SCI论文（www.lunwensci.com）
摘要 ：为合理、高效、绿色开发某离子型稀土矿，经 现场勘查矿山开采地质条件，选取某试验矿块开展原地 浸矿工艺试验。配置浸矿剂浓度 1%~2%， 固液比 1 ：0.33. 注液网度为 2m×1.5m，收液方式以集液沟收液为主、导 流孔收液为辅。试验结果表明，该试验矿块回收离子型稀 土28.71t(REO)，取得较好经济效益，为该矿区推广原地 浸矿工艺提供了可靠的技术保障。
关键词 ：离子型稀土,品位,开采设计,回收率
1 引言
稀土是国家重要战略资源，享有“新材料之母”的美 誉，具有优异的光、电、磁、催化等性能。在航空、航天、 电子信息、钢铁、有色金属、机械制造、石油化工等行业 用途广泛， 是发展现代工业和国防尖端技术不可替代的战 略资源。同时，我国是世界上最主要的稀土资源开发国和 消费国， 开发利用好这一珍贵的战略资源尤为重要。
20 世纪 60 年代末，离子型稀土在江西被首次发现， 国内主要分布于南方地区，具有配分齐全、中重稀土元素 含量高、开发利用价值高等显著优点，是我国的优势矿 种。自该矿种发现以来，离子型稀土资源提取技术多次取 得关键性突破，历经池浸、堆浸、原地浸矿工艺变革，目 前已形成以原地浸矿工艺为主导的开采技术格局， 整体技 术达到国际领先水平。该工艺在离子型稀土资源开发领域 的应用，有效解决了植被破坏及水土流失问题。在实际工 程应用过程中，必须综合矿山水文地质条件、工程地质条 件、环境地质条件及矿体赋存情况等统筹考虑，合理设置 工艺参数， 否则将造成严重的资源损失。
某稀土矿山属离子吸附型稀土矿，为合理、高效、绿 色开发这一珍贵战略性资源， 对该矿山进行试验性开采极 其必要。为此，在该矿山选取试验矿块开展现场开采工艺 试验。
2 工程概况
试验矿块所在矿区稀土矿床成因类型为花岗岩风化 壳型，工业类型为花岗岩风化壳离子吸附型矿床。矿体主 要赋存于花岗岩风化壳中的全风化层 (主要包括矿层，占 87%) 和半风化层中， 除受风化壳的形态、产状和规模控制外，与地形地貌的变化也有密切关系。
该矿区的矿体在平面上呈现不规则的长方形和四边 形分布，地表大部分未被泥土覆盖，仅少部分被坡残层覆 盖，矿体呈不规则的长方形和四边形分布。从矿体剖面来 看，矿体呈现出与层状产出相类似的形态。地貌、矿体厚 度都会呈现波浪形或“半月形”的变化，矿体厚度在平面 上呈“U”形变化，即从北西→西→南西→南东→北东环 绕厚度大，中部往北厚度薄。矿体品位变化特点与厚度变 化特点相同，在平面上呈“U”形变化，即从北西→西→南 西→南东→北东环绕品位高，中部往北品位变低，在剖面 上呈高低起伏变化。矿体厚度与稀土品位呈正相关关系， 即厚度大、品位高， 厚度小、品位低。
试验矿块位于矿区北部，矿体类型为裸脚式，属高钇 低铕型稀土矿。以 0.02%(离子相) 为边界品位，圈定矿块 面积 3894m2.平均厚度 9.77m， 离子相平均品位 0.065%， 全 相 平 均 品 位 0.13%。矿 石 比 重 1.50t/m3 ，矿 块 体 积 38044.38m3.总矿石量 57066.57t，矿块离子相储量 37.09t， 全相储量 74.18t。为合理开发该区域的离子型稀土资源， 首先选取该试验矿块进行原地浸矿工艺试验， 以验证开采 方案的可行性。
3 开采技术条件分析
矿区内矿体主要赋存于花岗岩风化壳中，4 个矿体均 位于所在区域侵蚀基准面上部，自然排水便利。矿区补水 主要来源为大气降水， 矿床水水文地质条件相对简单。
矿体以稳定性相对较低的疏松土为主。区内未发现大 的区域断层构造，无明显新构造活动征兆。若在该区域进 行矿床开采活动，可能引起山体垮塌等地质灾害，工程地 质条件中等。
矿山开采活动可能会造成地表局部变形，但不会对 地质环境造成大的破坏，辖区内未发现重大污染源、无热 害。离子型稀土矿开采工艺的应用，可能对矿区附近的地 下和地表水体产生一定影响， 矿区地质环境条件为中等。
4 浸收机理
根据离子型稀土成矿理论，含有稀土的岩浆型花岗岩 经风化淋积，在适当条件下形成离子型稀土。是“五元一体”内外生共同作用统一的离子型稀土成矿理论，其成矿 条件是 ：成矿的物质基础是母岩中的稀土含量， 成矿的必 要条件是稀土元素的易离程度 ;形成矿藏的重要条件是 中温中湿的亚热带风化气候 ;控制稀土元素富集和矿体 品位的关键因素是地表水渗淋形成的pH 值梯度 ;地壳的 上升速率和剥蚀率大致相等， 是风化壳发育和矿体保存的 基本条件。据此，有利的成矿母岩与适宜的风化气候和地 貌条件相互作用， 稀土元素经内部条件和外部条件的双重 影响，富集形成风化壳离子吸附型稀土矿，其成因类型属 于外生淋积型矿床。
原地浸矿工艺与离子型稀土的成矿机理有相似之处， 但两者之间又存在着差异。其不同在于原地浸矿是采用一 定浓度的浸矿液把吸附的稀土离子交换出来， 富集于浸出 液中， 并采取措施加以回收。
4.1 浸矿机理
离子型稀土原地浸矿工艺是利用浸矿液将稀土离子浸 出，并通过收液工程将浸出液回收的溶浸采矿法。运用原 地浸矿工艺开采离子型稀土矿床，将浸矿液注入矿体，经 渗透与化学交换浸出稀土离子， 涉及渗透机理与交换机理。
(1)渗透机理。在一定水头压力作用下，将浸矿液经 注液孔注入矿体。假设矿土为各向同性的均质体，注液孔 为不完整孔，矿体底部的隔水层为倾斜面。浸矿液在注液 时受毛细管作用力的影响，依据地下水动力学原理，向各 方向渗透。随着浸矿液不断注入，渗透时间延长，浸矿液 以向下渗透为主并在渗透体中心形成饱和区， 其外围为渗 透区、湿润区， 并最终形成稳定的倒漏斗状渗透锥体。
在多井注液的情况下，各井形成的渗透锥体互相交 会，不可避免存在一个浸矿液达不到的区域，这就是浸矿 盲区。合理布置注液井间距注液，可使浸矿盲区控制在一 定范围。
(2)交换机理。在离子型稀土矿中，大多数稀土阳离 子吸附于高岭石等矿物表面。在矿体中注入浸矿液， 交换 势能高的阳离子与吸附在矿物表面的稀土离子发生置换 反应， 从而使稀土离子置换至浸出液。当具交换状态的稀 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。
这一多向固液交换系统的过程包括渗透、扩散、交换、 再扩散、再渗透，并以浓度差为动力扩散。与化学反应、 渗流扩散等密切相关的离子型稀土浸取过程， 呈现出非稳 态特征。离子置换反应的速度受到活化能影响，为此浸矿 时必须选择合适的浸矿剂。在渗流扩散问题上，扩散速度 的快慢与浸矿剂的扩散系数有关，同时与浓度梯度、液固 相界面面积也有一定关联， 所以浸矿时需维持一定的液面高度以保证水头压力， 并需选择适宜的固液比及浸矿剂浓 度等参数。
4.2 收液机理
在不同地质条件下开采离子型稀土矿，原地浸矿工艺 的应用在工程布置上存在一定的差异。在简单地质条件 下，可采用较简单的方法处理 ;在较复杂地质条件下，可 采用导流的方法处理 ;在复杂地质条件下， 需构建人造底 板以实现全面截流，保证离子型稀土资源回收。因此，必 须根据矿山工程实际合理布置收液工程， 才能保证稀土资 源的高效回收。
地下水动力学理论认为，浸矿液通过注液孔注入矿 体，经渗流扩散最终形成稳定渗流场。若有隔水层存在， 且位于山坡底部出露， 稀土浸出液便会从山坡底部自然流 出。此种情况下，只需在山坡底部开挖集液沟，便可回收 稀土浸出液。
若矿体底板隔水层埋藏较深、坡脚低于当地侵蚀基准 面，或有较大的裂隙、破碎带等渗漏通道，矿体赋存条件 不理想，就不能采用集液沟自然收液法进行收液工作。必 须构筑人造底板工程防止浸出液渗漏， 否则稀土浸出液将 严重流失。
5 开采方案研究
该离子型稀土试验矿块水文地质条件简单、工程地质 条件中等、环境地质条件中等，总体上属简单地质类型， 适用原地浸矿开采工艺。该工艺资源回收率高、生产成本 低，无水土流失风险， 环境影响小， 易于形成集约化管理、 规模化生产。
试验矿块采用加密网度布孔技术注液，配置 1%~2% 浓度浸矿剂浸矿。收液工程采用综合收液技术，以集液沟 收液为主，辅以导流孔收液。以稀土浸出液防渗、清污分 流为原则， 通过监测孔和环保回收井对试验矿块开采过程 进行监测，采取地下水三级防护措施，稀土浸出液一旦出 现渗漏， 可通过监测孔与环保回收井予以回收。
5.1 矿块工程布置
试验矿块工程包含注液工程、收液工程、管路工程、 避水工程 、监测工程及环保工程。
(1)注液工程。离子型稀土原地浸矿开采工艺，其注 液方式为注液孔注液。试验矿块采用加密网度布孔技术， 注液孔直径为 0.18m，注液孔网度为2m×1.5m，即孔距为 1.5m，排距为2.0m。注液孔施工孔深一般为见矿 1m左右， 孔深参数应根据表土层厚度、矿体渗透性、矿体厚度等确 定。将直径 0.02mPVC 管插入注液孔孔底，同时用蕨草类 等填充物填充PVC 管与注液孔孔壁间空隙。在试验矿块山顶处构筑 1 个高位池，高位池容积为 157m3.配制好的 浸矿液或清水由水冶车间泵至高位水池， 浸矿液或清水利 用高差经管道自流至试验矿块采场。
(2)收液工程。试验矿块收液工程的设计方案主要是 以环山集液沟为主，辅以导流孔收液的方式，根据试验矿 块的矿体赋存条件、山形地貌及利于施工等因素进行设计。
导流孔。为达到截流、收液的目的，防止稀土浸出液 渗漏，在集液沟上部沿矿体布置导流孔，导流孔为单排布 置，孔距为 1m，孔深以钻进至基岩为止。稀土浸出液经导 流孔汇集至环山集液沟，后汇流至集液池、中转池，导流 孔敷设水泥砂浆作防渗处理。试验矿块共布置导流孔约 400 个。
集液沟。在试验矿块的山脚处沿山脚环山布置两条集 液沟，深约 0.5m(以开挖到基岩为准) , 宽约 0.5m(视现场 基岩情况而定)。在山嘴处两条集液沟形成汇合，集液沟 开挖结束后在沟内敷设水泥砂浆。地下水第一级防护措施 为导流孔与集液沟。
沉沙池。沉沙池容积为 6m3 左右，布置于集液沟山嘴 汇合处的下部，以便浸出液自流沉沙。在沉沙池中埋设直 径 0.10mPVC 管作为出水口，稀土浸出液经集液沟流入沉 沙池， 再利用自然高差自流至浸出液集液池。
浸出液集液池。浸出液集液池容积为 50m3.通过水泵 将浸出液泵至水冶车间处理。在试验矿块开采工程中，一 旦发生应急事故， 该池可作为事故应急处理池使用。
(3)管路工程。选用直径 0.10mPVC 管， 由水冶车间 铺设 1 条管路至试验矿块高位池。从高位池铺设2 条直径 0.10mPVC 主管至采场，主管与各支管相连，支管直径为 0.075m，各支管设有闸阀，控制各支路流量。各支路用直 径 0.02mPVC 管与注液孔相连， 通过直径 0.02m 阀门控制 注液速度，再由阀门经直径 0.02mPVC 管与孔底相连，由 上向下注液，注液量根据矿体厚度的不同进行调整。集液 沟中的稀土浸出液自流汇入集液池，集液池中浸出液经 PVC 管流入中转池， 最后由水泵泵入水冶车间处理。
(4)避水工程。为防止降雨时雨水汇入集液沟，保证 稀土浸出液浓度，使雨水与浸出液分流，需在试验矿块构 筑避水沟。依据所在区域近年降雨情况及矿块汇水面积计 算，避水沟全长 380m， 高 0.3m× 宽 0.4m， 环山布置且位 于集液沟上部。为保证避水效果，避水沟敷设水泥沙浆作 防渗处理。
(5)监测工程。在试验矿块坡脚处，设置 4 个直径为 0.18m 的监测孔，开挖至基岩或潜水层为止，监测孔为地 下水第二级防护措施。在稀土浸出液出现渗漏的情况下，可通过监测孔回收浸出液。
(6)环保工程。在试验矿块下游位置，开挖 4 个直径 为 1m 的环保回收井，开挖至基岩或潜水层为止。矿区地 下水可应用地下水漏斗原理进行收集， 并作为矿区的补充 用水进行回收利用。同时，环保回收井也可视为地下水的 第三级防护措施井加以利用。
5.2 灾害防治措施
在离子型稀土矿山应用原地浸矿开采工艺，需往山体 注入浸矿液，注液工程将破坏山体原有应力平衡状态，可 能引发山体滑坡。特别是在雨季， 降水量增加， 更容易引起 塌方。因此， 采用原地浸矿工艺开采离子型稀土矿山， 在选 择开采矿块时，尽量避开高陡坡及渗透性差的矿块。对于 难以避开的施工矿块， 预防山体滑坡还需采取以下措施 ：
(1)注液控制。在矿山生产期间，特别是在雨季或降 雨过程中，要严格控制注液量和注液速度，同时对有滑坡 倾向的山体做好防滑监测，采取必要的防滑措施，减少滑 坡风险。
(2)工艺参数优化。在矿山实际开采过程中，根据试 验矿块具体情况，通过优化各施工区域的网孔参数、选择 合理的开采顺序等， 可有效防止山体滑坡。
(3)疏干、防排水措施。防止山体滑坡，疏干排水是 重要举措之一。该措施可保证岩土强度、减小孔隙水压 力、减小岩土容重，均有利于山体保持稳定状态。矿块开 采活动中的疏干、防排水工程主要为避水沟和导流孔，因 此必须保证避水沟和导流孔处于疏通状态。
6 现场试验效果
应用上述开采设计工艺参数，试验矿块经过 119 天的 浸采工作，累计回收离子型稀土 (REO)29.01t，稀土浸出 液累计回收率达 91.65%。稀土综合回采率达到 78.2%( 离 子相)，离子型稀土资源的开采成本得到有效降低，现场 试验取得预期效果。
7 结论
原地浸矿工业试验在该离子型稀土矿区首次开展，取 得了较好的试验效果， 证明原地浸矿工艺能够适用于该类 型离子型稀土资源开采， 为该矿区推广原地浸矿工艺提供 了可靠的技术保障。
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/74736.html
