·1504· 工程科学学报，第39卷，第10期 显的塌陷现象，矿石堆体的初始高度与筑堆矿石粒径 (柱浸A组)时，在溶浸液的拖曳作用和矿石自身重力 成反比，入堆颗粒相对细密时矿堆塌落程度大：经过 作用下，堆体更容易松动、堆体结构更易被破坏，矿石 480的柱浸实验后，各实验组的矿石堆体高度均有不 堆体不断被压密，反映为堆体的高度明显下降，为 同程度的下降，堆体高度的减小程度与筑堆矿石的粒 6.15mm,降幅为3.58%.利用Matlab软件，计算A、B 度成反比.分析认为，在不断地被溶浸液的淋滤作用 和C组的初始平均孔隙率分别为41.2%，37.9%和 下，较大的矿石块度（柱浸C组）使得矿石难以崩解， 31.8%,对比图5可知，较高的孔隙率会在一定程度上 矿石堆体结构更加稳固，堆体高度降低程度较小，为 提高溶液分布均匀性和矿石浸出效果，但是，浸出率与 1.7mm,降幅为0.90%；反之，当入堆矿石较为细密 孔隙率并不成正比关系. a 200 190.10 190 188.40 184.45 181.87 目180177.90 171.75 170 克160 ◆一柱浸A组 +一柱浸B组 150 ·一柱浸C组 14050050100150200250300350400450500550 时间，h 图6浸柱内部矿堆的塌落情况.(a)电子计算机断层扫描装置：(b)柱内矿堆高度变化 Fig.6 Slumps of ore heaps inside leaching columns:(a)CT seanning apparatus;(b)height changes of ore heaps 以浸柱A组为例，探究堆体塌落、孔隙演化和浸 处理并导入Matlab软件，计算浸矿0h和480h时的图 矿机理研究，图7为柱内不同位置浸矿前后的电子计 (a)~(d)横截面孔隙率，可得：柱顶截面孔隙率由 算机断层扫描图像.由图7可见，浸矿480h后，柱体 31.14%增至33.21%，增幅为6.65%：柱底截面孔隙 顶部的细颗粒明显减少，而柱体底部的细颗粒逐渐聚 率由35.22%减至32.3%，降幅为8.29%.即随着浸矿 集.将柱内孔隙演化进行量化，对CT图像进行二值化 的进行，柱体上部孔隙率升高，柱体下部孔隙率降低. (a) b (e) d 图7浸柱A顶底部CT图像.(a)顶部（浸矿0h):(b)顶部（浸矿480h):(c)底部（浸矿0h):(d)底部（浸矿480h) Fig.7 CT views of leaching column's top and bottom surfaces:(a)top (leached for0h):(b)top (leached for 480h);(c)bottom leached for 0h);(d)bottom (leached for 480h) 分析如下：在柱浸过程中，除单质硫、石英等难溶 隙水压力逐渐消散和骨架流变造成颗粒群固结变形并 物外，黄钾铁矾等在矿石表面形成抗酸化的坚硬壳体， 不断扩展，在溶液流动及冲刷作用下矿石颗粒间众多 阻碍了浸矿反应的进行.此外，柱浸实验模拟了现实 的微细孔隙被逐渐合并，大裂隙和溶液流动通道逐步 生产条件下的堆浸状态，即矿石未经酸及水的预淋洗， 被贯通，堆体结构逐渐稳固且停止塌落.并且，溶液流 因此矿石间含有一定量的泥质杂质.在溶液的拖曳作 速较快，细菌浸矿效率低下，铜浸出率逐渐达到峰值. 用下，难溶细颗粒被置于矿石表面，堵塞了众多的微细 3结论 孔隙，阻碍了溶液下向渗透和横向毛细作用.在淋滤 固结与化学固结作用下，矿石颗粒之间由接触连接变 (1)富集实验中细菌峰值浓度最高，浸柱内细菌 为链条连接，在化学作用下最终转为胶结连接，同时， 依赖矿石生存，增殖环境恶劣，增殖速率慢.浸矿后 间歇喷淋方式致使间歇期溶浸液的蒸发作用显著，孔 期，细菌浓度和pH值逐渐降低，铜浸出率达到峰值.工程科学学报,第 39 卷,第 10 期 显的塌陷现象,矿石堆体的初始高度与筑堆矿石粒径 成反比,入堆颗粒相对细密时矿堆塌落程度大;经过 480 h 的柱浸实验后,各实验组的矿石堆体高度均有不 同程度的下降,堆体高度的减小程度与筑堆矿石的粒 度成反比. 分析认为,在不断地被溶浸液的淋滤作用 下,较大的矿石块度(柱浸 C 组) 使得矿石难以崩解, 矿石堆体结构更加稳固,堆体高度降低程度较小,为 1郾 7 mm,降幅为 0郾 90% ;反之,当入堆矿石较为细密 (柱浸 A 组)时,在溶浸液的拖曳作用和矿石自身重力 作用下,堆体更容易松动、堆体结构更易被破坏,矿石 堆体不断被压密,反映为堆体的高度明显下降,为 6郾 15 mm,降幅为 3郾 58% . 利用 Matlab 软件,计算 A、B 和 C 组的初始平均孔隙率分别为 41郾 2% ,37郾 9% 和 31郾 8% ,对比图 5 可知,较高的孔隙率会在一定程度上 提高溶液分布均匀性和矿石浸出效果,但是,浸出率与 孔隙率并不成正比关系. 图 6 浸柱内部矿堆的塌落情况. (a) 电子计算机断层扫描装置; (b) 柱内矿堆高度变化 Fig. 6 Slumps of ore heaps inside leaching columns: (a) CT scanning apparatus; (b) height changes of ore heaps 以浸柱 A 组为例,探究堆体塌落、孔隙演化和浸 矿机理研究,图 7 为柱内不同位置浸矿前后的电子计 算机断层扫描图像. 由图 7 可见,浸矿 480 h 后,柱体 顶部的细颗粒明显减少,而柱体底部的细颗粒逐渐聚 集. 将柱内孔隙演化进行量化,对 CT 图像进行二值化 处理并导入 Matlab 软件,计算浸矿 0 h 和 480 h 时的图 (a) ~ ( d) 横截面孔隙率,可得:柱顶截面孔隙率由 31郾 14% 增至 33郾 21% ,增幅为 6郾 65% ;柱底截面孔隙 率由 35郾 22% 减至 32郾 3% ,降幅为 8郾 29% . 即随着浸矿 的进行,柱体上部孔隙率升高,柱体下部孔隙率降低. 图 7 浸柱 A 顶底部 CT 图像. (a) 顶部(浸矿 0 h);(b) 顶部(浸矿 480 h);(c) 底部(浸矿 0 h);(d) 底部(浸矿 480 h) Fig. 7 CT views of leaching column爷s top and bottom surfaces: (a) top (leached for 0 h); (b) top (leached for 480 h); (c) bottom (leached for 0 h); (d) bottom (leached for 480 h) 分析如下:在柱浸过程中,除单质硫、石英等难溶 物外,黄钾铁矾等在矿石表面形成抗酸化的坚硬壳体, 阻碍了浸矿反应的进行. 此外,柱浸实验模拟了现实 生产条件下的堆浸状态,即矿石未经酸及水的预淋洗, 因此矿石间含有一定量的泥质杂质. 在溶液的拖曳作 用下,难溶细颗粒被置于矿石表面,堵塞了众多的微细 孔隙,阻碍了溶液下向渗透和横向毛细作用. 在淋滤 固结与化学固结作用下,矿石颗粒之间由接触连接变 为链条连接,在化学作用下最终转为胶结连接,同时, 间歇喷淋方式致使间歇期溶浸液的蒸发作用显著,孔 隙水压力逐渐消散和骨架流变造成颗粒群固结变形并 不断扩展,在溶液流动及冲刷作用下矿石颗粒间众多 的微细孔隙被逐渐合并,大裂隙和溶液流动通道逐步 被贯通,堆体结构逐渐稳固且停止塌落. 并且,溶液流 速较快,细菌浸矿效率低下,铜浸出率逐渐达到峰值. 3 结论 (1)富集实验中细菌峰值浓度最高,浸柱内细菌 依赖矿石生存,增殖环境恶劣,增殖速率慢. 浸矿后 期,细菌浓度和 pH 值逐渐降低,铜浸出率达到峰值. ·1504·