CN103509944A

CN103509944A - 一种风化壳淋积型稀土矿原地浸出稀土矿的方法

Info

Publication number: CN103509944A
Application number: CN201310514146.3A
Authority: CN
Inventors: 池汝安; 徐志高; 何正艳
Original assignee: Wuhan Institute of Technology
Current assignee: Wuhan Institute of Technology
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2014-01-15

Abstract

本发明公开了一种风化壳淋积型稀土矿原地浸出稀土矿的方法。包括以下步骤：在矿体上打孔，其深度通过腐植层，穿过全风化层直达半风化层，并在孔中插入上下开口的导管直达半风化层的深度，向导管中注入浸矿液；在基岩上开导流槽用于导流稀土浸出液流入集液池；只沿着矿体的山脊呈网状分布打孔，孔距为2-3m；所述导管上端安装有漏斗，穿过腐植层的导管部分有固定装置。本发明减少了浸出稀土母液杂质的含量，有利于后续稀土母液处理；减少由于腐植层粘土矿物含量大吸水膨胀而引起的矿体滑坡地质灾害；氯化铵可作为浸取剂的选择，在没有增加除杂成本的前提下提高了稀土浸出率，且拓宽了浸取剂的选择。

Description

一种风化壳淋积型稀土矿原地浸出稀土矿的方法

技术领域

本发明属于湿法冶金领域，具体涉及一种风化壳淋积型稀土矿原地浸出稀土母液的方法用于提取稀土。

背景技术

风化壳淋积型稀土矿广泛分布在我国南方的江西、广东、福建、广西、云南和湖南六省区。它是由含稀土的花岗岩和火山岩等原岩，经化学和生物作用风化，原岩风化形成高岭土等粘土矿物，稀土矿物风化形成稀土离子吸附在粘土矿物而形成风化壳淋积型稀土矿。工业上通常用硫酸铵作浸矿剂，采用堆浸工艺或原地浸出工艺，通过离子交换将稀土交换于溶液，该稀土溶液称稀土浸出液，主要杂质是铝离子，用碳酸氢铵调节pH值到4.5～5沉淀除杂，再用碳酸氢铵沉淀回收稀土。

自七十年代商业开采以来，经历了池浸工艺、堆浸工艺和原地浸出工艺。由于池浸工艺和堆浸工艺都要进行原矿开采，要开挖矿石，地表植被遭到破坏严重，开挖后的矿石，基岩裸露，植被难以生长，生态难以恢复，使得南方风化壳淋积型稀土矿的开采一直要求开发新的工艺代替池浸工艺和堆浸工艺。针对这种实际问题，开发了原地浸矿，又称原地浸出，该工艺不用开挖原矿，只是在矿体山林下钻孔，低价浸取液溶液，渗透通过风化壳淋积型稀土矿矿体，交换下稀土离子，在基岩以上的开孔，设置集液槽，收集流出稀土母液。对于风化壳发育良好，具有假底板的稀土矿体，采用原地浸出工艺回收稀土。

风化壳淋积型稀土矿的矿体可分为腐植层、全风化层、半风化层和基岩，这种划分不是很明显，实际上有一连续的过程。

腐植层在矿体的地表，厚度在0.5～5米不等，主要由颗粒细小粘土矿组成，含量可达60～80%，渗透性能差。该层矿石的粘土矿物吸附的阳离子主要铝离子，可交换的铝离子含量高达0.01～1%，是风化壳淋积型稀土矿浸出液中铝离子的主要来源，也是稀土浸出液的主要杂质；腐植层稀土含量很少，可交换的稀土品位RE₂O₃，在0.01～0.03%。

全风化层在腐植层之下，厚度可在2～60米，一般在6～40米。主要由粘土矿物和石英颗粒组成，粘土矿含量在40～70%，渗透性好，稀土离子以水合或羟基水合离子吸附在该矿层的粘土矿物上，是稀土的主要富集层，稀土品位RE₂O₃在0.04～0.2%，是稀土的主要来源；该层粘土矿物吸附的铝离子较少，可交换的铝离子含量在0.01%以下。

半风化层在全风化层之下，厚度可在0.3～2米，一般在0.5米。主要由粘土矿物和石英颗粒组成，粘土矿含量在20～40%，渗透性较好，稀土离子以水合或羟基水合离子吸附在该矿层的粘土矿物上，是稀土的次要富集层，稀土品位RE₂O₃在0.04～0.08%，是稀土的主要来源之一；该层粘土矿物吸附的铝离子极少，可交换的铝离子含量在0.001%以下。

基岩在全风化层之下，是风化壳的原岩。通常是花岗岩和火山岩，表层含有风化的裂隙解离纹，原岩含有易风化的稀土矿物。大部分基岩致密，可以作为原地浸出工艺的矿体底板，阻止稀土浸出液向下渗透，原地浸出工艺的集液槽就在开在该层之上。

铝离子是稀土浸出液中的主要杂质，一般浸出液中铝离子浓度可达3～6mmol/L，铝在风化壳淋积型稀土矿的矿石中，赋存状态有水溶态铝、交换态铝、吸附态无机羟基铝、氧化铁结合态铝、层间铝、非晶态铝硅酸盐铝和矿物态铝等五种形式赋存。当用硫酸铵或氯化铵作为浸取液时，只有水溶态铝和交换态铝被交换于溶液中，在风化壳淋积型稀土矿中水溶态铝含量很少，几乎可以忽略不计，只要阻止交换态铝被交换下来，稀土母液的杂质含量将大大降低。可交换态铝主要赋存在风化壳淋积型稀土矿的腐植层矿石，本发明的一种风化壳淋积型稀土矿原地浸出注液的方法，特征在于注液通过腐植层，穿过全风化层，直达半风化层，避免了浸矿剂溶液与腐植层矿石的接触，有效地降低了铝的浸出。

稀土在风化壳淋积型稀土矿的矿体中，可交换的稀土主要赋存在全风化层和半风化层，其中全风化层的稀土占原地浸出工艺可回收稀土的80%左右，腐植层的稀土含量很少，都在5%以下，而且主要以轻稀土，如要回收这部分稀土，不仅药剂用量大，而且因腐植层粘土矿物含量多，浸取液溶液渗透性差，浸取液溶液流速慢，影响稀土浸出，因此生产上完全可以考虑放弃这部分稀土。

浸出液直接加在腐植层，由于腐植层主要由含细颗粒粘土矿物组成，渗透性能差，粘土矿物吸水性强，吸水后膨胀，容易造成山体滑坡，造成地质灾害，严重影响原地浸出工艺提取稀土的经济效益和环境效益。原地浸出工艺的注液孔通常是满山按一定距离打，这不仅增加了打孔的成本，而且对矿山林下植被的破坏大。

硫酸铵是最常用的浸矿剂，优点是产品纯度高，但明显不足是浸取液溶液渗透性差，稀土提取率在70～85%，浸出液稀土浓度最高峰也较低，造成浸出液稀土浓度拖尾；氯化铵作浸取液，它的稀土浸出率和出液速率明显高于硫酸铵，稀土回收率一般比硫酸铵浸取液提高5～10%，但由于杂质浸出率远大于硫酸铵，生产上应用导致产品纯度往往达不到要求，许多矿山去之不用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风化壳淋积型稀土矿原地浸出稀土浸出液的方法，不仅可以在不增加除杂成本的前提下选用浸出率和出液速率更高的氯化铵浸矿液，而且打孔数量减少可以最大限度的保护矿山表层腐植层、避免粘土矿物吸水膨胀造成的山体滑坡等地质灾害。

为达到上述目的，采用的技术方案如下：

一种风化壳淋积型稀土矿原地浸出稀土矿的方法，包括以下步骤：

在矿体上打孔，其深度通过腐植层，穿过全风化层直达半风化层，并在孔中插入上下开口的导管直达半风化层的深度，向导管中注入浸矿液；在基岩上开导流槽用于导流稀土浸出液流入集液池。

按上述方案，矿体上打孔的直径在8-15cm，导管的直径在2-3cm。

按上述方案，只沿着矿体的山脊呈网状分布打孔，孔距为2-3m。

按上述方案，所述导管上端安装有漏斗，穿过腐植层的导管部分有固定装置。

按上述方案，所述的固定装置采用导管与腐植层之间填充物固定。

按上述方案，所述导管在全风化层和半风化层深度的管壁部分开有出液口，且导管底端削为斜面。

按上述方案，所述的浸矿液为氯化铵溶液或硫酸铵溶液或两者的混合。

按上述方案，所述浸矿液的浓度为2-8wt%，混合加入时氯化铵：硫酸铵的质量比为2:8～8:2。

按上述方案，注入浸矿液时液面高度不超过全风化层即不与腐植层接触。

按上述方案，所述导流槽的高度为1～1.6m，宽度为0.5～0.8m，深度为4～10m；导流槽两边刻有导流沟。

由于浸出液主要杂质铝离子，它的主要来源是腐植层，如果注液直接在腐植层下，就避开了浸取液溶液与腐植层杂质的离子交换，因此新注液法可以使用氯化铵或氯化铵与硫酸铵的混合物作为浸取液。

通过矿体内部注液的流向的分析，采用沿着山脊打孔，不仅能减少打孔量，而且不影响浸出液在矿体内浸取液与矿石的稀土交换。

本发明的有益效果在于：

1）减少了打孔数量，降低了生产成本和有效减少矿体林下的植被扰动；

2）减少了浸矿剂在腐植层吸附消耗；

3）减少了浸出稀土母液杂质的含量，有利于后续稀土母液处理；

4）减少由于腐植层粘土矿物含量大吸水膨胀而引起的矿体滑坡地质灾害；

5）氯化铵可作为浸取液的选择，在没有增加除杂成本的前提下提高了稀土浸出率，且拓宽了浸取液的选择；

6）缩短浸取过程出液时间，提高稀土浸出液的稀土浓度，减少浸出液稀土浓度拖尾现象。

附图说明

图1：矿体山脊截面图。

图2：孔放大图。

图3：矿山截面图。

具体实施方式

实施例1

广东某风化壳淋积型稀土矿，稀土配分为中钇富铕型。稀土平均品位RE₂O₃ 0.086%。矿体树林下打出直径15cm的孔12，取出的矿石，手握法判断打孔进入矿体的深度，手握紧矿石后松手，若矿石结团则为腐植层1，若裂开或散开则为全风化层2矿石。测得该矿体腐植层1约为2m，全风化层2深度约为18m，半风化层3约0.8m，接触到基岩4停止打孔12。经过测定，矿体腐植层1，全风化层2和半风化层3的稀土矿石的稀土品位分别为0.025%，0.089%和0.028%。矿体的孔1212按网格布置，仅在沿着山脊上开钻，2m×2m孔距，深度为20.8m。插进一条直径为2cm的21m导管10，在腐植层1用茅草8（即填充物固定）固定导管10，要求通过腐植层1直达半风化层3，在处于腐植层1下的全风化层2的导管10部分，上下不同方向安装4个与导管管壁呈90°的出液口11，在导管10底端15cm处削出斜面，导管10上端放进一个塑料漏斗7，注液龙头直接加液到漏斗7进入导管10，使浸矿液抛开腐植层1，穿过全风化层2，直达半风化层3。选择8wt%的氯化铵作为浸取液。严格控制孔12中浸取液液面9在2m以下不与腐植层1接触。在基岩4以上开导流槽5，导流槽5的高度为1.6m，宽度0.8m，深度8m，导流槽5两边刻有倒流沟最后与集液池6连通。集液池6的稀土浸出液，加入少量的硫化钠除去杂质后，用碳酸氢铵沉淀碳酸稀土，碳酸稀土在母液中陈化24小时，板框压滤机滤出碳酸稀土用固液比1:3的清水洗涤，压滤晾干的碳酸稀土产品，稀土品位在RE₂O₃ 24%。

实施例2

广东某风化壳淋积型稀土矿，稀土配分为中钇富铕型。稀土平均品位RE₂O₃ 0.078%。矿体树林下打出直径8cm的孔，取出的矿石，手握法判断打孔进入矿体的深度，手握紧矿石后松手，若矿石结团则为腐植层1，若裂开或散开则为全风化层2矿石。测得该矿体腐植层1约为1.2m，全风化层2深度约为21m，半风化层3约0.5m，接触到基岩4停止打孔。矿体腐植层1，全风化层2和半风化层的稀土矿石的稀土品位分别为0.023%，0.082%和0.026%。矿体的孔12按网格布置，仅在沿着山脊上开钻，2m×2m孔距，深度为22.7m。插进一条直径为2.5cm的23m导管10，在腐植层1用茅草8固定塑料管，要求通过腐植层1直达半风化层3，在处于腐植层1下的全风化层2的导管10部分，上下不同方向安装4个90度出液口11，在导管10底端15cm处削出斜面，导管10上端放进一个塑料漏斗7，注液龙头直接加液到漏斗7进入导管10，使溶液抛开腐植层1，穿过全风化层2，直达半风化层3。选择2wt%氯化铵作为浸取液。严格控制孔中浸取液液面9在1.2m以下，杜绝浸取液溶液满过腐植层1。在基岩4以上开导流槽5，导流槽5的高度为1.8m，宽度0.8m，深度10m，导流槽5两边也刻有导流沟，直接流入集液池6。集液池6的稀土浸出液，加入少量的硫化钠除去杂质后，用碳酸氢铵沉淀碳酸稀土，碳酸稀土在母液中陈化24小时，板框压滤机滤出碳酸稀土用固液比1:3的清水洗涤，压滤晾干的碳酸稀土产品，稀土品位在RE₂O₃ 23%。

实施例3

江西某风化壳淋积型稀土矿，稀土配分为中钇富铕型，稀土平均品位RE₂O₃ 0.093%。矿体树林下打出直径10cm的孔12，取出的矿石，手握法判断打孔进入矿体的深度，手握紧矿石后松手，若矿石结团则为腐植层1，若裂开或散开则为全风化层2矿石。测得该矿体腐植层1约为0.6m，全风化层2深度约为14m，半风化层3约0.6m，接触到基岩4停止打孔。矿体腐植层1，全风化层2和半风化层3的稀土矿石的稀土品位分别为0.026%，0.103%和0.024%。矿体的孔12按网格布置，仅在沿着山脊上开钻，2m×2m孔距，深度为15.2m。插进一条直径为3cm的15.5m导管10，在腐植层1用茅草8固定塑料管，要求通过腐植层1直达半风化层3，在处于腐植层1下的全风化层2的导管10部分，上下不同方向安装2个90度出液口11，在导管10底端15cm处削出斜面，导管10上端放进一个塑料漏斗7，注液龙头直接加液到漏斗7，再由漏斗7进入导管10，使溶液抛开腐植层1，穿过全风化层2，直达半风化层3。选择2wt%硫酸铵作为浸取液。严格控制孔12中浸取液液面9在0.6m以下，杜绝浸取液溶液满过腐植层1。在基岩4以上开导流槽5，导流槽5的高度为1.8m，宽度0.8m，深度6m，导流槽5两边刻有导流沟，直接流入集液池6。集液池6的稀土浸出液，加入少量的硫化钠除去杂质后，用碳酸氢铵沉淀碳酸稀土，碳酸稀土在母液中陈化24小时，板框压滤机滤出碳酸稀土用固液比1:4的清水洗涤，压滤晾干的碳酸稀土产品，稀土品位在RE₂O₃ 25%。

实施例4

江西某风化壳淋积型稀土矿，稀土配分为中钇富铕型，稀土平均品位RE₂O₃ 0.106%。矿体树林下打出直径10cm的孔12，取出的矿石，手握法判断打孔进入矿体的深度，手握紧矿石后松手，若矿石结团则为腐植层1，若裂开或散开则为全风化层2矿石。。测得该矿体腐植层1约为2m，全风化层2深度约为28m，半风化层3约1m，接触到基岩4停止打孔。矿体腐植层1，全风化层2和半风化层3的稀土矿石的稀土品位分别为0.03%，0.112%和0.028%。矿体的孔12按网格布置，仅在沿着山脊上开钻，2m×2m孔距，深度为31.5m。插进一条直径为2.5cm的31.3m导管10，在腐植层1用茅草8固定塑料管，要求通过腐植层1直达半风化层3，在处于腐植层1下的全风化层2的导管10部分，上下不同方向安装4个90度出液口11，在导管10底端15cm处削出斜面，导管10上端放进一个塑料漏斗7，注液龙头直接加液到漏斗7，再由漏斗7进入导管10，使溶液抛开腐植层1，穿过全风化层2，直达半风化层3。选择浸取液溶液分别含2%氯化铵和1%硫酸铵混合浸取液。严格控制孔12中浸取液液面9在2m以下，杜绝浸取液溶液满过腐植层1。在基岩4以上开导流槽5，导流槽5的高度为1.8m，宽度0.8m，深度9m，导流槽5两边也刻有导流沟，直接流入集液池6。集液池6的稀土浸出液，加入少量的硫化钠除去杂质后，用碳酸氢铵沉淀碳酸稀土，碳酸稀土在母液中陈化24小时，板框压滤机滤出碳酸稀土用固液比1:2的清水洗涤，压滤晾干的碳酸稀土产品，稀土品位在RE₂O₃ 23%。

实施例5

江西某风化壳淋积型稀土矿，稀土配分为中钇富铕型，稀土平均品位RE₂O₃ 0.098%。矿体树林下打出直径10cm的孔12，取出的矿石，手握法判断打孔进入矿体的深度，手握紧矿石后松手，若矿石结团则为腐植层1，若裂开或散开则为全风化层2矿石。测得该矿体腐植层1约为1m，全风化层2深度约为12m，半风化层3约0.5m，接触到基岩4停止打孔。矿体腐植层1，全风化层2和半风化层3的稀土矿石的稀土品位分别为0.024%，0.103%和0.027%。矿体的孔12按网格布置，仅在沿着山脊上开钻，2m×2m孔距，深度为13.5m。插进一条直径为2.5cm的13.8m导管10，在腐植层1用茅草8固定塑料管，要求通过腐植层1直达半风化层3，在处于腐植层1下的全风化层2的导管10部分，上下不同方向安装2个90度出液口11，在导管10底端15cm处削出斜面，导管10上端放进一个塑料漏斗7，注液龙头直接加液到漏斗7，再由漏斗7进入导管10，使溶液抛开腐植层1，穿过全风化层2，直达半风化层3。选择8wt%氯化铵浸取液。严格控制孔12中浸取液液面9在1m以下，杜绝浸取液溶液满过腐植层1。在基岩4以上开导流槽5，导流槽5的高度为1.8m，宽度0.8m，深度9m，导流槽5两边刻有导流沟，直接流入集液池6。集液池6的稀土浸出液，加入少量的硫化钠除去杂质后，用碳酸氢铵沉淀碳酸稀土，碳酸稀土在母液中陈化24小时，板框压滤机滤出碳酸稀土用固液比1:4的清水洗涤，压滤晾干的碳酸稀土产品，稀土品位在RE₂O₃ 24.5%。

Claims

1.一种风化壳淋积型稀土矿原地浸出稀土矿的方法，其特征在于包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的风化壳淋积型稀土矿原地浸出稀土矿的方法，其特征在于矿体上打孔的直径在8-15cm，导管的直径在2-3cm。

3.如权利要求1所述的风化壳淋积型稀土矿原地浸出稀土矿的方法，其特征在于只沿着矿体的山脊呈网状分布打孔，孔距为2-3m。

4.如权利要求1所述的风化壳淋积型稀土矿原地浸出稀土矿的方法，其特征在于所述导管上端安装有漏斗，穿过腐植层的导管部分有固定装置。

5.如权利要求4所述的风化壳淋积型稀土矿原地浸出稀土矿的方法，其特征在于所述的固定装置采用导管与腐植层之间填充物固定。

6.如权利要求1或2所述的风化壳淋积型稀土矿原地浸出稀土矿的方法，其特征在于所述导管在全风化层和半风化层深度的管壁部分开有出液口，且导管底端削为斜面。

7.如权利要求1-5任一项所述的风化壳淋积型稀土矿原地浸出稀土矿的方法，其特征在于所述的浸矿液为氯化铵溶液或硫酸铵溶液或两者的混合。

8.如权利要求7所述的风化壳淋积型稀土矿原地浸出稀土矿的方法，其特征在于所述浸矿液的浓度为2-8wt%。

9.如权利要求1所述的风化壳淋积型稀土矿原地浸出稀土矿的方法，其特征在于注入浸矿液时液面高度不超过全风化层即不与腐植层接触。

10.如权利要求1所述的风化壳淋积型稀土矿原地浸出稀土矿的方法，其特征在于所述导流槽的高度为1～1.6m，宽度为0.5～0.8m，深度为4～10m；导流槽两边刻有导流沟。