原地浸矿新工艺在离子型稀土矿的推广应用.pdf

第 2卷 第 1期 2 0 1 1年 2月 有 色金属科 学与 工程 N0 n f e r r o us Me t a l s S c i e nc e a n d En g i n e e r i n g Vo 1 ． 2， No ． 1 F e b． 2011 文章编号 1 6 7 4 9 6 6 9 2 0 1 1 0 1 - 0 0 6 3 0 5 原地浸矿新工艺在离子型稀土矿的推广应用 李 春 赣州有色冶金研究所 ， 江西 赣州 3 4 1 0 0 0 摘 要 针 对 南方 离子 型稀 土 大 多数使 用堆浸 及 少量池 浸 工 艺对 山体破 坏 严 重 ， 造成 水 土流 失这 一 问题 ， 在 福建 某稀 土矿推 广 了 国家“ 九五” 科 技 攻 关成果 原 地 浸矿 新 工 艺 ， 通过 推 广新 工 艺 ， 不仅 保护了山体原貌， 避免了水土流失 ， 还使稀土矿取得 了显著的经济效率和社会效益． 关键 词 原地浸 矿 ； 稀 土矿 ； 新 工艺推 广 中图分 类号 T D8 6 5 文 献标 识码 A Th e Ge n e r a l i z a t i o n a n d Ap p l i c a t i o n o f Ne w Te c h n o l o g y o n Li x i v i a t i n g M i ne r a l a t t he Or i gi na l Pl a c e f o r I o n i c Ra r e Ear t hs LI Chun G a n z h o u N o n f e r r o u s Me t a l l u r g i c a l R e s e a r c h] n s t i t u t e ， G a n z h o u 3 4 1 0 0 0 ， C h i n a Abs t r a c t I n 0 r d e r t o s o l v e t he p r o b l e m o f wa t e r l o s s a n d s o i l e r o s i o n f r o m s e v e r d a ma g e t o t h e h i l l b o d y c a u s e d b y h e a p l e a c h i n g a n d p o o l l e a c hi n g t e c h ni qu e s a d o p t e d p o p u l a r l y t o d e a l wi t h i o ni c t y p e r a r e e a r t h i n s o u t h e r n Chi na ， a r a r e - e a r t h mi n e i n F u j i a n p r o v i n c e p r o m o t e d i n ． ． s i t u l e a c h i n g m i n i n g t e c h n i q u e a r e s e a r c h a c h i e v e m e n t o f N i n t h F i v e ． y e a r n a t i o n a l k e y s c i e n t i fi c a n d t e c h n o l o g y p r o j e c t s ．T h e g e n e r a l i z a t i o n o f t h e n e w t e c h n i q u e n o t o n l y D r o t e c t e d t h e a p p e a r a n c e o f t h e h i 1 l b o d y a n d a v o i d e d t h e w a t e r l O S S a n d s o i l e r o s i o n ， b u t a l s o e n a b l e d t h e r a r e - e a rth mi ne t o o b t a i n t he n o t a b l e e c o n o mi c a n d s o c i a l be n e fit s ． Ke y wo r ds i n -s i t u l e a c h i n g mi n i n g ；r a r e -e a rth mi ne ； t h e g e n e r a l i z a t i o n o f n e w t e c h n i q u e 0 前 言 目前 ，南方离子型稀土大多使用堆浸工艺及少 量池浸工艺 ，由于使用这一工艺就是用机械化设备 对 山体进行剥 、 采 、 运 、 堆 、 弃 ， 产量大 ， 周期短 ， 对 山 体 开挖 破 坏 大 而且 快 ， 造 成 严 重 的水 土 流 失Ⅲ ， 针 对 这一 问题 ， 国家进 行 了 “ 九五 ” 科 技攻 关并 取 得 成功 ， 为了把科技成果转化为生产力 ，在福建某稀土矿进 行 了成 果 的推 广应 用 ， 通 过新 工 艺 的应用 ， 不仅 使矿 山取得 了较好 的经 济 效益 ， 而 且 还保 护 了环 境 ， 防止 了水土 流失 ， 实现 了“ 绿 色” 开采 的 目的． 根据矿山所提供的地质初查报告， 进行 了补充地 质勘探 ， 选定 了一矿块进行 原地浸 矿试验 推广． 该矿 山 收稿 日期 2 0 1 0 一l 1 一 l 8 作者简介 李春 1 9 6 4 一 ， 男 ， 高级工程师 具有典型南方离子型稀土矿特征， 因此具备代表性． 1 矿床 、 矿块地质 矿 区位 于 连城 县城 北东 方 向约 9 k m 处 ，矿 区面 积 1 ． 5 4 k m ， 区内有班车通行 ， 交通较为方便． 区域 上 矿 区位 于建 阳 虎档一 明溪 一 长 汀华夏 沉 降 带的次一级构造 ， 清流罗 口一 武平龙井坳 陷的连城童 子岩向斜东翼南端 ， 轴向北东 4 0 。 ， 延长 1 0 k m， 核部 出露翠屏 山组 ， 两翼保存上古生代地层 ， 东翼最东面 隔川 ， 黄坊一 带 为燕山早期第二阶段花岗岩所侵入． 区内除第 四系坡残积黄土层履盖于花岗岩之上 外 ， 未见其他地层 出露 ， 西面 矿 区外 出露二叠系下 统文笔 山组 ， 童子岩组地层 ， 区内构造较简单 ， 仅见 有 色金属科 学与 工程 2 0 1 1 年2 月 一 些小断裂 ， 且均为石英脉 、 石英二长岩脉所充填． 区 内出露的岩浆岩主要有中粗粒黑云母花岗岩 、石英 二长岩、 石英脉等． 风化壳特征 从地貌看 ， 风化壳成馒头状 山形 ， 岩石风化成褐黄灰 白， 黄红等色 ， 泥一 砂质结构 ， 疏松 土状构造． 主要矿物成分有高岭土 、 石英砂、 亚粘土 ， 少量云母 、铁锰质等．风化壳厚度在 1 2 1 5 m，局部 1 8 m以上 ， 稀土元素富集成矿， 赋存于风化壳中． 矿体产 于花岗岩风化壳中，平面上呈不规则的 长条带状等 ， 垂直方向呈似层状 、 透镜状产出． 产状一 般沿 山脊走 向展 布 ， 顺山坡坡 向倾斜 ， 倾 角 1 0 ～ 3 O 。 ． 矿体长 7 1 2 9 0 m， 厚度 2 ～ 8 ． 6 5 m． 矿体 赋存在风化壳 上 、 中部． 地表比高一般 3 0 - 4 0 m， 地表植被稀少 ， 表土 层厚度 0 2 m， 山脊表土一般较薄． 山脚一般有水沟经过 ， 水流量不大 ， 矿区水文地 质条件较简单． 试验矿块平面面积 3 0 0 0 m2 ， 矿体厚 6 m， 矿石量 2 ． 7万 t ，矿石 R E O平均品位 0 ． 0 9 2 4 ％，地质储量 2 4 ． 9 5 t ． 2 矿块工程布置 2 ． 1 注 液井布 置 注液井布置以沿等高线布排为原则 ，注井为园 形 ， 井深 0 ． 8 - 5 ． 0 m， 上 下 相邻两 排 注井交 错布 置． 网度 Ax B mx m ， 即排距 A， 井距 B， 具体施工时可依地形 做适 当的调整，因山脊区域无表土 ，还开挖 了许多 0 ． 5 m 深 的注 液浅 坑 ，本 矿块 共 布 注液 井 深 井 4 5 2 个 ， 浅 坑 4 2 1 个． 2 ． 2 收 液巷道及 导流 孔工 程 通过巷道及密集导流孔形成人工假底 ，达到强 制收 液 目的． 巷 道采 用 人工 开挖 ， 断面呈 梯形 ． 每米 用 0 ． 1 0 m左右木料 松木或杂木 支护 ， 上用木板或粗 树棍衬垫 ， 为 了防止巷道片帮， 两帮可以用树棍和树 枝拦护 ， 打完导流孔后 ， 巷道 、 导流孔须进行技术处 理 ． 试 验矿 块巷 道共布 4条 ， 总长 3 7 6 m． 导流孔方 向一 般 垂 直 于 巷道 ， 局 部适 当调 整 ， 导 流 孔 总 长 1 2 7 0 4 m． 导流孑 L 孔 口低 ， 孔底高． 矿块工程布置见图 1 ． 图 1 矿 块 工 程 布 置 图 2 ． 3 管路工程 1 1 注 液管 路 ． 管 路采 用塑 料管， 主 管路 用巾 2 塑管 ， 支管路用 8分塑管 ， 用“ 非” 形管分排． 各注井 闸阀采用 8分塑料球阀． 供液、 注液主管分硫铵管和 清水管二条系统 ， 每条系统均装总阀． 每个 “ 非” 形管 1 前装 2 塑阀控制． 2 收液管路． 用 2 塑管把各巷道里流出的母 2 液送至水冶车间母液中转池． 2 ． 4水冶车间 池子依山坡呈梯段布置． 最上平台是除杂池 ， 3个， 每个 1 2 0 n l ， 第二平台为沉淀池 3个， 每个 1 2 0 m ， 第 三平台洗涤池 1 个 6 0 m ，第 四平 台 2个配液池 ， 每 个容量 1 2 0 m ， 平 台高度 3 4 m． 每个池子出口布置 3 第2 卷第1 期 李 春 原地 浸矿 新 堇 垒塞 型 圭 笙 生 竺 根 4 ” P V C管． 除杂池 、 沉淀池 ， 洗涤池用吊管控制水 位 ， 放水均采用 自流方法 ， 以方便操作管理． 母液中转 池 1个 6 0 m ， 碳铵池 2个 ， 每个 2 0 m 3 ． 工棚 8间 ， 每 间 2 0 m2 ． 2 ． 5其 它工程 变压输 电工程 变压器 容量 1 0 0 k V A ． 避水沟工程 在每条巷道 口山上部位挖一避水 沟 ， 沟断面尺寸 0 ． 3 m 宽 x 0 ． 2 m 深 ， 在每个注液井井 口上半 圈挖 一小 避 水沟 ，以防雨 水把 泥沙 冲人 井 内． 在水冶车间周 围山上挖避水沟 ，沟断面 0 ． 4 m 宽 0 ． 4 m 深1 ． 观 监 测井工程 根据地形 ， 在试验矿块 3个凹 地形中挖观测井，直径 0 ． 8 m， 深度见到潜水为宜． 山顶高位池 2个 ， 硫铵池 、 清水池各 1 个 ， 每个 6 0 m。 ， 池内水位采用 自动控制装置控制． 观测 沟 以 3条巷道 下 的山脚水 沟为 观测 沟． 灼烧车间 建 2座 1 t ／ 窑的灼烧窑 ， 1 个有顶棚的 装 窑场所 ， 1 个有顶 棚 的堆放灼 烧钵 子 和煤 的工棚 ． 道路工程 用钩机从村里修了一条通往水冶车 间的道路 ， 以便用 车运 输原 材料 和矿产 品． 3 原地浸矿工艺浸矿机理 离子 型稀 土原 地 浸矿 是用 浸 矿液 从 天 然埋 藏 条 件下 的非均质矿体把呈吸附态的稀土离子交换浸出 并回收稀土元素的新型采矿方法口 ] ． 据离子型稀土矿 床 的成 矿 理论 ，离 子 型稀 土 矿是 含稀 土 岩浆 型 花 岗 岩 的原生 矿在 合适 的条 件下 ，经 风化 淋 积而 形成 的． 在成 矿过 程 中 ，该类 型 矿石 中 9 0 ％左 右 的稀 土矿 物 呈阳离子状态吸于高岭石 、白云母等粘土矿物表面． 这些具交换状态的稀土阳离子遇到交换势能更大 的 阳离子时， 就可被其交换下来 ， 反应式如下 【 粘土矿物】 m ． n R E 3 n A } 【 粘土矿物】 m3 n A n R E 当以硫铵 作浸矿 液 时， 其交 换 机理是 2 高岭土 R E 3 N H 4 * 1 2 S O 之 d 一 2 高岭土 6 N H4 “ R E 2 3 S O 4 - 在原地 浸 矿 中 ， 浸 矿 液通 过 注液 井 ， 在一 定 的水 头压力下 ， 连续不断地注入矿体 ， 溶液中交换势更大 的阳离子与呈吸附态的稀 土离 子发生交换作用 ， 使 稀土离子进入浸出液． 这个多向固液交换体系的过程 是 渗透一扩散一交换一再扩散一 再渗透 ， 扩散动力 是浓度 差． 不 断注入 矿体 中的溶 液 或 顶水 挤 出 已发 生交换作用的稀土浸出液． 矿石是由颗粒矿物 和孔隙组成 的非均质体 ， 在 任何一个均质体 中， 质量传递都要经历两个 阶段 ， 即 起反应的分子移至正在发生反应 的表面 ，产生非均 质化学反应 ， 以及 已作用过 的分子离开反应区． 因此 要求选择合适的浸矿液． 而就扩散过程 而言 ， 扩散速 度与反应剂的扩散系数 ，沿扩散方 向浸矿液和浓度 梯度 ， 液一 固相界面 的面积等有关． 因此 ， 要求浸矿液 具有合适的浓度 ， 合适的固液 比， 矿石有一定的渗透 性 ， 注液要维持一定的水头压力以保证溶液流速 ， 并 要 不 断 的注液 ， 包括 注顶 水 ， 以便扩 大 并不 断 更新 液 固界 面 的面 积 ． 可见 ， 在 离 子 型稀 土 原 地 浸 矿工 艺 中 只要满足 了以上要求 ，就能够用浸矿液从矿体 中浸 出稀 土 【 3 ] ． 根据地下水动力学的理论 ， 稀土矿的原地浸矿 ， 由于浅井注液最终会形成稳定的渗透锥体 ，渗浸的 范 围也 就会 局 限 在一 个稳 定 的范 围以 内 ，因此 在 这 个稳 定 的 范 围之 内 ， 只要 在 注井 的布 置 、 集 液工 程 的 设置 以及作业矿块顺序等方面，考虑到渗透锥体的 范 围就行． 如 果存 在 隔水层 ， 且 它在 坡 脚 出露 ， 由于沿 其层面流的浸出液会从坡脚流出， 这时 ， 只要在坡脚 设置集液沟 ， 就可将浸出液汇集回收 ， 这就是 自然收 液方案． 但是 ， 如果矿体底板 隔水层深度很大 ， 在坡脚 低于当地侵蚀基准面，或在坡脚处矿体底界面在潜 水面以下 ， 或隔水层 或矿体底板 起伏变化， 倾 向也 变化 ， 或存在较大的断裂 、 破碎带等泄漏通 道 ， 这时 就不能仅靠集液沟集液井 自然收液 ，必须采取人造 底板收液措施 ， 否则浸出液将严重流失． 4 原地浸矿 工艺流 程 原地 浸 矿工艺 流程 如 图 2 ． 5 矿块注液与收液 采用 网井布液 ，集液巷道和密集导流孔人工底 板收 液的技 术路 线 ] ． 1 注液． 本矿块 采用硫铵配制浸 矿剂 ， 3月 1 6 日开 始注液 ， 3月 1 6日至 3月 3 1日按 A％浓度 注 液 ， 4月 1日至 4月 2日按 B ％注 ， 4月 3日开始 C ％ 注 ，而后浓度逐渐降低 至 D ％[ 9 - o 3 ，浸矿剂共配 制 1 4 0 0 0 m。 ， 耗硫铵 1 3 9 ． 6 t ， 于 4月 1 8 E t 停止注浸矿剂． 而后 开 始 注 顶 水 ， 至 7月 3 1日全 面 停 注 ， 历 时 4个 半月． 注液顺序从上到下 ， 先注顶部矿段 ， 再注中部 ， 最后注下部矿段 ， 同时结束注浸矿剂 ， 同时注顶水． 每 有 色金属科 学与工程 2 0 1 1 年2 月 图 2原 地 浸 矿 工 艺流 程 图 个注井液面控制在表土与矿土界面以下 ，每个井里 需放人蕨类 、 树枝 ， 以防塌井 、 滑坡⋯] ． 2 收液． 通过密集导流孔及巷道形成人工收液 假底 ， 可绝大部分地 回收母液 ， 流出的母液经管路送 至车间处理． 试验矿块于 3月 1 6日开始注液 ， 3月 2 1 日开始 7号、 8 号巷道有母液流出，而后所有巷道均 有母液 ， 综合母液浓度 R E O从 0 ． 1 g ／ L开始逐渐升高 至 1 ． 2 g ／ L ， 4月 2 0日，达 到稀 土峰值 ， 6号 外巷 道 R E O浓 度达 到 1 ． 7 3 g ／ L ， N H 4 2 S 0 4 浓 度 5 g ／ L ．此后母 液浓 度逐渐 下降 ， 5月 2 0日 R E O 0 ． 5 g ／ L ， 6月 1 3日 O ． 3 g ， L ． 注液稳定时 ， 每 天注 4 5 0 m ， 收母液 4 0 0 m ， 母 液回收率达 8 8 ％，整个试验矿块 回收氧化稀土 2 0 ． 8 t 滴定数 ， 稀土资源回收率 8 3 ． 3 7 ％． 3 监测 ． 通 过 观测井 、 沟可 以观测 到是 否有母 液 泄漏， 试验矿块没有发现有泄漏． 4 母液浓度 R E O 与时问关系曲线见图 3 ． 由图 3表 明 3月 1 6日开始注液 ， 3月 2 1日母 液流 出， 到 4月 2 0日达到高峰期 ， 曲线斜率大 ， 高峰 时间短 ， 峰后浓度下降也快 ， 反向斜率也大 ， 说 明稀 土阳离子交换快 ，矿石渗透性好 ，母液浓度 R E O 0 ． 8 g ／ L以上 的高峰期 ，其产 量几乎 占总量 的 5 0 ％． 0 ． 5 g ／ L以下 的低浓度拖得很长 ， 符合一般稀土矿石的 浸 出规 律． 6主要技术经济指标 1 主要技术经济指标． 主要技术经济指标见表 1 ． 2 效益概算． 根据矿 山各技术经济指标及 目前 原材料价格 ，计算出每吨混合氧化稀土产品成本 5 万元． 根据矿产品配分情况， 目前按每吨售价 8万元 计 ，每吨混合氧化稀土利润约 3万元 ，按年产 1 0 0 t 计， 则可 获利 3 0 0万元 ， 经济 效益 显著 ． 7 安全管理 安全管理 在采用原地浸矿新工艺矿山中要加 强安全管理工作 ， 坚决贯彻“ 安全第一 ， 预防为主” 的 安全生产方针． 建立健全安全生产责任制和各项安全 规章制度 ， 其中包括建立矿长及矿山各级领导、 各职 能部门、各工程技术人员的安全生产责任制和生产 工人对安全工作应负的责任以及各工种岗位安全生 产规章制度． 在巷道掘进 、 局部爆破 、 地压观测、 巷道 第 2卷 第 1 期 李春 原地浸矿新工艺在离子型稀土矿的推 星 6 7 矮 崮． 3 ． 1 6 4 ． 1 4． 1 5 5 ． 1 5 ． 1 5 6． 1 6 ． 1 5 7 ． 1 7． 1 5 8 ． 1 日 期 月． 日 图 3 母 液 浓 度 与 时 间 关 系 曲 线 表 1 技术经济指标 项 目 指标 项 目 指标 1 矿块 工业储量 2 4 ．9 5 t 8 硫铵单耗 6 ．7 t ／ t R E O 2 矿块平均 品位 O ． o 9 2 4 ％ 9 碳铵单耗 3 ． 5 t ／ t R EO 3 矿体平均厚度 6 m 1 0 硫酸单耗0 ．3 t ／ t R E O 4 矿体矿石量 2 7 0 0 o t 1 1 水单耗 1 0 0 0 t ／ t - R E O 5 工程费单耗 1 0 o o o元I t R E O 1 2 电单耗 2 5 o o元／ t RE O 6 浸矿液浓度0 ． 6 - 1 ． 5 ％ 1 3 稀 土资源 回收率 8 3 _ 3 7 ％ 7 浸 矿 剂 量 1 4 0 0 0 m3 1 4 回 收 稀 土 量 RE 0 2 O ． 8 t 内用 电安 全 、 钻孔 、 巷道 内排 水 、 滑 坡 的预 防 、 酸性 物 质的使用方面， 须按有关操作规程进行操作． 8结 语 通过原地浸矿新工艺在离子型稀土矿的推广， 虽 然 取得 了成 功， 企 业 获 得 显 著 经 济 效益 ， 可 在 同类 矿 山借鉴 ， 对中钇富铕“ 鸡窝状 ” 严重的稀土矿山， 采用 原地浸矿工艺还是存在一定难度 ，但可 以通过调整 工 艺 方 法 、 参 数 ， 解 决 难 点 ， 给矿 山企 业 创 造 经 济 效 益 和社会 效益 ． 参考文献 【 1 】 王瑜玲 ， 刘少峰． 基 于高分辨率卫星遥感数据的稀 土矿开采状况及 地质灾害调查研究 [ J ] ． 江西有色金属 ， 2 0 0 6， 1 2 - 5 ． 【 2 】 赣州有色冶金研究所采矿研究室． 全复式稀 土矿原地浸矿试验研 究 报告[ R 】 ． 赣州 赣州有色冶金研究所 ， 2 0 0 1 ． [ 3 】田 君 ， 卢盛 良． 我 国南方某稀 土矿浸出动力学研究 [ J 】 _ 化工冶 金 ， 1 9 9 5 ， 4 1 1 - 1 4 ． 1 4 I 淡永富． 原地浸析采矿法在稀 土矿 中的研究 和应用 【 J ] ． 有色金属设 计 ， 2 0 0 6， 1 2 5 ． 【 5 ] 喻庆华 ， 邱 电云． 离子 型稀土矿 提取工艺及 其改进措施 f J 1 ． 矿冶工 程 ， 1 9 9 0， 1 1 0 1 4 ． 【 6 】汤洵忠 ， 李 茂楠． 原地浸析采矿方法在离子型稀土矿 的应用及其展 望[ J J ． 湖南有色金属 ， 1 9 9 8 ， 4 1 5 ． [ 7 】 喻 庆华 ． 原地浸 出及 在低品位稀土矿 中的应 l I J ] ． 矿冶 工程 ， 1 9 9 5， 1 1 1 -1 5 ． 【 8 J 袁长林． 中国南岭淋 积型稀 土溶 浸采矿 正压系统 的地 质分类 与开 采技术l J 】． 稀土 ， 2 0 1 0 ， 2 2 2 2 6 ． 【 9 】姚慧琴， 欧阳克氙． 用复合浸出剂浸取风化壳淋积型稀土矿 中的稀 土研究『 J ] ． 江西科学 ， 2 0 0 5， 6 7 1 0 ． 【 1 0 】李 春瑁 亿生． 离子型稀土矿原地浸矿 中反吸附问题的探讨 I J 1 ． 江 西有色金 属 ， 2 0 0 1 ， 4 1 - 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