毕业设计（论文）-南方某铀矿80tUa堆浸工艺设计.doc

南华大学核资源工程学院毕业设计南方某铀矿80tU/a堆浸工艺设计摘要：本设计是南方某铀矿堆浸工艺设计，根据室内柱浸试验设计了堆浸工艺。该矿山堆浸场年处理为70000吨左右铀矿石。根据当地地形地貌，堆浸场依山而建。矿石为中等可碎性矿石，原矿最大粒度大于300mm，矿石铀平均品位为0.134%，采用酸法浸出。破碎流程采用三段一闭路破碎流程；筑堆方法选择前进式筑堆法筑堆；布液方式选择固定喷淋。浸出周期为60天，卸堆后的废渣经处理后堆入尾矿库，或者作为井下充填料。关键词：铀矿石，堆浸，工艺设计全套图纸加扣 3012250582iThe Heap Leaching Process Design of producing 80 tons of uranium per year in a south uranium mine Abstract：The design is the heap leaching process design of a uranium mine in the south,the heap leaching process was designed across to the experiment of indoor column leaching.the mine handle 70000 ton of uranium one of a year. According to the local topography,the heap leaching field was builded in hillside topography.The ore are of medium broken, maximum size is 300mm, the average uranium grade of the ore is 0.134%,acid is adopted in heap leaching.The fragmentation process is made up of three phase and one closed circuit,The means of depositing the heap leaching pile is using slope pile construction method. The leaching cycle is 60 days,After leaching, the tailing ore is sent to mine-tailing-dam, as filling material.Keywords：Uranium ore，Heap leaching，Process design目录1 工程概述12 破碎流程设计22.1 破碎流程的选择22.1.1 破碎段数的确定22.1.2 各段破碎比的计算22.2 破碎流程的计算32.2.1生产能力计算32.2.2排矿口宽度计算42.2.3筛孔尺寸计算及筛分效率52.2.4破碎流程数质量计算52.3 破碎流程的设备选型62.3.1 粗碎设备的选型62.3.2 中、细碎设备的选型72.3.3 筛分及其他辅助设备的选型83 堆浸概述103.1堆浸特点103.2堆浸工艺分类103.3国内堆浸工艺发展现状104 堆场的设计114.1 堆浸场的厂址选择114.2 堆浸场的主要设施和配置114.3 堆场的初步建设124.4 堆场基础设施建设124.4.1贮液池134.4.2 堆场垫板的设计及其建造144.5 堆浸场基本参数计算164.5.1 堆高的计算164.5.2 堆场面积及单堆个数计算165 筑堆设计185.1 筑堆工艺185.2 筑堆方法和设备185.3 矿石筑堆的生产管理226 浸出工艺设计236.1 浸出工艺简介236.2 溶浸剂和氧化剂的选择246.3 布液方式的选择246.4 良好的管路安装质量276.5 最佳的淋浸方法276.6 浸出液收集与控制296.6.1 集液296.6.2 溶液的化学控制296.6.3 水平衡306.7 布液和集液系统基本参数计算316.8 堆浸生产管理336.8.1 堆场淋浸管理336.8.2 堆场的其它的管理336.8.3 矿山主要污染物和尾矿的管理347 总结35参考文献36谢 辞37iv1 工程概述南方某铀矿属于硬岩型铀矿，矿体处于花岗岩外接触带。矿石岩性属于寒武纪龙山群钱变砂质板岩，岩石致密坚硬，受构造破坏，矿岩较破碎，颜色为灰灰黑色。矿床储量约2000吨，矿石平均铀品位0.134%，其他主要成分包括SiO2 73.69%，Al2O3 9.23%，Fe2O3 5.05%，FeO 0.93%，CO 21.78%，P 0.389%，烧失量4.62%。柱浸试验表明，-10mm矿石的浸出率可达85%，浸出周期为60天，浸出液固比为3:1，喷淋强度为8-10 Lm-2h-1，浸出液平均浓度为300 mgL-1，酸耗为7.2kg酸/t矿石。该矿矿石适合酸法堆浸，堆浸过程包括破碎流程和浸出流程，浸出工艺包括堆场设计、筑堆、布液、浸出、集液几个步骤，然后将收集到的合格液送往水冶车间回收金属。具体流程如下图。图1.1 堆浸工艺流程图2 破碎流程设计 2.1 破碎流程的选择原矿矿石粒度大于300mm,为了使铀矿颗粒与脉石尽量解离,提高矿石浸出率和缩短浸出周期,对原矿矿石进行破碎是十分必要的。经过适当的破碎,堆浸才能进行下去。2.1.1 破碎段数的确定破碎段数取决于原矿最大粒度(D)和破碎和最终产物的最大粒度(d),即总破碎比(S)。S=D/d=300/10 =30 （2.1）总破碎比等于各段破碎比之乘积,即S=S1S2S3,而各段破碎比与各段破碎机的型式、流程类型和矿石性质有关。表2.1 各种破碎机在不同工作条件下的破碎比范围破碎段破碎机型式工作条件破碎比范围第段颚式破碎机、旋回破碎机开路35第段标准圆锥破碎机开路35第段中型圆锥破碎机开路36第段中型圆锥破碎机闭路48第段短头圆锥破碎机开路36第段短头圆锥破碎机闭路48第段对辊破碎机闭路315第、段反击式破碎机闭路840根据上表及总破碎比S=30，最终确定选择三段一闭路破碎流程。2.1.2 各段破碎比的计算（1）平均破碎比为： （2）选择S1=S2=3,则最大粒度d4=300/3 mm=100mm d5=100/3 mm=33 mm S3=d5/d8=33/10=3.3（3）破碎流程如下图2.1 破碎流程图 2.2 破碎流程的计算2.2.1生产能力计算对生产能力进行计算可以得到矿石的年处理量和日处理量及小时处理量。 计算公式： （2.2）式中，Qh车间小时处理量，th-1；Qa 车间年处理量，ta-1；Qd车间日处理量，td-1；Ta年开车小时数；Td日开车小时数。工作制度见表1.1。表2.2 破碎工作制度及设备作业率车间名称工作制度全年开车时间h作业率折算相当于性质年工作天数d年设备运转日数d日设备运转班数班设备运转时间h破碎车间间断330264033016已知：矿石金属铀品位：0.134%，浸出率：85%，产品年产量：80t。年处理矿石量 Qa = =7.02104 ta-1公式见（2.2）则：（1）Qh =35.45 th-1 （2）Qd = Qh Td=35.456=212.7td-1在堆浸场建设的同时进行破碎作业，预备大约一个堆浸周期所需的矿石14000t。2.2.2排矿口宽度计算表2.3 破碎机排料中过大颗粒含量与最大相对粒度Z矿石可碎性破碎机型式旋回破碎机颚式破碎机标准圆锥破碎机短头圆锥破碎机%Z%Z%Z%Z难碎性矿石351.65381.75532.4752.93.0中等可碎性矿石201.45251.60351.9602.22.7易碎性矿石121.25131.40221.6381.82.2破碎机排矿口宽度与破碎机型式有关,即与最大相对粒度有关.初步决定粗碎用颚式破碎机,中碎用标准圆锥型破碎机,细碎用短头圆锥型破碎机,排矿口宽度如下:e1=100/1.6=62.5 mme2=33 /1.9 =17.4 mm e3=0.8d11 =8 mm2.2.3筛孔尺寸计算及筛分效率 粗筛：筛孔尺寸在e2a1d5选取，取a2=25mm，E1=80%。细筛采用等值筛分制度，由于等值筛分制度增大了筛孔尺寸，并且降低了筛分效率，能够有效提高筛子的生产能力，减少设备数量，既节省了投资，又简化了设备配置。因此细筛筛孔尺寸a2=12mm，E2=65%。 2.2.4破碎流程数质量计算（1）粗碎作业Q1=35.45t/h ，r1=100% ，-25=44%Q2=Q1-25E1=35.450.4480%=12.48t/h r2=Q2/Q1100%=12.48/35.45100%=35.2%Q3=Q4=Q1Q2=35.4512.48 t/h=22.97t/hr3=r4=r1r2=100%35.2%=64.8%Q3=Q4=Q5r3=r4=r5 Q矿石量，r生产率，-25该部分矿石中粒度小于25mm所占的比例，下列计算所用符号位同等意义。 （2）中碎作业Q4=Q5=22.97 t/hr4=r5=64.8%Q6=Q1=35.45t/h r6= r1=100%（3）细碎作业10-12=0.68 Z=12/17.4=0.69 6-12=0.46Q8=（Q66-12Q1010-12）E2所以Q10=Q1（16-12E2）/10-12 E2=35.45（10.460.65）/0.680.65 =56.22t/hr10= Q10/ Q8=158.59%r9=r10=158.59%Q7=Q6Q10=35.4556.22t/h=91.67t/hr7=r6r10=100%158.59%=258.59%Q8=Q1=35.45t/h r8=r1=100% 破碎数质量流程图见附图1。 2.3 破碎流程的设备选型堆浸场所采用的破碎机的种类及型号主要取决于矿石性质、堆浸场的处理能力、所选择的破碎流程和相关辅助设备的配置等。矿石的物理性质包括：矿石硬度、密度、水分、粘土含量和物料最大粒度。目前，破碎矿石应用最多的设备为：粗碎多采用颚式破碎机或旋回破碎机；中碎采用标准圆锥或中型圆锥破碎机；细碎采用短头圆锥破碎机（小厂细碎还采用反击破碎机或对辊机）。处理松软矿石（如粘土矿或煤矿）一般采用冲击作用的破碎机（如反击式破碎机和锤碎机）来破碎。2.3.1 粗碎设备的选型粗碎流程多使用旋回破碎机和颚式破碎机，影响粗碎设备选型的主要因素有给矿最大粒度、生产能力和矿石可碎性。颚式破碎机的优点是：构造简单，价格比较低廉，重量轻，便于维修和运输；在工艺方面，工作可靠，调节排矿口方便，破碎潮湿矿石及含粘土较多的矿石时不易堵塞。缺点是：衬板易磨损，处理量比旋回破碎机低，破碎产品粒度不均匀，过大块多，要求给矿均匀，需要设置给矿设备。该设备应用范围较广，目前广泛应用的颚式破碎机主要是简单摆动颚式破碎机和复杂摆动颚式破碎机两种。旋回破碎机是一种破碎能力较高的设备。与颚式破碎机相比，优点是：破碎矿石电耗小；能连续破碎矿石，处理量大，在同样给矿口与排矿口条件下，旋回破碎机处理量为颚式破碎机的2.53倍；破碎腔内衬板磨损分布均匀；破碎产品中过大块少，粒度均匀；当给矿条件比较合适时，可以“挤满给矿”,辅助设备少，可广泛应用与粗碎、中碎各种硬度的矿石。缺点是：设备构造复杂，机身较高且很重，要求有坚固的基础，基建投资大。在考虑矿山生产能力的基础上，结合经济合理性计算确定，粗碎选用颚式破碎机，其选型号为PE400600，数量1台。颚式破碎机型号及其相关参数见表2.4。表2.4 颚式破碎机型号及相关参数型号进料口mm最大给矿粒度mm排矿口调节范围mm生产能力t/h主轴转速r/min电 动 机重量kg型 号功率kwPE15025015025012510400.63285Y132s-45.51100PE2504002504002102080520300Y180L1-6152970PE400600400600350401002564275Y225M-6306480PE6009006009004807520056192250YR280M-87516800PEX1507501507501201040835320Y180L-6153750PEX2001000200100016010401250320Y200L2-62271002.3.2 中、细碎设备的选型用于中碎的圆锥破碎机称为标准圆锥破碎机，用于细碎的圆锥破碎机称为短头圆锥破碎机，居于这两者之间的圆锥破碎机称为中型圆锥破碎机。中、细碎圆锥破碎机的工作原理与旋回破碎机类似，但也有少量不同。圆锥破碎机的生产能力大，破碎比大，适合破碎硬矿石和中硬矿石，但是不适宜处理含粘土多的矿石而且排矿口不能太小。原矿的中、细碎还可以使用对辊破碎机和反击式破碎机或锤式破碎机。对辊破碎机适于破碎脆性物料或避免过粉碎的物料，产物破碎比大，过粉碎少，而且其构造简单、容易制造，缺点是辊筒易磨损，处理量低。反击式破碎机或锤式破碎机适用于破碎中硬矿石，特别是易碎性物料，例如石灰石、黄铁矿、石棉、焦炭、煤等。它的优点是体积小、构造简单、破碎比大、电能消耗小、处理量大、产品粒度均匀，而且具有选择性破碎作用。缺点是板锤和反击板容易磨损，需要经常更换，噪音大。经过对矿山生产能力、经济因素等相关条件的综合考虑之后，确定中碎选择标准圆锥破碎机，型号为PYB900，台数一台；细碎选择短头圆锥破碎机，型号PYD600，台数两台，相关设备的具体信息见表2.5。表2.5 圆锥破碎机型号及相关参数型号破碎锥直径(mm)最大给料尺寸(mm)排料口宽度(mm)处理能力(t/h)电动机功率(kW/h)主轴摆动次数重量tPYB60060065122540303565PYD600600353131223303565.5PYB900900115155050905533311.2PYZ9009006052020655533311.2PYB12001200145205011016811030024.7PYZ1200120010082542135110300252.3.3 筛分及其他辅助设备的选型与破碎作业向配合的预先筛分及检查筛分有效的保证了破碎作业的正常进行，避免了物料的过度破碎，从而提高了破碎设备的生产能力和减少动力消耗。在选择筛分设备的时候主要考虑三方面的因素：（1）被筛物料的特性;（2）筛分机的结构参数；（3）筛分的工艺要求。与粗碎配合的第一次筛分选择固定棒条筛，筛孔尺寸选择25mm。固定晒一般倾斜40到50安装，结构简单，坚固耐用，且不需要动力，价格便宜。细碎检查筛分振动筛筛孔尺寸选择12mm。 给料机通常有以下几种类型：带式给料机、板式给料机、槽式给料机、摆式给料机、圆盘给料机、电磁振动给料机、振动放矿机以及卸矿阀。最终设计选用带式给料机。最常用的输送设备是胶带输送机，胶带输送机是一种应用极为广泛的物料搬运设备，分为固定式和移动式两种。我国已经定型的产品有：TD75型通用固定式带式输送机，其胶带用棉织或尼龙帆布做芯体，适用于短距离物料运输；DX型钢绳芯带式输送机，其胶带用镀铜或镀锌钢丝绳做芯体，适用于长距离物料运输；GH69型花纹带式输送机，其胶带表面铸有凸起的花纹，使用于高倾角物料运输。虽然各类输送机胶带结构不同，但整机的部分组成形式和各种参数的计算基本相同，故设计中亦可选用各类部件混合组成所需要的输送机。最终设计选用TD75型固定式带式输送机。3 堆浸概述 3.1堆浸特点堆置浸矿简称堆浸，对不在原地的矿石或废石堆直接布液进行浸出，并通过一定方式将合格浸出液提取成产品，就是堆置浸矿。堆浸的工艺过程有两个显著的特点:(1)浸出过程利用的是自然条件的氧化作用，一般不加氧化剂，浸出时间较长。(2)浸出液一般处于非饱和流状况。堆浸工艺与常规的水冶工艺相比有很多优点，比如投资少，成本低，能耗少，均为常规水冶工艺的三分之一左右；根据矿床条件和特点，堆浸可在地下或地表进行，尾渣可返回井下做填充料，作业安全，污染少；可对尾矿废渣进行堆浸，资源利用率高。堆浸的缺点也十分明显，浸出周期长，回收率低。 3.2堆浸工艺分类根据浸出前的准备条件不同，可将堆浸分为非筑堆浸出法和筑堆浸出法；根据浸出的位置不同，堆浸又可分为地表堆浸法和井下堆浸法(又称坑浸)；根据溶浸液在矿堆内的流动形态不同，将堆置浸矿分为堆浸、池浸和槽浸；根据浸出工艺的差别，可分为普通堆浸和拌酸熟化-高铁淋滤浸出法、细菌堆浸法、制粒堆浸法、脱泥堆浸法、防垢堆浸法、逆流串堆堆浸法、分层堆浸法等等。 3.3国内堆浸工艺发展现状在中国目前已探明的铀资源储量中, 有相当一部分是低品位硬岩铀矿资源，这种铀矿资源适合采用投资和消耗相对较低的堆浸技术来开发利用。因此, 在过去的几十年中, 堆浸提铀技术一直是中国铀矿冶研究的重点。经过几代铀矿冶科技工作者的不断努力探索, 已经在许多技术领域上取得了突破, 一大批科研成果已经成功地应用于堆浸提铀工业生产, 并且取得了显著的经济效益。目前, 堆浸提铀工艺仍然是中国铀矿冶生产的主要工艺。4 堆场的设计在设计堆浸场时要按基本步骤进行。首先是综合各种因素在建设区域内选址, 然后需考虑堆浸场所需要的设施和配置，以及各种设施的布局,第三步是各设施与配置的具体尺寸计算，最后是最终浸堆的稳定性间题。 4.1 堆浸场的厂址选择堆浸场的厂址选择应该遵循以下的原则。（1）尽量选择靠近供应矿石的矿区或废渣堆置场地，以减少矿石的运输工作量；（2）保证堆场宽广、平坦，并且有发展的余地，以减少基建的工作，保证串联浸出；（3）堆场范围内的地基无断层，裂隙等地质缺陷，以减少底垫工作量，保证矿堆的稳定性，避免浸出液的流失；（4）尽量利用采空区和露天废坑，充分利用场地；（5）尽量少占用耕地；（6）对河流、河流蓄水或自然径流的影响尽可能小，以减少对环境水的污染；（7）最好有2%到10%的坡度，一定的自然坡度有利于排水，可以减少挖填工作量；（8）所选的堆浸场周围没有大的滑坡和蓄水面积，可以减少防洪的工作量；地层坚固；（9）供水、供电、交通方便，与浸出液提取车间距离短，偏于输送；（10）堆场周围无居民区，排水口下游没有大面积的农田。上述条件大部分情况下不可能全部满足，但是基本原则是减少工作量，降低投资，而且要注意尽量减少对环境的污染。 4.2 堆浸场的主要设施和配置 由于不同矿区所采矿石性质不同，地形以及环境不同以及工艺流程的不同，不同的设计需要不同的设备，有些流程还需要特殊的设备，比如拌酸熟化或者制粒过程。本次设计只是基本的堆浸流程。堆浸场地主要设施包括储矿仓、破碎设备、铺设好的底垫、筑堆机械，各种构筑物（集液池、尾液池、调节池等），喷淋或布液管网、喷头和泵以及金属回收设备。矿石从储矿仓排除到破碎机，经破碎后的矿石（如矿石含泥量高或粉矿过多则需造粒）由筑堆机械在铺垫好的底垫上筑堆，浸出后的矿石由卸堆机械卸往尾矿场。液体的的流向是：在尾液池配制的溶浸液去喷淋矿堆，浸出液流向集液池，再泵到金属回收设备中，然后尾液流向尾液池，根据情况调节pH值和溶浸液浓度后又作为溶浸液去喷淋矿堆，如此循环，直到浸出结束。调节池是用作雨季防洪，旱季储水的容积巨大的构筑物。在设计和配置各工序的设备时，要尽量利用地形，以减少泵送和运输皮带，节省投资和减少能耗。各工序设备和设施的大小或它们的处理量要相等，避免出现工序不匹配。设备之间的联结要尽量紧凑，方便操作。集液池一般要紧靠矿石堆，而金属回收设施则介于集液池和尾液池之间。除非特殊情况，一般不设各类高位池，而是利用地形或采用泵直接由集液池、尾液池将溶液泵送到下一工序。 4.3 堆场的初步建设 （1）在堆浸的场地选好以后，要对堆场进行初步的处理，其处理步骤为：平整场地，铲除场地上的杂草和灌木； （2）把场地填挖成一个斜坡，再在斜坡上铺上厚大约300mm的粘土（若所选场地本身土质就是粘土，则不用再铺粘土），把粘土用机器或人工夯实，并确保纵、横向上有一定的坡度，堆浸过程中此坡度有利于集液。纵向坡度一般为2%到5%，横向坡度一般为2%到3%。 （3）场地周围设置围堰，并与堆浸底面构成一个整体。对靠山坡部分设置防洪沟，防止外部的雨水或山洪进入堆浸系统。设置排水系统，将外部雨水和山洪直接外排。 （4）在矿堆附近设置三个贮液池，其中一个用来收集合格的浸出液，一个作为调节池，最后一个作为尾液池。 （5）铺设防渗防漏隔水层。 （6）然后再防渗防漏隔水层上铺设排液床，排液床一般用80100mm的不带棱角、耐酸碱腐蚀的粒状物料，如鹅卵石等。排液床的主要作用除了排液以外，还可以保护隔水层。当矿粒粒度较大且泥化状况较轻时可不铺设排液床，而使用排液管或排液沟代替。本次设计浸出的矿石粒度小于10mm，铺设排液床较为合适。 4.4 堆场基础设施建设堆浸场需要设置功能不同、溶剂不等的各种构筑物，以保证堆浸作业的顺利进行。这些构筑物主要有贮液池、堆场底垫和输送管路等。其中贮液池主要有集液池、尾液池、调节池三种。此外，还有一些用于回收金属的中间构筑物。4.4.1贮液池1、集液池 集液池的功能主要是接受和储存来自堆浸场的富液，同时也作为回收工序的供液泵池，它的容积大小取决于喷淋强度、堆场面积和回收设备的能力。一般认为集液池的容积必须满足堆浸场4个小时流出的富液量，并能维持回收设备2小时的处理量。根据柱浸实验所得喷淋强度以及设计堆场的面积等数据，初步设计集液池的容积为200m，集液池具体尺寸为10102m。集液池的位置不能离堆场和回收设备太远，以方便浸出液的输送，它的进液口的标高应低于堆浸出口0.10.5m。池内分成两个以上的隔室，第一个隔室应设置排泥装置，池深低于第二个隔室。这样设计可以方便浸出液澄清，尽量减少污泥及结垢体进入回收工序的设备中，以保证回收工序的正常运行。2、尾液池 尾液池有三个主要的功能，一是接受来自回收设备排除的尾液；二是接受堆浸排除的贫浸出液；由于本设计堆浸场不专门设置溶浸液配置池和喷淋泵池，所以它的第三个功能是作为配液池或喷淋泵池。尾液池的容积要考虑到上述多个功能。因此，尾液池的容积通常是集液池的容积的1.5倍以上，设计尾液池容积为300m，具体尺寸为10152m。尾液池的位置也应该尽量靠近堆场，宜介于堆场和回收设备之间。尾液池一般也要分为两个以上的隔室，以便轮换使用，因为尾液池兼有溶浸液配制和喷淋泵池的作用，经常要往池中添加试剂，以调整溶液的浓度和pH值。此外尾液池应配有加料、溶解、搅拌均匀的辅助设备，以及防护手段，尤其对氰化钠等剧毒物质的配制溶解，更应重视安全防护和急救措施。3、调节池调节池也可称为防洪池，它的功能主要是储存暴雨阶段堆场流出的大量含低浓度金属的酸性或碱性溶液。同时在旱季（尤其沙漠干旱地区）也作为生产用水的储池。某些国家规定，采用剧毒溶浸剂（如氰化钠）的堆浸场的调节池容积，必须考虑到百年一遇的最大降雨量。因此，调节池的容积要尽量大些，切不可掉以轻心。另一方面，调节池也是为了要减少堆场外的汇水面积，防止堆场外的雨水进入浸出液系统。调节池的容积一般要比尾液池大3倍以上，因此设计调节池的容积为900m，具体尺寸10303 m。它的位置应选择面积较大而又不渗漏的低洼处为宜，当然不要距离堆场太远。集液池和尾液池要根据溶浸液的性质作防腐处理，而调节池一般不要求防腐。防渗漏是三者的共同要求。由矿石堆、集液池、尾液池等组成的堆浸场四周都必须挖排洪沟，矿石堆的四周多数筑有0.5m1.0m高的围堤。目前大型堆浸场一般是多堆串联喷淋，堆与堆之间也用0.30.5m围堤隔开。浸出阶段使用的设施和设备，除前面介绍的构筑物和管网、喷头外，主要的还有喷淋用泵。一般说来，堆浸中的泵宜选择液下泵或潜水泵，或者采用始终能保持自吸能力的离心泵。因为喷淋不是连续作业，启动次数频繁，要靠灌水才能启动的泵不适宜喷淋作业。喷淋用泵一般扬程要求不高，2030m即可满足要求。流量要根据堆场面积和喷淋强度决定。一般一台泵供一个堆场使用，而不宜同时供几个堆场喷淋，以避免喷淋不均的现象。4.4.2 堆场垫板的设计及其建造堆场的垫板是堆场的关键设施之一，垫板主要有三个作用： （1）收集浸出液，防止浸出液流失； （2）防止浸出液渗入地下，污染地下水资源和周围环境； （3）防止地下水进入堆浸系统，造成浸出液浓度不合格。为了使垫板能够起到上述作用，垫板的结构以及所使用的材料要求十分严格。对垫板的要求有以下几条：（1）有足够的抗压能力，能承受矿堆施予的垂直重力和施工设备给予的压力。（2）渗透性低，一般要求渗透系数小于110-7cms-1。（3）与浸出液不起化学反应，也不会对被浸出离子起物理或化学吸附作用。（4）使用周期长，能经受住自然条件（温度、大气）变化。至少在一个堆浸周期内不会因自然条件变化而发生龟裂。（5）对人体健康不产生有害影响。（6）便于在现场施工，施工方法简便，易于掌握。（7）成本低，材料来源广泛易得。垫板所使用的材料粘土、软塑料的板（膜），这两种材料是弹性物料，可以有效收集浸出液并防止其渗入地下。有些情况下也可以使用沥青混凝做垫板材料。常见的垫板结构如下图所示。图4.1 常见的垫板结构常见的垫板有四种类型，分别是粘土垫板、地膜垫板、橡胶沥青垫板和复合垫板。粘土垫板有三种，一种是天然低渗透性的粘土质土壤垫板，其材料是堆场附近的天然粘土，然后铺在堆场上，机械或人工压实。这种垫板的导水率介于11061108cm/s之间。这种垫板成本低，但当酸液渗过粘土时，会影响它的导水率。第二种是将透水的土壤用膨润土处理，改良成低渗透性土壤，然后依照第一种土壤的方法制成垫板。第三种是人工合成的粘土垫板，这种土壤是有纺织物薄板围起来的干膨润土和粘土组成，比较适宜金、银的堆浸。地膜垫板是比较常用的垫板，效果也较粘土垫板好。在设计地膜垫板时应考虑的首要问题是防止薄膜在安装和堆放矿石的过程中被刺破。采取的保护措施包括薄膜垫板厚度的选择、垫板下面铺设保护层材料以及在垫板上面加铺起缓冲作用的覆盖层。常用的地膜有：PVC/UV-PVC（聚氯乙烯/抗紫外线聚氯乙烯）、HDPE-MDPE（高密度聚乙烯-中等密度聚乙烯）和VLDPELDPE-LLDPE（密度很低的聚乙烯低密度聚乙烯-线性低密度聚乙烯）。橡胶沥青垫板主要用于机械装卸堆和可重复利用的小型堆上，这种垫板需要较厚的压实颗粒状土壤或基岩基础，以防底板被错动、压碎。这种垫板的抗压和抗刺破能力优于地膜和粘土底垫层。复合垫板是由一层低渗透率粘土、铺在上面的地膜和地膜上的另外一层低渗透率粘土复合而成，这种垫板被认为非常安全。国内也出现过利用三合土和现场焊接的薄钢板做成的垫板，但推广范围不大，仅在少数堆浸场应用。垫板的结构一般有单层、双层和三层，单层垫板结构成本低，施工简单，但容易出现问题。三层垫板结构一般在下游有危险的地区(例如历史上的断裂活动区),溶浸液有可能渗漏而严重影响环境时,才考虑使用。双层垫板结构为常用结构。结合同类堆浸矿山的堆浸经验，考虑矿筑堆设备选用的实际情况，本设计中采用复合垫板，即由一层低渗透率粘土、铺在上面的地膜和地膜上的另外一层低渗透率粘土复合而成。选用2mm厚的PVC软板作为垫层，用环乙酮作粘合剂，施工方法简便，铺设时宜按坡度走向，从低到高，逐块搭建，粘合宽度为35cm，铺设和粘合温度最好在25，否则要施加一定压力。 4.5 堆浸场基本参数计算4.5.1 堆高的计算矿石堆的堆高取决于矿石的渗透性、溶浸剂和氧在浸堆中的消耗速度和总量等诸多因素，所选用的筑堆设备的卸矿高度和筑堆方法也是关键因素之一，一般根据具体对象确定堆高。矿堆较高时，既可以节约堆场面积，有可以获得较高的浸出率和较高的浸出液浓度，同时也有利于堆内矿石的均匀浸出。但是矿堆过高时，矿堆内空气流通量小，矿石氧化不充分，会降低浸出效果。因此，选择合适的堆高是浸出成功的关键条件之一。参照资料并根据国内的一般情况本设计堆高设计为3m。4.5.2 堆场面积及单堆个数计算 堆浸场地面积的大小取决于矿山的年生产能力、地形及筑堆高度等因素。 单堆底面积的计算： （4.1）式中：S单堆底面积（）；矿石松散容量（tm-3）；q单堆矿石量（t）； KK堆场系数，一面靠山时取1.201.30；已知：单堆矿石2400t， KK取1.20，H为3m。单堆底面积为：=1.2240031.6=600m2，公式见（4.1），堆底面积取600 m2，实际尺寸20m30m。 堆场单堆个数的计算： （4.2）式中：堆场上的矿石量（t）；ns堆场单堆个数（个）；q单堆矿石量（t）；已知年处理量为7.02104t，浸出周期为60天，因此为满足任务要求，设计每年浸出300个工作日，即浸出5个周期，每个周期处理矿石量=14040 t。 矿堆个数，公式见（4.2）。最终设计单堆个数为7，其中6个矿堆处于浸出状态，最后一个矿堆处于缷堆、筑堆或管路安装的状态。5 筑堆设计筑堆是堆浸流程的重要步骤之一，对堆浸效果有十分重大的影响。筑堆的目的是使堆放在底垫上的矿石具有良好且均匀的渗透性和结构上的稳定性，保证浸出时浸出剂能以要求的布液强度均匀渗透并通过整个矿堆，同时也不会发生矿堆边坡坍塌或局部冲垮现象。合理的筑堆工艺、筑堆设备以及筑堆方法能获得事半功倍的效果，充分的浸出矿石中的铀。 5.1 筑堆工艺堆的几何形状及结构尺寸主要取决于矿石的性质、矿石块度、堆浸规模、堆场面积和环境地形等因素，合理而有效的矿堆应满足一定的要求： （1）矿堆内部应该具有合理的、均匀的孔隙度和渗透性，渗透性是浸堆质量的主要指标，它包括两个方面：一是渗透速率的大小；二是浸堆各部分渗透的均匀性。筑堆时要防止块度离析分级的现象，即大粒度矿粒落到矿堆底部，细粒物料集中在矿堆顶部。 （2）具有较好的稳定性，不会出现大的局部下降和塌陷。这也是堆浸场安全的基本要求。喷淋初期矿堆会出现自然均匀下沉，这是正常现象。 （3）堆高合适。本次设计堆浸场参数计算部分已经说明合理的堆高的重要性。矿堆的结构一般由两部分组成，主要的部分是矿石本身的高度，另外一部分是矿石堆体与隔水层之间所铺设的排液层。本设计中排液层是有80100mm的不带棱角的，耐酸碱腐蚀的鹅卵石铺设而成。另外，当堆浸用矿石粒度较大，浸矿液流速过快，浸出液饱和度小，流量分配不均匀的情况下，可以在矿堆上部铺一层细砂或尾矿渣。这层细砂或尾矿渣可以使浸矿液分布均匀。易结冰的地区在进行地表堆浸时，为了减少停产时间，可以在矿堆内部埋设带孔管，向管中输送溶浸液进行浸矿。当矿石具有一定结块性时，为了减少人工翻堆，在堆底布设压气枕。在需要翻堆是注入压缩空气松动矿石。当矿石易泥化时，可以采用制粒堆浸技术。若堆场面积大而且形状不规则时，设置堆底分液梗用于收集来自个别区段的浸出液，堆底分液梗一般是用粘土或者其他透水性小的土壤筑成。 5.2 筑堆方法和设备随着堆浸技术和规模的不断发展和扩大，筑堆的方法和设备也在不断发展更新中。由于筑堆的方法和设备直接影响矿堆的渗透性能和铀的浸出率，所以采用合适的筑堆方法和设备，最大限度的保证矿石的松散系数尤为重要。中、小型矿堆一般用拖拉机、铲运机、后卸式汽车装运矿石，由人工或推土机推平后，再用带松土钩的推土机犁松。大型矿堆一般用重型自卸式汽车、大铲运机、带式运输机等设备进行筑堆。筑堆方法可分为多堆筑堆法、多层筑堆法、斜坡道筑堆法、前进式筑堆法和移动桥式吊车筑堆法。 （1） 多堆筑堆法 这是一种利用皮带运输机堆成许多具有一定高度的矿堆，然后再用推土机推平的方法。如图5.1所示。图5.1 多堆筑堆法多堆筑堆法经过很长时间的发展，应用越来越广。首先这种方法是直接用车辆推矿，这种做法会严重压实矿堆，然后采用前端装载机搬运，配以履带式推土机铲平。这种方法能保证矿石粒度均匀分布，但仍然会对矿堆有一定的压实作用。扒矿机类如电耙筑堆，虽可减少压实性，但是只适用于较小型的矿堆，而且效率不高。而皮带运输机吨矿筑堆费用较低，减轻了对矿石的压实程度，只要按一定的程序堆矿，就可以部分减少矿石的粗细离析现象。对于多段皮带运输机来说，最前面的一条皮带机直接安装在破碎机的出口下，将矿石逐步运送至末端皮带运输机或皮带弧形筑堆机进行多种形式的筑堆。这样可以节约大量劳动力，减少矿石多段转运，实现连续筑堆。多堆筑堆法最大的缺点是矿堆粒级分布不均匀，易产生偏析现象。矿堆表面也容易被筑堆机械压实。溶浸液可能流过粗粒区，而很少流过渗透性较差的细粒区，从而溶浸液不能均匀的渗透整个矿堆，影响浸出效果。（2）多层筑堆法 用自卸式汽车或铲运机运输矿石，并按底垫宽度稍小的宽度卸下，堆完一横排矿石后用推土机耙平，然后运来第二横排的矿石，卸下后用推土机耙平，如此从前往后依次进行，知道垫板上铺满矿石，这就形成了矿堆的第一层。然后再铺设矿堆的第二层，直到矿堆高度达到设计高度。在筑堆时，最底层到最上层需要形成2%10%的斜面，使溶浸液顺利流出。筑堆过程如图5.2所示。图5.2 多层筑堆法利用这种方法筑成的矿堆是分层的，每层1.5m作用。筑堆过程中，颗粒较粗的矿石在每层的下部，较细的矿石在矿堆的上部，这种分布使溶浸液在矿堆内部能够合理流动，减少了垂直沟流的可能性。而且这种筑堆方法新堆的矿石不会被往返运矿的车辆压实，提高了矿堆的渗透性，有利于空气在矿堆内部的流通，提高了堆浸效果。（3）斜坡筑堆法 斜坡筑堆法又称前进式筑堆法，这种筑堆法的筑堆步骤是： 利用废石在有地形高差的地方修一条斜坡道，或现修一条斜坡道，由运送矿石的卡车将矿石就近卸在堆场上； 将矿石一层一层堆积起来； 矿石堆到达设计高度后，运矿机械直接在矿堆上往前卸矿，依次推进如图5.3，也可使用履带式推土机将矿石往前推进。使用的输送设备，多数是后卸汽车、小的双轮手推车，筑堆设备可以是输送设备，多数采用履带式推土机； 矿堆筑好后，把废石筑成的斜坡道铲平，并用松土机送动土壤。图5.3 斜坡筑堆法这种筑堆方法的最大缺点是占地面积大。另外，机械设备在已筑好的矿堆上往返行走，对矿堆造成压实，故它只适用于渗透性好块度大的矿石，对于含泥量高的造粒堆浸来说不宜使用。这种方法筑堆时的劳动强度大，工业卫生条件较差。 这种筑堆方法的优点是： 矿堆高度不受筑堆设备的限制，可高可低，灵活性大； 设备投资小； 堆浸场的有效面积利用率大。 （4）前进式筑堆法 前进式筑堆法和斜坡筑堆法有很多相似的地方，只不过前进式是筑堆法是筑堆机械直接进行筑堆而不需要修建斜坡，前进式筑堆法由于筑堆机械在矿堆上反复过往，会压实矿堆，在筑堆完成后必须将矿堆上部进行松动以后再开始浸矿。 （5）移动桥式吊车筑堆法该方法要求较高的技术水平，在美国有利用这种方法筑堆的堆浸场。这种筑堆方法是吊车基座沿狂快一边的堆外专用线移动，桥臂伸向矿堆上方，桥内的移动式装矿口沿着矿堆横向移动。这种筑堆方法筑成的矿堆压实程度低，离析现象较少。筑成以后矿堆堆面较平，稍加推平就可以进行喷淋浸出。不管使用何种筑堆方法，其基本原则都是尽量减少筑堆设备对矿堆的压实程度，同时考虑堆浸场的规模和经济因素。综合考虑以上因素，根据现场试验结果和柱浸试验结果，本设计采用前进式筑堆法。矿石堆与堆之间设围堰，围堰用粘土筑成，高与矿堆齐平为3m，围堰覆盖隔水的PVE薄膜。 5.3 矿石筑堆的生产管理 矿石的筑堆需要统筹兼顾和合理的安排，对筑堆过程的要求具体如下： （1）准确计量入堆矿石的重量、品位、金属量作为生产工艺的依据； （2）筑堆时，矿堆尽可能一次建成，不应分多层筑堆。如果矿堆设计高度较高，需要分层筑堆，应将下一层矿石松动以后，然后再堆上层的矿石； （3）当矿石含泥量较多时，皮带运输机、弧形筑堆机等设备比汽车更适合运送矿石。矿堆筑完以后，将矿堆整平； （4）为确保矿堆的稳定性，矿堆边坡倾角应该比矿石自然安息角小510。6 浸出工艺设计 筑堆结束后，堆浸工艺流程即进入矿石浸出的阶段。矿石的浸出是整个堆浸工艺的核心流程，合理的布液方式，良好的管路安装质量和最佳的淋浸方法是保证堆浸成功的关键。 6.1 浸出工艺简介 用溶浸液将矿石中有用组分选择性地溶解到溶液中的过程，称为浸出。浸出是一个物理化学过程，即由物理扩散和化学反应两个过程所组成。对堆浸而言，浸出速度由物理扩散速度控制的较多。铀的浸出方法按溶浸液的性质分为酸法浸出和碱法浸出两种。前者适用于硅酸盐类矿石，常用的溶浸液为硫酸；后者适用于碳酸盐类矿石，常用的溶浸液为碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液。按浸出工艺和方法分为原地浸出，就地破碎浸出，堆浸和联合浸出等。在工业生产中需要根据实验室试验、半工业试验以及工业试验等一系列试验来确定采用哪种方法。选择浸出方法时主要是考虑以下几点： （1）矿石性质，如渗透性、块度、含泥量、硅酸盐含量、硫化物含量、有用组分在矿石中的分布特点，矿石浸出性能等。 （2）浸矿剂价格要低，易于生产和获得。 （3）浸出液适合于后续工序处理。 （4）尾液可以循环使用和再生。 （5）浸出率和生产率高。 （6）对环境污染小，浸出结束后易恢复生态平衡。酸法浸出铀矿石，硫酸、硝酸、盐酸都可以作为溶浸剂，但实验和工业中大部分使用硫酸浸出铀矿石，这是因为硫酸不仅有较强的浸出能力，与铀反应形成稳定的硫酸铀酰离子，而且具有价格低、运输方便、浸出液适合后续工序处理等优点，所以得到广泛的应用。用硫酸浸出铀矿石时，须将U（）氧化为U（），方可确保铀的浸出。在浸出过程中，铀是以铀酰离子UO22+的形式转入溶液中，形成硫酸铀酰（UO2SO4）和硫酸铀酰阴离子络合物(UO2(SO4)22-、UO2(SO4)34-)。其化学反应为： UO3+H2SO4UO2SO4+H2O (6.1) U3O8+1/2O2+3H2SO43UO2SO4+H2O (6.2) UO2SO4+SO42-UO2(SO4)22- (6.3) UO2(SO4)22-+SO42-UO2(SO4)34- (6.4)从上述反应式可知，浸出液中存在中性硫酸铀酰，二价和四价的铀酰离子络合物，这三种化合物生成的比值与溶液的pH值和硫酸根浓度有关，在通常的浓度下主要是铀的络阴离子，这种离子适合后续离子交换的处理。碱法浸出常用的浸矿剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵，它们对设备、材料的腐蚀性都不强，但浸出能力稍差，生产中，使用得较多的是碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液，它能选择性地溶解矿石中的铀氧化物，碱法浸出是利用铀酰离子与碳酸根的强络合作用，浸出时对铀有较好的选择性，杂质转入浸出液中含量很少。美国在地浸中全部成功应用碱法浸出，实践证明，这种方法具有井孔设施价格较低，循环液中含盐量少，有利于后续工序处理和地浸后较易恢复生态平衡等优点。 6.2 溶浸剂和氧化剂的选择 本次选用的是酸法堆浸.酸法堆浸可以使用的溶浸剂有很多，比如硫酸、盐酸、硝酸等，选择溶浸剂的原则如下：（1）所选择的溶浸剂有较好选择性，溶浸剂与矿石中有用金属的化学反应速率快，而与矿石中的其他金属尤其是有害金属不起化学反应。或者与其他金属的反应较慢，且不产生有害杂质。 （2）生产价格低，来源广泛，单位矿石的消耗量低。 （3）