(1)矿块中的裂隙类别
裂隙是指位于两个近似平行的平面之间、破坏固体完整性的空隙。矿块中的裂隙可以分为三类:
①与矿块表面无关的裂隙,长度不超过矿块大小,属于微裂隙;
②与矿块表面有关的裂隙,裂隙延伸到矿块表面,属于大的穿透裂隙,属于潜在的破裂位置,矿块中生成的矿物能够阻碍其破裂;
③改变矿块表面的裂隙,即形成矿块表面的裂隙只有一壁,这种裂隙的延伸属于无限大。
个别的裂隙只能组成矿块表面有限的一部分,部分裂隙从表面转入矿块内部。位于矿块表面裂隙壁上的矿物最容易浸出。浸出剂容易渗入延伸到矿块表面的裂隙中。与表面相连的裂隙能够使浸出剂沿矿块表面及内部迅速渗透,提高浸出速率。
(2) 浸出剂渗透到矿块的过程 浸出剂浸润矿块的过程是从溶液进入其表面开始,溶液在堆场中与矿块的接触方式可分为以下几类:
①整个矿块浸于溶液中,此时矿块表面溶液的分布最均匀;
②矿块下部受到浸出溶液浸润,矿块上部通过液流或液滴浸润;
③浸出溶液从先被浸润的相邻矿块进入风干的或微湿润的矿块;
④在被浸出剂饱和的蒸气介质中,因冷凝作用浸出剂蒸气在矿块表面形成液体对矿石进行浸出。
大部分矿块堆浸操作,浸润与散流进行得较充分,浸润不仅表现在散流,也表现在靠近空隙表面部分的浸透和毛细管裂隙中球状弯月面的形成。浸润程度用边缘角 θ 衡量,该角是液体与矿块接触部位,液面与矿块表面间的夹角,当 θ =0°时,浸润较充分,矿块全部浸于液面之下。
在矿块表面浸润的同时,浸出溶液沿裂隙和矿物孔隙渗入矿块内部,由于毛细管作用,浸出溶液进入裂隙空间及距离很近的矿块表面间的自由空间。堆浸工艺是保证浸出剂能够进入欲浸矿物的矿堆,浸出剂能够正常渗透进入矿块内部,进入矿块内的浸出剂有适宜的浓度。如果浸出剂不能进入矿块或进入矿块的浸出剂不足,将导致浸出率降低、浸出速率缓慢及浸出效果变差等问题。
堆场中溶液分布与固相、气相之间的相互作用及规律与赋存在土壤中的水相似。一般分为以下几类溶液:
①主要受水-矿物界面中力的影响的结合液;
②受水-气相界面中力的影响的毛细管液;
③只受万有引力影响的重力液;
④结晶液。
以上各类浸出溶液受力的影响而存在和运动,力的性质和大小各不相同。
矿堆中,矿石本身体积占堆体积60%~80%,矿石中毛细管裂隙占2%~4%,无矿空间占20%~38%。堆浸时主要的气相组成是空气、浸出剂与矿石反应产生的气体。在筑堆过程中,矿块之间的空隙大部分充满着空气,喷淋浸出过程,浸出剂的流动属于薄膜性,部分气体可能被挤在矿石的小孔隙中,将会减少浸出剂与矿块表面的接触。反之,浸出过程需要空气(氧气),可增加细菌的活性。浸出过程中化学反应生成的气体以二氧化碳为主,气体进入矿块之间的大孔隙和大气中。靠近矿堆表面的矿块会风干,部分孔隙因液体的蒸发而变空,喷淋时会引起液体的毛细管吸入。
浸出剂在矿块中的运动主要受以下因素影响:
①重力影响,一般自上而下渗透,能够减少能耗;
②取决于形变的外部压力;
③水-空气界面上的毛细管力;
④水矿物界面上的吸附力;
⑤溶液浓度差的渗透力;
⑥温度梯度;
⑦引起水电渗运动的电流;
⑧蒸发;
⑨气体与蒸气的压力。
堆内溶液运动的水文特征是在非饱和多孔介质中的流体流动。流动方式是一种非饱和流,即液体与空气两相混合的同步流。非饱和流是在重力作用下的缓流。溶液的流动速度由静水压头和矿堆的渗透性控制。
在浸出初期,矿块吸收溶液的能力很强,由于重力、矿块表面吸附力和细小孔隙中的毛细管力都促进溶液的渗透。开始阶段形成结合液、毛细管液。此后矿块吸水能力明显下降,随喷淋操作的进行,在重力及静压力的作用下,堆内自上而下逐步形成不规则流。
在浸出过程中,伴随有逸出气体和某些盐类的沉淀,溶液在堆内流动更加复杂化。溶液质点在矿堆内的运动途径比矿堆实际垂直高度大,溶液在矿堆内的流速受到所经过的矿堆水文条件制约。