CN104498738B - 一种风化壳淋积型稀土矿堆浸提取稀土的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风化壳淋积型稀土矿堆浸提取稀土的方法，其步骤如下：1)将风化壳淋积型稀土矿的腐殖层矿土剥离；2)选择堆场场地；3)构筑堆场：在夯实的场地上先铺垫防漏层，再铺上木质框架，其上再覆盖麻布片，然后将全风化层和半风化层矿土堆积在其上构筑堆场，最后平整堆顶；4)堆浸提取稀土：将铵盐浸矿剂经加液管由堆顶加入堆场，让铵盐浸矿剂自然向下渗透，从堆场底部汇流渠收集稀土浸出母液，用草酸或碳酸氢铵沉淀回收稀土；5)植被恢复。采用该方法所得稀土浸出液杂质含量少、稀土产品纯度高，且有利于后期植被恢复，实现矿山开采的高效化和绿色化。
Description
技术领域
本发明属于湿法冶金技术领域，涉及一种风化壳淋积型稀土矿堆浸提取稀土的方法。
背景技术
风化壳淋积型稀土矿广泛分布在我国的江西、广东、福建、湖南、云南、广西和浙江等七省区，因它富含商业利用价值很高的中重稀土，该矿的开采一直得到国内外的高度重视，被确定为战略矿种。风化壳淋积型稀土矿是由含稀土的花岗岩和火山岩等原岩，在温暖湿润的气候下，经生物、化学和物理作用，风化形成高岭石、埃洛石、蒙脱石和伊利石等黏土矿物，同时原岩中易风化的稀土矿物也风化解离形成稀土水合离子或羟基水合离子吸附在黏土矿物上，用阳离子，通常是铵离子和钠离子，通过离子交换将稀土离子交换于溶液中，再用草酸或碳酸氢铵沉淀回收稀土。
风化壳淋积型稀土矿所用的浸矿剂一般为硫酸铵，其优点是稀土浸出率和产品纯度均较高，但是溶液的渗透性较差，且稀土浸出速度较慢。而氯化铵作浸矿剂时，与硫酸铵相比，不仅能提高稀土浸出率和稀土浸出速度，而且还能因溶液的渗透性增强，缩短生产周期。但是氯化铵的缺点是在稀土的浸取过程中，它对铝的交换能力也很强，导致浸出的稀土母液中，杂质铝含量较大，给后续母液的处理增大了成本，且造成稀土产品纯度较低，故一般不用来作浸矿剂。
风化壳淋积型稀土矿根据矿体的风化程度，自上而下大体可分为腐殖层、全风化层、半风化层和未风化的基岩。腐植层在矿体的最上层，为结构致密的灰褐色矿土，含大量黏土、腐殖物和植物残骸等，土壤肥沃，适合植物的生长，渗透性较差，厚度大约为0.2～2m；全风化层呈黄白-浅红色，结构疏松、多孔，易捏碎，含60～80％黏土矿物和少量石英，渗透性较好，厚度大约为2～40m；半风化层基本保持原岩颜色和结构，含黏土矿物10～30％，渗透性良好，厚度大约为0.5～2m。
对风化壳淋积型稀土矿中离子相稀土及铝在矿体各层中的含量研究发现，离子相稀土及铝的分布基本如图1所示，离子相稀土主要富集在全风化层和半风化层，稀土品位RE2O3分别为0.04～0.2％和0.03～0.08％，而腐殖层则较少，为0.002～0.008％，相反，可交换离子相铝主要富集在腐殖层，高达0.01～0.1％，而全风化层和半风化层则很少，分别不足0.01％和0.001％。基岩未风化，不含离子相稀土和铝。因此，稀土浸出液中的主要杂质铝离子主要来自腐殖层。如能剥离出腐殖层矿土，不进入堆场，那么堆浸场没有了腐殖层矿土，减少了铝离子来源，就能大大减少稀土浸出母液中杂质铝离子的含量，提高稀土产品的纯度，降低后续回收稀土的成本。此外，还能选择氯化铵作为浸矿剂，有效改善堆场的渗透性，缩短生产周期，拓宽了浸取剂的选择。
目前，工业生产中，主要采用硫酸铵作为浸取剂的原地浸出工艺和堆浸工艺。原地浸出工艺基本不需要破坏植被，不需要搬矿，只需将浸矿剂从注液孔注入矿体中，选择性地浸出有用组分，然后通过回收腔收集浸出液，再送至地面加工厂进行稀土提取加工。因此，原地浸出工艺具有显著的环境保护优势，生产成本较低，是目前广为推崇的技术。但原地浸出工艺的应用，只适合矿体有假底板且无裂隙的矿床，否则将造成浸取液及浸出液的泄露，不仅导致稀土无法回收，还会对下游和地下水质造成严重污染，而大多数的矿床并不满足此条件，故它的应用存在较大的局限性。此外，该工艺还存在不少缺点，比如采矿盲区，浸出液不到区，无法进行稀土交换，常导致稀土回收率较低；原地浸矿的山体受浸取液长时间浸泡或注液不当，易导致山体滑坡等地质灾害；矿石粒度细或致密易导致浸矿溶液的渗流过慢，降低生产效率等。
堆浸工艺利用地形筑堆，集中收液和集中处理回收稀土，其资源利用率和回收率高于原地浸出工艺。然而传统的堆浸工艺通常是将矿山的各层矿土盲目地混合构筑堆场，易造成稀土浸出母液中杂质含量较高，除杂成本增加，稀土产品纯度不高，且堆场的渗透性较差，生产周期较长。此外，堆场底部所垫的聚乙烯塑料薄膜易阻止上下土层间的物质交换，不利于植被恢复。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种稀土浸出液杂质含量少、稀土产品纯度高，且有利于后期植被恢复的风化壳淋积型稀土矿堆浸提取稀土的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
提供一种风化壳淋积型稀土矿堆浸提取稀土的方法，所述风化壳淋积型稀土矿从上至下依次包括腐殖层、全风化层和半风化层矿土，其步骤如下：
1)将风化壳淋积型稀土矿的腐殖层矿土剥离；
2)选择堆场场地：选择不含稀土、方便采矿作业且土地施工量小的山谷地进行平整夯实，使堆场场地地面坡度为1～5°；
3)构筑堆场：在夯实的堆场场地上先铺垫防漏层，再铺上木质框架，其上再覆盖麻布片，然后将全风化层和半风化层矿土堆积在其上构筑堆场，最后平整堆顶，并在堆顶构筑围堰并布置加液管，堆场底部较低一侧还设有汇流渠和集液池；
4)堆浸提取稀土：将铵盐浸矿剂经加液管由堆顶加入堆场，控制加液流量，让铵盐浸矿剂自然向下渗透，到达堆场底部后，再从堆场底部的低侧流出，流入汇流渠，再进入集液池，得到稀土浸出母液，稀土浸出母液经除杂后，用草酸或碳酸氢铵沉淀收集稀土；
5)植被恢复：堆浸提取稀土结束后，从堆场顶部向下打孔，打孔深度为从堆场顶部向下直至穿破防漏层，接着将剥离的腐殖层矿土覆盖在堆场的上部，恢复植被。
上述步骤2)使得堆场地面坡度为1～5°，以保证稀土浸出液的定向流动。
按上述方案，步骤3)所述防漏层为涂有防水材料的塑料薄膜，如聚乙烯塑料薄膜等。防漏层可阻挡稀土浸出液继续向下渗透。
按上述方案，步骤3)所述木质框架为与场地大小相同的网格状木质框架，每个网格大小约2×3m2，且木条每隔20～50cm在底部开一个直径小于木条厚度一半的半圆形小孔，以使到达防漏层的浸出液通过小孔流向场地低侧，进入汇流渠。木质框架给矿堆与防漏层之间创造稀土浸出液流动的空隙。其上再覆盖麻布片，可作为过滤层，初步滤去浸出液中的泥沙。
按上述方案，步骤3)所述堆场高度为10～30m。
按上述方案，步骤3)所述围堰规格为按堆顶面积，每2～4m2构筑高度为10～30cm的围堰。构筑围堰的作用在于防止铵盐浸矿剂的泄露。
按上述方案，步骤3)所述加液管沿着堆顶围堰设置，且每个围堰中均安装一个水龙头，控制加液口的流量。
按上述方案，步骤4)所述铵盐浸矿剂为硫酸铵、氯化铵、硝酸铵中的一种或几种的混合水溶液，浓度为2～5wt％。
按上述方案，步骤4)所述加液管的管口下方靠近堆顶处还放置有麻布片。麻布片可防止铵盐浸矿剂加料时搅起泥水而导致细泥封堵矿面，影响铵盐浸矿剂的渗透。
按上述方案，步骤4)所述围堰内铵盐浸矿剂高度为5～10cm，高度可通过加液口处设置的水龙头控制。
按上述方案，步骤5)所述打孔为在堆场顶部呈网状分布打孔，孔距为1～3m。打孔深度为从堆场顶部向下直至底部，穿破垫于堆场底部的防漏层，以使上下土层间可进行物质交换。
本发明的有益效果在于：1、传统的堆浸工艺通常是将矿山的各层矿土盲目地混合构筑堆场，易造成稀土浸出母液中杂质含量较高，除杂成本增加，稀土产品纯度不高，且堆场的渗透性较差，生产周期较长。本发明针对现有的不足，改进堆浸工艺，依据离子相稀土及铝在稀土矿各层中的分布规律，剥离含杂质较多而含稀土较少的腐殖层矿土，仅对含稀土多而含杂质少的全风化层和半风化层进行筑堆堆浸，这不仅可以大大减少稀土浸出母液中杂质铝离子的含量，利于后续稀土母液的处理，降低除杂成本，提高稀土产品的纯度，还可以避免浸矿剂在腐殖层的消耗，降低了生产成本。2、堆浸结束后，进行植被恢复前，从堆场顶部向下打孔，直至堆场的底部，穿破垫于堆场底部的防漏层，使上下土层间可以进行物质交换，有利于生态修复。再将腐殖层矿土覆盖在堆场顶部，加快植被的生长，实现矿山开采的高效化和绿色化。3、本发明因剥离了腐殖层矿土，有效改善堆场的渗透性，可优选氯化铵水溶液等渗透速率高的铵盐溶液作为浸矿剂，缩短生产周期，提高了生产效率。
附图说明
图1为风化壳淋积型稀土矿各层离子相稀土及铝的分布示意图；
图2为本发明实施例1所用木质框架俯视图；
图3为本发明实施例1所用木质框架上木条示意图；
图4为实施例1所构筑的堆场示意图。其中：1-防漏层；2-木质框架；3-麻布片；4-堆场；5-加液管；6-加液口。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
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，稀土平均品位为RE2O30.078％，其腐殖层、全风化层和半风化层离子相稀土及铝的含量和厚度如表1所示。
采用堆浸工艺对稀土进行提取。先将山体的含稀土少而含铝多的腐殖层剥离，单独放置，留后用。选择一不含稀土且方便采矿作业的山谷处进行平整，场地地面坡度为1°，在夯实的场地上先铺垫涂有防水材料的聚乙烯塑料薄膜作防漏层1，再铺上网格大小约2×3m2的木质框架2(俯视图如图2所示)，且木条每隔30cm在底部开一个直径小于木条厚度一半的半圆形小孔(木条示意图如图3所示)，木质框架上再覆盖麻布片3。然后将腐殖层下面含稀土多而含铝等杂质少的全风化层和半风化层用来构筑堆场4，堆高为30m，平整堆顶后，在堆顶按每4m2构筑30cm的围堰，再布置加液管5，浸矿剂通过加液管上的加液口6流进围堰内。堆场示意图如图4所示。堆场底部较低一侧还设有汇流渠和集液池。将2％的氯化铵水溶液作为浸矿剂加入堆顶，加液口6下方放置一麻布片，控制加液流量使液面保持在10cm，让铵盐溶液自然向下渗透，到达堆场底部后，再从堆场底部的低侧流出，流入汇流渠，再进入集液池，得到稀土浸出母液，其中稀土含量(RE2O3)为0.45g/L，杂质离子铝的含量(Al2O3)为0.05g/L。稀土母液经除杂后，用草酸或碳酸氢铵沉淀回收稀土。
堆浸结束后，每隔1m用钻孔机从堆场顶部向下打孔，直至堆场的底部，穿破垫于堆场底部的防漏层。接着将存放的腐殖层矿土均匀地覆盖在堆场的上部，植上植被，生态恢复较好。
表1风化壳淋积型稀土矿各层稀土及铝含量和厚度
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，稀土平均品位为RE2O30.09％，其腐殖层、全风化层和半风化层可交换态稀土及铝的含量和厚度如表2所示。
采用堆浸工艺对稀土进行提取。先将山体的含稀土少而含铝多的腐殖层剥离，单独放置，留后用。选择一不含稀土且方便采矿作业的山谷处进行平整，场地地面坡度为3°，在夯实的场地上先铺垫涂有防水材料的聚乙烯塑料薄膜作防漏层，再铺上网格大小约2×3m2的木质框架，且木条每隔20cm在底部开一个直径小于木条厚度一半的半圆形小孔，木质框架上再覆盖麻布片。然后将腐殖层下面含稀土多而含铝等杂质少的全风化层和半风化层用来构筑堆场，堆高为20m，平整堆顶后，在堆顶按每3m2构筑15cm的围堰，再布置加液管，堆场底部较低一侧还设有汇流渠和集液池。将4wt％的硫酸铵水溶液作为浸矿剂加入堆顶，加液管下方放置一麻布片，控制加液流量使液面保持在8cm，让铵盐溶液自然向下渗透，到达堆场底部后，再从堆场底部的低侧流出，流入汇流渠，再进入集液池，得到稀土浸出母液，其中稀土含量(RE2O3)为0.52g/L，杂质离子铝的含量(Al2O3)为0.04g/L。稀土母液经除杂后，用草酸或碳酸氢铵沉淀回收稀土。
堆浸结束后，每隔2m用钻孔机从堆场顶部向下打孔，直至堆场的底部，穿破垫于堆场底部的防漏层。接着将存放的腐殖层矿土均匀地覆盖在堆场的上部，植上植被，生态恢复较好。
表2风化壳淋积型稀土矿稀土及铝含量和厚度
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，稀土平均品位为RE2O30.11％，其腐殖层、全风化层和半风化层可交换态稀土及铝的含量和厚度如表3所示。
采用堆浸工艺对稀土进行提取。先将山体的含稀土少而含铝多的腐殖层剥离，单独放置，留后用。选择一不含稀土且方便采矿作业的山谷处进行平整，场地地面坡度为5°，在夯实的场地上先铺垫涂有防水材料的聚乙烯塑料薄膜作防漏层，再铺上网格大小约2×3m2的木质框架，且木条每隔50cm在底部开一个直径小于木条厚度一半的半圆形小孔，木质框架上再覆盖麻布片。然后将腐殖层下面含稀土多而含铝等杂质少的全风化层和半风化层用来构筑堆场，堆高为10m，平整堆顶后，在堆顶按每2m2构筑10cm的围堰，再布置加液管，堆场底部较低一侧还设有汇流渠和集液池。将硫酸铵与氯化铵按质量比1:1配成5％的混合溶液作为浸矿剂加入堆顶，加液管下方放置一麻布片，控制加液流量使液面保持在5cm，让铵盐溶液自然向下渗透，到达堆场底部后，再从堆场底部的低侧流出，流入汇流渠，再进入集液池，得到稀土浸出母液，其中稀土含量(RE2O3)为0.6g/L，杂质离子铝的含量(Al2O3)为0.05g/L。
堆浸结束后，每隔3m用钻孔机从堆场顶部向下打孔，直至堆场的底部，穿破垫于堆场底部防漏层。接着将存放的腐殖层矿土均匀地覆盖在堆场的上部，植上植被，恢复生态。
表3风化壳淋积型稀土矿稀土及铝含量和厚度
Claims (6)
1.一种风化壳淋积型稀土矿堆浸提取稀土的方法，所述风化壳淋积型稀土矿从上至下依次包括腐殖层、全风化层和半风化层矿土，其特征在于步骤如下：
1)将风化壳淋积型稀土矿的腐殖层矿土剥离；
2)选择堆场场地：选择不含稀土、方便采矿作业且土地施工量小的山谷地进行平整夯实，使堆场场地地面坡度为1～5°；
3)构筑堆场：在夯实的堆场场地上先铺垫防漏层，再铺上木质框架，其上再覆盖麻布片，然后将全风化层和半风化层矿土堆积在其上构筑堆场，最后平整堆顶，并在堆顶构筑围堰并布置加液管，堆场底部较低一侧还设有汇流渠和集液池；
4)堆浸提取稀土：将铵盐浸矿剂经加液管由堆顶加入堆场，控制加液流量，让铵盐浸矿剂自然向下渗透，到达堆场底部后，再从堆场底部的低侧流出，流入汇流渠，再进入集液池，得到稀土浸出母液，稀土浸出母液经除杂后，用草酸或碳酸氢铵沉淀收集稀土；
5)植被恢复：堆浸提取稀土结束后，从堆场顶部向下打孔，打孔深度为从堆场顶部向下直至穿破防漏层，接着将剥离的腐殖层矿土覆盖在堆场的上部，恢复植被；
步骤3)所述堆场高度为10～30m；
步骤3)所述围堰规格为按堆顶面积，每2～4m2构筑高度为10～30cm的围堰；
步骤3)所述加液管沿着堆顶围堰设置，且每个围堰中均安装一个水龙头；
步骤4)所述围堰内铵盐浸矿剂液面高度为5～10cm。
2.根据权利要求1所述的风化壳淋积型稀土矿堆浸提取稀土的方法，其特征在于：步骤3)所述防漏层为涂有防水材料的塑料薄膜。
3.根据权利要求1所述的风化壳淋积型稀土矿堆浸提取稀土的方法，其特征在于：步骤3)所述木质框架为与场地大小相同的网格状木质框架，每个网格大小约2×3m2，且木条每隔20～50cm在底部开一个直径小于木条厚度一半的半圆形小孔。
4.根据权利要求1所述的风化壳淋积型稀土矿堆浸提取稀土的方法，其特征在于：步骤4)所述铵盐浸矿剂为硫酸铵、氯化铵、硝酸铵中的一种或几种的混合水溶液，浓度为2～5wt％。
5.根据权利要求1所述的风化壳淋积型稀土矿堆浸提取稀土的方法，其特征在于：步骤4)所述加液管的管口下方靠近堆顶处还放置有麻布片。
6.根据权利要求1所述的风化壳淋积型稀土矿堆浸提取稀土的方法，其特征在于：步骤5)所述打孔为在堆场顶部呈网状分布打孔，孔距为1～3m。
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