一种基于变速循环喷淋的堆浸体系渗流调控系统与方法

本发明涉及金属矿溶浸开发，尤其涉及一种基于变速循环喷淋的堆浸体系渗流调控系统与方法。

背景技术：

1、矿石堆浸技术，可实现低品位硫化铜矿、砂岩铀矿等战略金属矿产的高效回收。其中，溶浸液，作为固、液、气、菌、热多相介质赋存的重要媒介，为矿物浸出反应与金属离子溶质传递提供了重要基础，被视为是堆浸体系的“血液”，直接影响堆浸体系浸出效率。

2、如前所述，矿石堆浸是一个以非饱和多孔介质为基础结构的复杂反应体系，溶浸液在其孔隙结构内发生溶液大孔道快速渗流、缓慢毛细扩散，矿堆内同时存在溶液流动区与溶液停滞区，矿堆体系的含水率是表征堆内溶浸液含量和饱和程度的重要指标，也是直接影响矿物浸出效率的重要因素。

3、然而，综合国内外相关研究，主要存在以下三点技术瓶颈与难题：1)多采用单一喷淋强度或某几个喷淋强度，导致矿堆内部极易导通形成溶浸液优势流动，大量溶浸液未经浸出反应便脱离整个矿堆，溶浸液利用率低，严重者形成“死堆”，有价矿物无法被有效浸出提取；2)喷淋过程缺乏调控干预，一旦设定喷淋强度，通常不会或很少改变，这导致矿物浸出与溶浸液反应多集中于浸矿初期，后期的毛细扩散渗透少，矿堆内仍存在大量的溶浸液非饱和区，严重制约矿物持续快速被浸出；3)多采用间歇喷淋进行调控，即：通过控制开启喷淋、结束喷淋对溶液渗流与矿物浸出过程进行干预，现有研究证实这种调控方式通常不会改变溶液优势流动，稳态含水率、残余稳态含水率均不会发生明显波动，这表明该类喷淋模式调控方式难以从根本上改变矿堆含水状态，提高或降低堆内含水率，进而改变浸矿速率和效率。对此，亟待创新一种基于变速循环喷淋的堆浸体系渗流调控系统与方法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于变速循环喷淋的堆浸体系渗流调控系统与方法，最终能够改善堆浸体系含水率与矿物浸出效率。

2、为解决上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

3、一种基于变速循环喷淋的堆浸体系渗流调控系统，包括贫液池、变速系统、溶浸液流量计、蠕动泵、泵送控制器、喷淋系统、数据集控平台、离子浓度传感器、富液池、堆底集液沟、矿堆和含水率传感器，

4、所述矿堆上部布设喷淋系统，矿堆底部布设堆底集液沟；

5、所述含水率传感器嵌入矿堆，监测不同堆高处含水率；

6、所述离子浓度传感器浸没于堆底集液沟内溶浸液的液面之下，监测浸出液离子浓度；

7、所述喷淋系统连接蠕动泵，所述蠕动泵由泵送控制器控制；

8、所述蠕动泵与贫液池连接的管道上设置变速系统和溶浸液流量计；

9、所述数据集控平台与溶浸液流量计、离子浓度传感器、含水率传感器通过电信号传输管线连接，接收电信号，实现变速系统、蠕动泵、泵送控制器的实时反馈与调节；数据集控平台通过变速系统、溶浸液流量计、蠕动泵和泵送控制器实现矿堆上部喷淋系统的喷淋强度(或流速)的精确实时控制；

10、所述堆底集液沟通过溶浸液输送管路连接富液池，所述富液池内金属离子浓度不低于60％的高浓度溶液送至水冶车间，金属离子浓度低于60％的低浓度溶液送至贫液池。

11、所述变速系统连接溶浸液流量计并控制其液体流量。

12、所述泵送控制器连接蠕动泵、喷淋系统并控制蠕动泵的启停与喷淋系统的喷淋强度。

13、所述矿堆含水率由含水率传感器与数据集控平台监测显示，含水率传感器测量精度为0.01％；

14、所述喷淋系统启动并连续喷淋时对应获取矿堆的稳态含水率，喷淋系统关停后对应获取矿堆的残余稳态含水率。

15、所述含水率传感器竖直内嵌于矿堆内部，距离每层矿堆表面2米，每层矿堆内嵌入不少于4个含水率传感器，每层的含水率传感器呈菱形布置，含水率可测范围为0～100％，实现矿堆完全干燥至保水状态的实时监测。

16、所述矿堆单层筑堆高度不超过5米。

17、所述变速系统以表面流速实现喷淋强度均一标定，矿堆内溶浸液表面流速范围为0.05m/s至1.00m/s，变速梯度为±0.05m/s，共设定20阶变速，结合含水率传感器监测的矿堆内部含水率变化，操作数据集控平台调节溶浸液流量计的流量，满足不同堆浸阶段的喷淋要求。

18、所述含水率传感器在15分钟连续监测矿堆各测点平均含水率波动小于±0.5％时，认为此时矿堆达到稳态持液或残余稳态持液状态。

19、所述电信号传输管线、溶浸液输送管路均采用耐磨耐腐蚀软管制成。

20、该系统的应用方法，包括步骤如下：

21、s1、筑堆铺线：

22、将堆浸场地平整，开挖贫液池、富液池、堆底集液沟，将破碎后块度小于0.2m的矿石进行筑堆，获取单层堆高小于5米的成型矿堆，在矿堆表面铺设喷淋系统；利用电信号传输管线，将变速系统、溶浸液流量计、蠕动泵、泵送控制器、离子浓度传感器、含水率传感器与数据集控平台连接，校验电信号传输管线连通且传输正常；

23、s2、启动试车：

24、利用数据集控平台设置初始喷淋强度(一般为0.05m/s)，依次启动变速系统、溶浸液流量计、泵送控制器和蠕动泵，使贫液池内溶浸液经溶浸液输送管路、喷淋系统进入矿堆内部；利用含水率传感器监测校对矿堆内部含水率，利用离子浓度传感器监测校对堆底集液沟内离子浓度，实现矿堆充分预润湿并消除系统监测误差；

25、s3、单循环稳态/残余稳态含水：

26、启动喷淋试车(表面流速0.05m/s)后，矿堆实现初始润湿，利用含水率传感器监测矿堆内平均含水率；达到稳态含水状态(连续15分钟含水率波动小于0.5％，通常为含水率上升小于0.5％)后，停止喷淋，逐步达到残余稳态含水状态(连续15分钟含水率波动小于0.5％，通常为含水率下降小于0.5％)；

27、s4、多循环流速递增：

28、利用数据集控平台调节变速系统、溶浸液流量计控制溶浸液流速，利用泵送控制器控制蠕动泵实现溶液泵送启停，当含水率传感器监测达到残余稳态含水状态，将变速阶层由0.05m/s提高至0.10m/s，(以后每次提高0.05m/s)重复步骤s3，每当达到该表面流速条件下残余稳态含水状态后，提高一个变速阶层，直至将溶浸液流速调节至目标流速，最大变速为20阶，峰值表面流速为1.00m/s；

29、s5、高效浸出与流速自主调控：

30、达到矿堆的目标喷淋强度(或称表面流速)后保持稳定，推进矿堆内有价金属矿物的快速浸出；通过监测堆底集液沟下方的离子浓度传感器判定矿物浸出效果，利用数据集控平台与变速系统、溶浸液流量计和泵送控制器自主变速实现溶液流速调节，实现矿堆含水率的自主调控，减少矿堆内部溶液优势流动产生，提高矿物浸出效率；

31、s6、多循环流速递减：

32、离子浓度传感器反馈实时数据给数据集控平台，当显示矿物浸出速率显著放缓时，调节变速系统、溶浸液流量计和泵送控制器减少喷淋系统布液强度以减少成本、强化毛细渗透；

33、具体的，当含水率传感器监测达到残余稳态含水状态，降低变速阶层(每次降低0.05m/s)，重复步骤s3，不断降低喷淋强度，强化矿堆非饱和区的毛细扩散浸润，直至离子浓度传感器显示堆底集液沟内离子浓度接近最低阈值；

34、s7、堆浸结束：

35、利用离子浓度传感器监测堆底集液沟溢流液离子浓度，当达到最低阈值时停止喷淋作业，以现有单层矿堆为基底，在上部重新开始筑堆和铺设管线，重复步骤s1～s6，直至达到矿堆允许的最终高度和目标浸出率。

36、上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：

37、上述方案，围绕堆浸如何高效开采喷淋和浸出作业这一核心，经由数据集控平台实现了对含水率传感器、离子浓度传感器的有效监测，以及对变速系统、溶浸液流量计、蠕动泵、泵送控制器的有效控制，由电信号传输管线、溶浸液输送管道分别对控制信号和溶浸液传输；在筑堆铺线和试车阶段结束后，依次进入单循环稳态/残余稳态含水阶段、多循环流速递增阶段、高效浸出与流速自主调控阶段、多循环流速递减阶段和堆浸结束阶段，有效实现了堆浸体系过程的变速循环喷淋作业，强化了渗流扩散与矿物浸出效率。该系统结构简易、方法实用简便、可行性高，能够实现堆浸体系溶液渗流过程全流程调控与强化浸出。