一.概述
原地浸出是指在矿床的地质原地或附近钻孔而不运输矿石的浸出。如果一个埋藏的矿体被直接浸出，也可以称为溶浸开采。根据对矿体结构的影响，可分为三种情况:保持结构不变；改变结构(水力破碎、爆破)；矿山的低品位残留部分(矿坑的围岩、挡墙和塌陷区，有人认为还应包括矸石堆浸)。最后一种被称为原地浸出。只有当矿石是砂岩等渗透性极好的结构时，才可以不改变结构直接浸出。通常要求矿体的孔隙度达到20%-30%，渗透系数达到0.5-5m/d
原地浸出的优点是，对于地质结构复杂的深部矿体，可以省去开采、采矿、运输等工序，建设周期大大缩短，可以节省大量资金。水溶开采不破坏地表，也不需要运输大量矿石，对环境和生态影响较小。
原地浸出的缺点是有价金属的回收率很大程度上取决于矿体的地质结构，浸出液的某些部分不能深入人，某些矿物被脉石包裹，所以浸出率低于一般开采的矿石。此外，由于浸出剂的限制，铜以外的有价金属，尤其是贵金属的回收率较低。水溶采矿对地下水构成威胁。可以采取两个步骤来减少这种威胁。一是选择淋洗剂，减少化学反应产物对地下水的污染。其次，浸出液在目标区域流动，防止泄漏或与外部水体混合。
通常使用硫酸作为浸提剂，但是近年来，已经建议使用氨和铵盐作为浸提剂。氨浸出硫化矿比酸浸出快，特别是当脉石呈碱性时，氨可能比酸有更好的经济效益。氨浸出黄铜矿的研究表明，氨浓度、氧分压和温度是影响浸出率的三个关键因素。
当其他有价金属与铜共存时，在选择浸出剂时也应考虑这些金属的回收。作为硫酸浸出剂，铀可以在浸出铜的同时回收。Kennicott的Bingham Canyon矿和Anamax Twin Buttes矿都在生产铜和回收铀。对于含金银的铜矿石，也考虑氰化浸出，先用铜粉置换贵金属，然后电积铜。
露头或浅埋矿体的原地浸出已有多年的工业实践经验。美国亚利桑那州等地的老牌Rliable公司。使用从地面钻孔放置炸药来破碎矿体，矿石被破碎至直径20至30厘米。浸出液从上部滴下，然后从回收井或碎矿底部提取。由于爆破进行不均匀，没有达到设计指标，浸出回收率只有20%。即便如此，还是有利可图。西方矿业公司曾经钻了一口高达305米的井进行水力压裂实验，结果只压裂了305 ~ 366米。
为了降低现场试验和放大的成本，必须在实验室模拟地下浸出。为了弄清大块矿石的浸出机理，最近利用X射线计算机断层成像技术(CT)观察了整个岩心在浸出过程中各部分的变化。可以清楚地看到，铜的溶解是在原裂纹附近开始的，然后形成一个通道。有的地方短路，有的铜矿物接触不到浸出液。他们在浸提液中添加了一种高分子化合物，以闭合短路，提高浸提效率。
二。原地浸出的主要类型
因为浸出是在地下进行的，所以会受到地下水位的严重影响。根据矿体与水位的相对高度，可分为几种情况，如下图示意性描述。图1中的箭头表示液体的流向。
图1各种情况下的地下淋滤示意图
接近地面的矿体在地下水位以上，如已开采矿石的残留部分。这种矿石的原地浸出类似于废石的堆浸。第二种情况，虽然矿体在地下水位以下，但相对较浅。爆破后，在最低处抽水，控制水位。可以使用溶液循环、渗透或淹没，在决定采用哪种沥滤工艺之前，需要矿区详细的水文地质数据。当硫化矿含量较高时，应加入氧化剂。
第三种情况是很深的矿体(几百米)。先弄清水流方向，减少对地下水的污染，再用爆破或水力破碎。在这种情况下，强大的自然水压可以增加氧气的溶解度，因此可以直接用氧气作为氧化剂进行浸出。
三。岩浆公司的原地浸出经验
美国Magma公司几十年来在生产中使用了不同形式的原地浸出，积累了很多经验，在以下几个方面叙述。
一、地质构造
在地质勘探中，除了要确定矿体的大小、形状、品位外，还要搞清楚矿体中的纹理走向，搞清楚矿体的淋滤液在哪里渗透不到人，在哪里可以产生溶液导管。所有这些因素都会影响溶液的渗透。应特别注意那些能使溶液流动偏离目标矿体的构造。他们认为，如果矿体附近有裂缝，就不能采用原地浸出。
B.水文地质学
地下水文地质是原地浸出最难掌握的东西。不仅矿区的地质结构本来就很复杂，而且在沥滤过程中也会不断变化。没有充分的现场测量和试验，很难获得所需的数据。通常采用多井注水试验和堵塞试验来确定各方向性质的差异。矿体的物质性质，如孔隙体积、渗透性和均匀性，控制着流体的流向、速度和储存的液体量。
所需的主要水文数据是水头、流量和流态。流线是液体沿矿石缝隙流动的路线。掌握流线的分布有助于了解浸出液的流动路线。这些因素与浸出液的消耗量、通过矿体的流速和集液井的回收效率有关。显然，在设置注人井和收集淋溶液时，应尽量将淋溶液引向目标矿物富集区。根据现场实测数据建立的由材料性质和地质数据组成的数学模型，可用于指导井场设计和今后的工业生产。正确的数学模型应能反映整个矿体中的流场。
岩土渗透性的定量指标用渗透系数表示，也称为水力传导度，可由达西定律得到:
q=KI
式中q-单位渗流流量，又称渗流速度，m/d；
k-渗透系数，m/d；
I-水力梯度，无量纲。
可以看出，当I = 1时，Q = K，说明渗透系数等于水力梯度为1时通过单位面积的渗流流量。岩土的渗透系数越大，渗透性越强，反之亦然。这个规律可以推广到非均质和各向异性介质中的渗流和三维流动问题。
C.井和井场的设计
井和井场设计所需的参数包括渗滤液的抽吸和收集速度、流场、孔隙体积和生产效率。优化上述参数是井场设计的任务。由井深、井径、分布、结构材料和设备组成的井位设计应符合矿体的各向异性，使浸出液尽可能覆盖整个矿体。沿渗透方向布置井可能会造成溶液短路，所以应沿垂直方向布置。出水井中的液面应高于矿体，以保证溶液与矿体的接触。溶液的注射压力应小于液压破碎压力，以避免溶液的损失。这些条件不仅可以预先估计，也可以在原地浸析开始后直接确定。
为了在井场设计中实现最有效的金属回收，需要考虑四个因素:
(一)经营期限；
(2)目标矿物的回收率；
(3)产出液中铜的浓度；
(4)铜出现在溶液中的时间，通常称为突破时间。
从渗透到最大浓度的时间越短越好。良好的井位设计可以使浸出液最大限度地渗入目标矿物和每口井周围的空。经验表明，矿化岩体至少要有30m厚才能有效地进行原地浸出，否则容易造成溶损。
四。圣曼努埃尔矿
Magma的San Manuel矿于1955年开始地下开采硫化物矿石，然后从地下撤出，并拆除其支架。20世纪60年代，地表开始下沉。上部为氧化矿，1985年开始露天开采，采用萃取-电积工艺生产铜。但氧化矿分布不规则，大量矿石无法开采。
1988年开始原地浸出。溶液从阵列分布的一组井注入，浸出液从井下725m的原工作面收集，送去提取。然而，由于原始开采和地质构造等因素，很难控制浸出液的流量。因此，1989年不得不重新设计一种井间原地沥滤方法。
油田中的井以7口井为一组分布，集液井位于中间，6口注液井呈扁平六边形分布在周围。每组以相同的角度连接，如图2所示。注水井间距为12米，井场测试钻了三组井，注水井直径为3.8厘米，集水井直径为15.25厘米，所有井都衬有PVC管。由于试验区矿体中部有断裂，为避免断裂，注水井只在PVC管上下部分钻孔，而井深100 m至150m的集水井只在管壁下部钻孔。井内安装一台下开口的潜水泵，用于泵送液体，流量由电磁流量计监测。井内液面由收集井中的数据采集系统每小时测量一次，并根据相邻注水井的注入速度进行调整。开始控制在36m，后来逐渐下降到60m深度，会导致集水井产量下降。注入速度为1147L/min，集液井流量为1000L/min，约13.5%的溶液损失。一部分在重力作用下渗入深层，一部分可能流入周边水井。同时，也不排除集水井收集的液体有一部分来自地下水。
图2 San Manuel矿地浸井场布置图
还测定了不同时期的导水率(m2/d)、导水率(m/d)、渗透率(m/d)和蓄水系数。三组井的这些参数差异较大，淋滤后水力传导度、水力传导度、渗透率都有所增加，明显是矿物溶解的结果。而集水井附近渗透率降低，可能是溶液中某些成分(如石膏和黄钾铁矾)沉淀所致。
参见下图3，了解注入酸的浓度和浸出试验中产生的铜的浓度之间的关系。三组井注入流体的平均成分为(g/L): Cu-0.20(终值0.15)，Fe-15.03，酸-24.2。该井产出液(克/升):铜-1.39(最终1.27)，铁-15.08，酸-24.2，镁和铝。
图3 San Manuel矿原地浸出的变化
在浸出开始后的20天内，加入的酸浓度增加到31.56g/L，平均酸浓度从第392天开始下降到20.3g/L。酸消耗与注射溶液中的酸浓度成比例。铜浓度变化曲线表明，开始时迅速下降，然后进入稳定阶段，不随注入酸浓度的增加而增加。当注入酸的浓度降低时，没有明显的降低(415天的降低是井泵造成的，不是淋溶)。而酸耗与浸出铜之比大部分时间都在7以上，只有经过392天的酸耗降低，才下降到3左右。实验表明，含酸20g/L的萃余液作为浸出液就足够了，过高的酸浓度增加了脉石的反应，促进了镁和铝的溶解。之前的柱浸实验也显示了这种趋势。51天的试验回收了1000吨铜，消耗了5900吨酸。
试验结束后，对代表性区域的岩样进行浸出前后的对比分析，并通过几何和中值系统模型计算品位和回收率的变化。几何计算结果表明，酸溶铜回收率为63.9%，中值系统法为58.4%，两者相当接近，但后者计算结果相对误差较大。有趣的是，浸出前后酸溶性铜占总铜的比例仅下降了7%，说明“酸不溶性铜”被部分浸出。由于硫酸钙的溶解性，浸出液中钙的浓度始终在0.5g/L左右，矿体中的平均含量无明显变化，始终在1.2%左右。而从岩样中观察到钙矿物磷灰石和蒙脱石的变化，在集水井底部的部分或全部岩样中充填了硫酸钙。此外，观察到硅酸铜矿物被其覆盖，这可能影响浸出。
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