堆浸作业中的液固比及其指导意义

1 液固比的概念
液固比是湿法冶金的基本术语。人们自从把堆浸作业与湿法冶金紧密联系起来的那时起，就有意识或无意识地应用到液固比的概念。
堆浸作业中的液固比泛指施加于单位重量矿石的溶浸液重量，特指使单位重量的矿石达到满意的浸出金属量时累计浸出液重量。在未加说明的情况下多属“特指”。在忽略蒸发、损失量和矿堆持水量时，“泛指”与“特指”值应相等。
在“泛指”概念的前提下，又有分级液固比和即时液固比的说法。分级液固比是指在一个独立的渗滤循环中施加于单位重量矿石堆的溶浸液量。而即时液固比为未达到“特指”液固比时的前数个堆浸渗滤循环中施加于单位重量矿石堆的溶浸液量和。在堆浸的首轮渗滤循环中的分级液固比同即时液固比数值相等。
在液固比的对照指标和扩大指标应用中，通常要与原矿石性质，浸渣品位或浸出率。相联系。由于堆浸具有显著的经济效益，所以有些堆浸作业就忽视了液固比的意义(因为照样有利可图)，但在作业过程中都自觉或不自觉地应用了液固比。人们认识世界的目的在于能动地改造世界，要把不自觉地应用液固比变为主动地运用液固比指导堆浸作业，必须清楚液固比的指导意义。
2 液固比的指导意义
液固比对堆浸试验、设计和生产具有重要指导意义。
2. 1估计总需水(溶浸液)量
堆浸作业工艺符合湿法冶金原理，配制的溶浸液以水为载体，水是堆浸作业的基本条件，没水无法进行堆浸作业。整个堆浸作业周期的需水量可通过液固比来计算。如矿石堆浸量为P，试验的液固比为L₅，那么，需向矿堆施加的总水量为:Q₅=L₅.P
2. 2估计堆浸作业周期
估计堆浸作业周期的方法很多，其中液固比法简单可行。如根据液固比计算某矿堆总需水量为Q₅，每一级浸矿循环向矿堆施加溶液量为q，则总的喷淋循环次数为Q₅/q次，若每次渗滤过程在1天内完成，则堆浸周期估计为:Ce=1 XQ₅/q
如果每天完成2个滤渗过程，那么堆浸周期为C_e=1/2Q₅/q
2. 3计算溶浸液中溶质(化学试剂)平均浓度
在进行堆浸生产作业前，通过柱浸试验或实验室其它试验可得到矿石对化学试剂的消耗。当某铀矿堆浸1吨矿石酸耗为A_c时，而堆浸处理P吨矿石需酸耗N_AC=A_C.P;按照液固比计算的溶浸液量为Q₅，则溶浸液平均酸浓度近似为:A_cp=A_c.P/Q₅;
2. 4估计浸出液的金属平均含量
堆浸作业浸出液处理多采用树脂吸附(铀矿石堆浸)或活性炭吸附(金矿石堆浸)，这是由于堆浸的浸出液金属含量通常比常规浸出的金属浓度低，采用离子交换吸附法在经济上合理。但如果矿石的浸出性能极好，则浸出液含金属浓度不一定很低，为了避免吸附能力之不足，必须对浸出液的金属平均浓度有正确估计。通过液固比间接估计浸出液金属平均浓度是合适的。
譬如，平均品位为10 g/t、堆浸规模为10000 t的金矿石，矿堆含金属量为l00 kg,当估计浸出率为90%时的液固比为2. 8，浸出液量应有28000 m³，浸出的总金属量应为90 kg，显然浸出液平均金浓度为90 kg/28000 m³约3 mg/L。这个含量可用活性炭很好地吸附。
2.5设计浸出液后处理设施容量
在堆浸设计中，设计的浸出液后处理设施必须满足单位时间内的浸出液通过量。当按前述液固比计算的浸出周期假定为150d，总浸出液量(相当于总需水量，假定不计损耗)为28000 t，其后处理设施(如吸附塔)必须满足日处理能力为28000 m³/150d=187 m³/d的要求，若吸附塔每天工作时间为8h，则其平均处理能力必须达到0. 39 m³/min的要求。
通过上述叙述可见，液固比是堆浸作业的基本参数，对设计和生产具有重要指导意义。这里需要特别说明的是，液固比导出的参数多为平均值，不能用平均值导出高效堆浸的参数和结论(如不能人为地加大液固比而缩短堆浸周期，这样做的结果只能是事倍功半)，因为矿石性质、堆浸工艺操作条件和液固比具有因果关系，不可逆推。
3 影响液固比的因素
任何一种矿石堆浸的液固比都是在一定条件下获得的，所以影响液固比的因素首先是矿石的可浸性。对于强氧化性矿石，后生淋滤性矿石，由于矿石渗透性差而通过造粒球团后改善了渗透性的矿石，在溶浸液选择得当的情况下，较小的液固比通常可得到满意的浸出率。
有关资料记载，80年代初，核工业第六研究所在贵州柴木函进行的含金粘土矿造粒堆浸，在分级液固比为0. 2的情况下，在5～20 天周期，浸出率达到74%～93%。 1993年，浙江衢州流纹岩性质铀矿石千吨级堆浸中，在液固比为1. 55的情况下，最高浸出率达到
81. 14%新疆某干旱地区黄金堆浸试验表明，在液固比为0. 91的情况下，实际浸出率为70. 2 0 %。这种用较小的液固比就可以获得满意的浸出率的矿石一般为易处理矿石。所以可以得出这样的结论，矿石可浸性是影响液固比的首要条件，易浸矿石的堆浸液固比亦小。
影响液固比的另一因素是浸矿条件，如所选用的浸矿化学试剂、溶浸液的配方，喷淋布液和集液技术水平，当地气候条件等都是影响液固比的因素。如果选用的浸矿化学试剂比较适合于矿石中金属的浸出，喷淋布液均匀、且矿堆的孔隙率均匀，并且浸出液能充分回收，那么所用的液固比就会小些。液固比的大小还反映浸矿技术水平的高低。可以断定，影响液固比大小的因素无非是矿石的内部属性和外部浸矿条件。溶浸液的蒸发和损失也会导致以浸出液量计算的液固比变大，因此在选择喷淋布液方式时，要充分考虑防止溶液的不必要的损失。
4 液固比的获得方法
堆浸设计中所用的液固比参数可由不同方法获得，实验法是最基本方法，计算法具有理论价值，指标对比法在设计中常被采用，经验法选取具有实用价值。
4. 1实验法
实验法是以对矿石的柱浸或其它浸矿方法为依据，在一定的喷淋操作条件下，把每一级浸矿循环中所施加的溶浸液或收集的浸出液累计值除以受浸矿量而获得的重量比。随着浸矿级数的增加，即使各级液固比固定，即时液固比仍是逐级变大的，直到浸出金属量增加甚微或不再增加为止时的液固比为恰当的液固比，这个恰当的液固比即为前述的“特指”液固比。由于所得到的液固比以实验为依据，可信度高。
4. 2计算法
计算法是以矿石中能与溶浸液中化学试剂进行化学反应的矿物质消耗量来计算化学试剂用量，再以溶浸液化学试剂浓度计算溶浸液量得到液固比。若矿石堆中多种矿物质浸出所需化学试剂的总和为N_AC，所采用的溶浸液化学试剂平均浓度为A_cp，则总溶浸液需要量为N_AC/A_cp，由于受浸矿量为P，此时液固比为N_AC/(P.A_cP)。但由于计算值是以各种矿物质化学反应为基础的，而难以把矿物质对化学试剂反应的相互作用考虑进去，况且矿石中的矿物质不是孤立存在，故此时计算的液固比在矿石成分极其简单时具有实际意义。
要用计算法获得某矿石所需要的液固比，必须知道:
(1)矿石的矿物组成;
(2)各种矿物质在矿石中的含量;
(3)各矿物质与化学试剂反应方程。
然而，在一般堆浸中，要真正把矿石中的矿物全部弄清楚并非易事，只有对那些超大型矿堆，人们才舍得花钱和时间弄清这些问题。因此，计算法在普通堆浸中还只是理论上的价值。
4. 3指标对比法
指标对比法是按照物理化学性质相近的矿石的已有堆浸实践产生的液固比指标作为拟堆浸矿石的液固比。这是小型堆浸设计常采用的一种方法，一般可以满足小矿堆设计应用。
4. 4经验法
凭经验选取液固比，与指标对比法很类似。只不过经验选取法不局限于化学性质相近的矿石，而是凭借设计者丰富的堆浸实践经验为依据来选取液固比，没有堆浸实践经验者，无法采用此法。
5 经验液固比
从许多管理严格的堆浸作业中，可以得到这样一条结论:达到满意的浸矿效果的恰当液固比大约等于矿石的比重。如果实际溶浸液量大于此液固比值时的液量，则偏于浪费;低于此值，则说明矿石浸出性能好;如果大大超过此值，则不是由于矿石堆浸就是操作工艺水平尚待改善。
6 结论
堆浸作业中的液固比反映施加于堆浸矿石堆的总需水量，对堆浸试验、设计、生产具有重要指导意义。
影响液固比的因素很多，主要是矿石内部性质和外部浸矿环境。恰当的液固比大约等于矿石的比重，人为地加大液固比虽然对缩短堆浸周期有意义，但过度加大液固比会造成溶液浪费。
时至目前为止，获得液固比的主要方法还是实验法，理论计算法并不常用，其它方法是以经验为基础的。
特别需要澄清的概念是，根据液固比计算的总需水量是指吸附尾液不重复利用时的值，并不代表一次投入的水量，因为堆浸作业吸附尾液重复利用率很高，可达80%以上，故实际投入的水量，即循环液量是很少的。