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