CN100543267C - 一种离子型稀土矿原山采矿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子型稀土矿原山开采(离子吸附型稀土矿原山浸取)方法，采用岩土工程静压注浆法注液，在矿层底部内建立防渗层，山体内主要由V型引流孔、注液孔、坑道、防渗层等设施组成。其方案是先探明山体稀土矿层的分布及矿层的厚度，接着把坑道设计到富矿底层与贫矿的交界处，然后在坑道两旁土层的上层设置V型引流孔，最后在引流孔的下面设置防渗层或横向引流孔；以及在矿山矿层内设置分层注液孔或注液坑道及在同一坑道内设置引流孔，做到分层注液和分层收液。本发明解决了稀土离子被无稀土矿土层中的土壤胶体的吸附及采矿引起水土流失造成的环保问题。

Description

一种离子型稀土矿原山采矿方法

所属技术领域

本发明涉及一种离子型稀土矿原山采矿(离子吸附型稀土矿原山浸取)的开采方法，具体的说是在原山浸取开采中应用岩土工程常用的静压注浆法注液，在矿床的底部建造一个防渗层；以及在矿层内注液时采用分层注液法和分层收液法。

背景技术

目前公知的离子吸附型稀土矿原山浸取方法是由注液孔、位于山脚的不透水层或含地下水的土层上面设置的坑道、引流孔组成(见图1)。当化学试剂(现以(NH₄)₂SO₄为例，以下同)从山顶的注液孔注入后，渗入土层，与土层中的稀土化合物作用后生成稀土溶液，往下渗入到引流孔，然后从引流孔流入坑道，汇聚经水管进入流程池与草酸进行化学反应生成草酸稀土后沉淀、过滤，得到草酸稀土。该方法的缺点是：1.因稀土矿层主要分布在山腰以上的山体强风化层中，山腰以下的山体稀土矿含量较低或无稀土矿，当稀土溶液渗入到此层时稀土离子被土壤胶体大量的吸附，最后流入坑道的溶液稀土品位很低，如果要把吸附的稀土浸取出来就需加大(NH₄)₂SO₄与水的用量；或坑道下面土层渗透系数大时稀土溶液会渗入到坑道下面的土层，导致收集到的稀土溶液比较少。2.现有的离子吸附型稀土矿原山浸取采用的注液方法是浅层注液法。首先把注液孔挖到含有稀土矿的土层下一两米，然后在孔内铺入容易渗透的材料(如杂草)，最后直接在孔口接一个水龙头，让(NH₄)₂SO₄溶液或处理后的废水流入孔中(见图1)。浅层注液法有以下不足之处：a、因山体结构的原因，山体内各部分的渗透系数的不均匀性，在同一时间内同一方法注液，渗透系数小的地方(NH₄)₂SO₄溶液渗入较少，大部分(NH₄)₂SO₄溶液都沿着山体渗透系数大的土层渗透。为了达到浸出渗透系数小的土层的稀土就必须注入大量的(NH₄)₂SO₄溶液及处理后的废水，这样渗透系数大的地方造成(NH₄)₂SO₄溶液及处理后的废水过剩。b、众所周之，在一定时间内，正离子的吸附量与时间成正比，时间越长，吸附正离子越多，当矿层厚度的超过一定的厚度，或土层的渗透系数很小时，从注液孔注入(NH₄)₂SO₄溶液渗入到矿层的底部的坑道，需要很长的时间，这样造成坑道上面的土层大量吸附

，如底层矿层要达到稀土浸取工艺上所需

浓度，就需大量注入(NH₄)₂SO₄溶液。由上述原因可知，由于土壤胶体的吸附作用，会吸附(NH₄)₂SO₄溶液中的NH4+，这样导致(NH₄)₂SO₄和水的用量增加，而水的用量增加又导致流入坑道中的稀土溶液中稀土品位就较低以致生产成本较大；同时由于注液过量、过快，极易导致山体滑坡，而造成环保问题。

发明内容

为了克服现有离子吸附型稀土矿原山浸取工艺的缺点，本发明提供了一种离子吸附型稀土矿原山浸取的新工艺，该工艺不仅可以降低稀土离子被无稀土土层的土壤胶体吸附，还可以防止稀土溶液从坑道两旁土层渗入下层，和提供一种能够减少矿山土壤胶体对(NH₄)₂SO₄溶液中正离子吸附，以及降低采矿用水量的分层注液法，从而提高坑道中稀土溶液的浓度及稀土回收率，并且减少原材料的用量，降低生产成本。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种离子型稀土矿原山开采方法，山体内包括：注液孔、引流孔、坑道和管道，注液孔位于山顶或山坡，坑道位于山体矿层内部，引流孔位于坑道顶部，管道插入注液孔，其特征在于：在矿层内部坑道内V型引流孔下面土层设置防止溶液流失的防渗层，对矿山单独采用分层定量注液法或者采用分层定量注液法和分层收液法相结合的方法，并设置相应的配套设施，所述的配套设施单独采用分层注液孔的方式或者将注液坑道与横向注液孔相结合的方式。

先探明山体稀土矿层的分布及矿层的厚度，把坑道设计到富矿底层与贫矿的交界处。在坑道上层的两旁土层设置V型引流孔，V型引流孔的下面设置防渗层。为防止稀土离子被无稀土的土壤胶体吸附及稀土溶液流失，在矿山矿层内而设置分层注液孔或注液坑道对矿层施行分层或分段注液，做到矿层每块所需用液量能定量控制，在土层坑道内两旁的土层横向注液孔上0.5m设置引流孔，做到分层注液、分层收液(见图2)。

所述的分层注液孔设置：在开采矿层区每2m²—10m²平面设置一个注液孔，开挖到矿层底部，由孔底往上，每2—6m留置1m左右的不堵实的注液孔，其余部分用粘土填实。

所述的注液坑道是：坑道的设计以山体走向成90度或平行，坡度1％，宽1.5m，高1.8m。坑道与坑道之间相隔10--28m，相互平行，坑道开口可以同一方向，或两边开口，坑道开挖完工后，用坑道钻机向坑道两边山体内钻孔；孔深8m，孔径50mm，孔与孔间隔1m左右，孔内放入直径25mm的注液管，注液管每0.1m钻一个小孔，外层用细纱布包3—4层，离孔口1m段用粘土填实，每孔注液管接入支管，20孔为一段，每段的支管应装开关和流量计，然后接入注液总管与压力池连接。

所述防渗层10是根据稀土矿层分布情况确定。如果稀土矿层离不透水层未超过3m，可以不设置防渗层。

本发明的有益效果是：

1、可靠性高。因建立防渗层，稀土溶液渗漏少、回收率高：

2、稀土溶液浓度的提高将大幅度提高稀土产量。①稀土溶液无需流入无稀土矿土层，减少了稀土离子被吸附，坑道内流出的稀土溶液含稀土品位较高；②采用分层注液法减少了浸取的用水量，坑道中收集的稀土溶液浓度较高，于是能提高日产量；

3、结构简单易于设置。仅需在现有的原山采矿方法中加设防渗层，把坑道从山脚提升到可开采的矿层底部及设置分层注液孔或注液坑道；

4、开采费用低。①坑道在半山腰以上，坑道长度短，山体大部分是土层，砾石层少，掘进费用低；②稀土溶液中的稀土离子未被无稀土层吸附，坑道中收集到的稀土溶液品位含量高，降低了稀土溶液被制成草酸稀土所需时的成本；③采用分层注液对矿体各部分所用水量和(NH₄)₂SO₄用量能根据设计要求及时控制。综上所述能使每吨稀土产品所需用电量、人工费用及原材料用量大幅下降；

5、有效解决环保问题。①因无需对整个含稀土矿的山体进行开挖，仅挖注液孔及坑道，所以泥土开挖量少，未造成山体破坏；②挖取的泥土不含(NH₄)₂SO₄成份，易于植物生长，只需工程结束后栽上草木恢复植被，解决了泥土流失问题；③注液是由山中心向外围浅表层，浅表层中渗入的溶液较少，注液量能及时控制，所以不会导致山体滑坡。

附图说明

图1为现有的原山采矿的截面图；

图2为该发明原山采矿的截面图；

图3为图2中注液孔的详图。

图中：表土层1  贫矿层2  富矿层3  注液孔4  坑道5  注液孔不堵实部分6  注液孔堵实部分7  注液管9  防渗层10  V型引流孔11  引流孔12  不透水层13  横向注液孔14

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。在图2中，本设置主要由注液孔4、坑道5、防渗层10、V型引流孔11组成。

注液孔4的分布是根据矿层平面的分布设置，根据土层的渗透率大小每2—10m²设置一个孔，渗透率大的地方取大值，渗透率小的地方取小值。注液孔4直径0.1m左右，深度由表土层1直达矿层底部，稀土层稀土品位在0.3‰左右的位置。由孔底往上，每2m留置1m左右的不堵实的注液孔6。埋入注液管9，其中不堵实的注液孔6中的注液管9每0.1m钻一个小孔，外层用细纱布包3—4层，孔内填入容易渗透的材料(如粗沙或草类植物，防止泥土灌水后塌入孔中)，填实，用粘土填实至设计高度。

如果注液孔深度超过15m，成孔困难，工程费用大，应采用坑道内注液的方法，具体做法是：坑道的设计以山体走向成90度，坡度1％，宽1.5m，高1.8m。坑道与坑道之间相隔18m，相互平行，坑道开口可以同一方向，或两边开口，坑道开挖完工后，用坑道钻机向坑道两边山体内水平钻横向注液孔14；孔深8m，孔径50mm，孔与孔间隔1m左右，孔内放入直径25mm的注液管，注液管每0.1m钻一个小孔，外层用细纱布包3—4层，离孔口1m段用粘土填实，每孔注液管接入支管，20孔为一段，每段的支管引出坑道口处，装上开关和流量计，然后接入注液总管与压力池连接。每5～10m矿层设置一层坑道，矿层厚度依据是土层的渗透系数，渗透系数大的土层取大值，渗透系数小的土层取小值。

坑道5设计以山体走向约成90度，坡度

，宽度1.5m，高度1.8m，坑道2与坑道2间隔18m左右，相互平行，如果贫矿层2与富矿层3的交接面不是一个平整的面，在高度上根据矿层形状不同设置坑道5，相邻两个坑道5的高差不能超过3m，如要高差超过3m必须减少坑道5的间隔距离，坑道5的开口可在同一方向或两边。两边开口中间必须对接以便设置防渗层10。坑道5掘进1m，需用枕木把坑道5支撑牢固，具体做法是：两边直立枕木，上面放入横梁，横梁上面放入圆木，圆木上铺设一层竹片。

防渗层10是在最底层坑道设置，具体施工在坑道的两旁的土层内用坑道钻机水平钻孔，直径50mm，且孔与相邻引流孔距离相等，有一定的高差，孔长根据相邻两坑道宽度具体确定。相邻两坑道内相对打的孔最后应该相交，相交于两坑道距离相等的地方。孔与孔间隔0.5m—1m。渗透率大的土层应取大值，渗透率小的土层取小值。孔全部钻好后，每孔放入相应长度的注液管，放入注液管后孔口用粘土堵实1m长，注液管放入孔内前，应对注液管每隔0.3m长钻一对对称的小孔，每处小孔用80目的纱网包2-3层，每孔的注液管接入注液总管。注液总管引出坑道，接上变频水泵，总管应装水压表和流量计。根据土层渗透率确定注液量和压力。饱和时以大部分引流孔有少量的水流出为准，如果条件许可，可以在水中加适量的膨润土。防渗层的注液量达到饱和时应及时对矿层注液。对破碎带应先期注入适量的水泥或粘土浆，以减少水的用量。

V型引流孔11设置在防渗层或横向注液孔上面0.5m处，坡度30度左右，V型底部孔径100mm，孔距1.2m，先用坑道钻机钻孔，钻孔长度与下面的防渗层10相同。用3Mpa的压力清水切割孔两侧的泥土，从里往外切割。使引流孔截面成V字型，切割宽度：V型顶部宽度0.5m。靠割枪速度快慢保持其宽度在0.5±0.15m。割枪头部两侧设计喷孔，孔径1.5mm，两孔间内角120°。喷管用高压水管制成1m一段，每段用直通连接，一端接割枪头部，另一端接高压软管，高压软管另一端接柱塞式水泵。

待前续工程结束后，把坑道5清除干净。

在坑道5底部每隔10m挖一个体积为0.5m²的小坑，每个小坑用直径为50mm水管连接好，接入流程池。

用水泥砂浆粉刷坑道的底面及引流孔下坑道5两边，稍干后，用水泥砂浆做一层防渗层10。

坑道5内每个小坑上面铺设竹片后，铺二至三层麻袋片，压实四边，防止注液后泥土流入小坑内。

注液管9(见图3)每根在孔口设一个开关，然后把从同一个注液孔引出的注液管9接到一根管道中，在这管道上安装一个液体计量器，最后把管道接入注液总管。向稀土矿层注入(NH₄)₂SO₄溶液，注液孔的注液顺序是由中央的注液孔向外围的注液孔，由下层注液孔往上层注液孔，由矿层渗透系数小的地方朝大的地方注入。根据注液孔内孔周土层的稀土的品位和孔周矿体的体积，确定注液量。注液坑道的注液顺序采用山体中心向外分段注液。注液压力和流量按设计要求进行控制，根据矿层实际情况适度控制，较完整的矿层段渗透率小的地段取大值，渗透率大的破碎地段的压力和流量适量减小。

Claims (5)

1.一种离子型稀土矿原山开采方法，山体内包括：注液孔、引流孔、坑道和管道，注液孔位于山顶或山坡，坑道位于山体矿层内部，引流孔位于坑道顶部，管道插入注液孔，其特征在于：在矿层内部坑道内V型引流孔下面土层设置防止溶液流失的防渗层，对矿山单独采用分层定量注液法或者采用分层定量注液法和分层收液法相结合的方法，并设置相应的配套设施，所述的配套设施为单独采用分层注液孔的方式或者将注液坑道与横向注液孔相结合的方式。

2.根据权利要求1所述的离子型稀土矿原山开采方法，其特征在于，所述防渗层是在最底层的坑道两旁土层内的引流孔下面土层采用压力注液，使该土层含水量达到饱和，目的是阻止稀土溶液渗入下层，注液过程到采矿结束后停止。

3.根据权利要求1所述的离子型稀土矿原山开采方法，其特征在于，所述的注液孔在开采矿层区每10m²平面设置一孔，孔深在18m以内直达矿层底部，由孔底往上，每隔2—8m留置1m—2m的注液孔，以孔中心布置一层呈放射状的注液小孔，孔径为20—150mm，不堵实的注液孔中的注液管每0.1m钻一个小孔，外层用细纱布包3—4层，注液孔其余部分用粘土填实。

4.根据权利要求1所述的离子型稀土矿原山开采方法，其特征在于，所述的注液坑道的设计与山体走向成90度或平行，坡度0.5％—1％，宽1.5m左右，高1.8m左右，注液坑道相互之间相隔10m—30m，用钻机向注液坑道两边山体内水平钻孔，孔深8m左右，孔径30mm—100mm，孔与孔之间间隔0.5m—2m，孔内放入注液管，注液管每隔一段钻一个小孔。

5.根据权利要求1所述的离子型稀土矿原山开采方法，矿层直达不透水层或地下水层则不设防渗层，只对矿层采用分层注液法和分层收液法开采。

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