CN107502761A - 一种适用于离子型稀土矿山原地浸矿的加速渗透装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于矿物质监测设备技术领域，公开了一种适用于离子型稀土矿山原地浸矿的加速渗透装置，包括内管和外管；内管和外管之间的空腔内一部分填充有多孔防腐介质；所述空腔的底部密封；空腔顶部敞开；内管上下通透；外管上与填充有多孔防腐介质等高度部分开有多个渗流小孔。本发明针对在离子型稀土原地浸矿方面存在的技术缺陷，提出技术适用强、渗透效果好且有利于注液井稳定的原地浸矿加速渗透装置；在技术原理上实现加速充分渗透的同时，保证了注液井的稳定性，预防了注液井连通坍塌引发的坡体滑移，保障了作业安全；本发明实现了浸矿液在孔壁中加速均匀渗透的同时，保护孔壁的稳定性，并节约作业成本，保证了浸矿作业的安全高效进行。

Description

一种适用于离子型稀土矿山原地浸矿的加速渗透装置

技术领域

本发明属于矿物质监测技术领域，尤其涉及一种适用于离子型稀土矿山原地浸矿的加速渗透装置。

背景技术

离子吸附型稀土矿是世界罕见的宝贵矿种，离子型稀土资源赋存于浅地表的强风化岩层中，近年来推广应用离子型稀土原地浸析采矿法回收资源，我国离子型稀土矿山多采用原地浸矿的方法实施回采，该方法主要利用浸矿溶液在矿体渗流过程中的化学置换反应回收稀土阳离子，浸矿液在稀土矿体中的渗透及流动特性是稀土矿高效低损回收的关键。一方面，必须使浸矿液在稀土矿体中充分渗透，另一方面，考虑到矿体中长时间饱含母液会诱发滑坡风险，必须缩短浸矿时间，加快浸矿速度。因此，必须采用合理的技术保证浸矿母液在稀土矿体中加速充分渗透，提高稀土资源回收率，降低浸矿灾害风险。目前，稀土矿山在提高稀土浸矿效率方面主要采用如下方法。

其一，加密注液井

为了扩大浸矿液在稀土矿体中的渗流范围，在施工注液浅井时，缩小注液井之间的距离，使得一定范围内注液井的数量变得密集，在浸矿液注入后，由于注液井之间的距离缩短，液体的扩散范围缩小，改善了浸矿效果，提高了浸矿效率。但注液孔加密后，土体的完整性被进一步破坏，土体抗剪强度大幅减弱，同时由于孔间距缩小，在液体渗透压力作用下，形成孔间连通，极易引发大面积滑坡。

其二，增加注液井的深度

通过增加注液井的深度，使得浸矿液体在注液井中的注液高度增加，从而增

加液体对孔壁的渗透压力，

发挥加速渗透的作用。但渗透压力增加也加速了对孔壁的破坏作用，同时，注液孔深度增加也加大了施工难度，增加了浸矿作业的成本。

其三，在注液孔中充填树叶和杂草

通过在注液孔中充填树叶和杂草，液体注入后沿着树叶和杂草的孔隙部位向孔壁逐步渗透流动，在整个注液孔中形成了各个方向的渗透通道，并且随着浸矿液的不断注入，液体沿着填充的孔隙不断向孔下部渗透，使得液体与孔壁土体均匀接触，增加了渗透接触面积，使得液体在土体中的渗透更加完全和充分，在一定程度上改善了渗透效果，提高了浸矿速度。但由于树叶和杂草受浸矿药剂的化学腐蚀作用明显，随着浸矿时间增加，树叶腐烂形成小碎片反而堵塞了孔壁的小孔隙，阻碍了后续浸矿液在土体中的渗流。同时，树叶和杂草属于柔性物质，无法阻挡注液后孔壁土体的坍塌。

离子型稀土采用原地浸矿的方法回收稀土资源，浸矿液在稀土矿体中的渗透规律及流动特性是资源是否高效回收的关键，增加浸矿液的渗透速度和渗透的均匀程度均可实现宝贵稀土资源的充分回收。目前在稀土矿山浸矿液加速均匀渗透的主要方法有密集布孔法和填充树叶法，但这两种方法在浸矿过程中主要存在以下缺陷。

(1)边坡完整性破坏，加速坡体下滑

通过密集布置注液井，注液井之间距离缩短，溶液在土体中的渗透流动路径减小，改善了浸矿效果。但密集布置注液井，破坏了边坡的完整性，抗剪强度大幅减弱，随着不断渗流，小间距的注液井之间极易贯通，引发局部滑坡。

(2)树叶腐烂，堵塞注液井孔隙

采用树叶杂草填充注液井，可以实现浸矿液在注液井中沿着孔壁均匀渗透，提高资源回收率。但随着浸矿时间推移，树叶和杂草与浸矿化学溶液易发生反应，致使树叶和杂草腐烂，形成碎屑，大量碎屑随着浸矿液流动容易堵塞注液孔壁的细小孔隙，从而极大程度上阻止了溶液的渗流，对离子型稀土矿体原地浸矿形成了不利的影响。

(3)注液孔壁坍塌，致使注液失败

无论是密集布置注液井还是在注液井中充填树叶的方法都不能保证注液过程中注液孔的稳定性。注液浅井由地表施工，属于强风化层，长期注液致使孔壁土体强度快速下降，即使井内填充树叶杂草，也属于柔性物质，无法加固孔壁，随着注液时间增加，孔壁极易坍塌，使得注液过程失败。

(4)施工难度加大，作业成本增加

无论是密集布置注液井还是增加注液井的深度，都会增加施工的难度，在风化土层中，孔深增加不利于孔壁的稳定性。同时，注液井密度和深度的增加，在很大程度上增加了现场施工的作业成本。

综上所述，现有技术存在的问题是：

现有技术中，用于稀土矿山原地浸矿现场的加速充分渗透方法在渗透初期能发挥较好的作用，但随着渗透时间推移，体现出堵塞孔壁、孔间连通等问题，甚至诱发注液孔坍塌，土体滑坡等一系列严重的后果；同时也增加了施工的难度和成本；

由于目前使用的注液井空孔注液，利用帕斯卡定律，浸矿液在注液井内的渗透速度取决于注入液体的压强，由此可知，注液井最深处压强最大，渗透速度最快，距离孔口越近，渗透速度越慢，因此该方法在注液井底部形成正三角的注液区域；不利于加速充分回收稀土资源。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种适用于离子型稀土矿山原地浸矿的加速渗透装置。本发明在装置内外管之间设置了多孔介质，根据液体渗透的达西定律，液体在周边孔壁渗流速度变为上方大下方小，在整个孔壁周边形成倒三角渗流区域，根据浸矿液在稀土矿体中的层流原理，上方液体逐步向下渗透，有利于加速充分回收稀土资源。

本发明是这样实现的，一种适用于离子型稀土矿山原地浸矿的加速渗透装置，包括：

内管和外管；所述内管和外管之间的空腔内一部分填充有多孔防腐介质；所述空腔的底部密封；所述空腔顶部敞开；所述内管上下通透；所述外管上与填充有多孔防腐介质等高度部分开有多个渗流小孔。

进一步，所述内管和外管材质均为PVC，外管直径与内管直径差值为10cm。

进一步，所述多孔防腐介质的填充高度等于注液井的深度；所述多个渗流小孔在外管与填充有多孔防腐介质等高度部分均匀布置；渗流小孔径1cm，孔孔间距为5cm。

本发明的优点及积极效果为：

本发明针对在离子型稀土原地浸矿方面存在的技术缺陷，提出技术适用强、渗透效果好且有利于注液井稳定的原地浸矿加速渗透装置。在技术原理上实现加速充分渗透的同时，保证了注液井的稳定性，预防了注液井连通坍塌引发的坡体滑移，保障了作业安全；本发明实现了浸矿液在孔壁中加速均匀渗透的同时，保护孔壁的稳定性，并节约作业成本，保证了浸矿作业的安全高效进行。

通过使用该装置：可将注液井施工深度减少1.5m～2m；实现加速浸矿，将注液时间缩短1/3。注液井之间的距离相比原来增加2m，注液井的数量；减少 1/3。避免因注液井间距过小，渗流贯通导致滑坡。

附图说明

图1是本发明实施例提供的适用于离子型稀土矿山原地浸矿的加速渗透装置示意图。

图中：1、内管；2、外管；3、多孔防腐介质；4、渗流小孔。

图2是本发明实施例提供的使用装置前渗透效果示意图；

图3是本发明实施例提供的使用装置后渗透效果示意图。

图中：5、进液水管；6、稀土矿体；7、注液井；8、渗流范围区；9、浸矿液。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明针对离子型稀土原地浸矿过程中渗透不均匀、注液井容易坍塌且施工难度大且成本高等一系列问题，提供一种既能加速均匀渗透，又能保护注液井孔壁的装置，从而高效快速回收稀土资源，节省注液井施工成本。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供的适用于离子型稀土矿山原地浸矿的加速渗透装置，包括：

内管1和外管2；所述内管和外管之间的空腔内一部分填充有多孔防腐介质 3；所述空腔的底部密封；所述空腔顶部敞开；所述内管1上下通透；所述外管 2上与填充有多孔防腐介质等高度部分开有多个渗流小孔4。

所述内管1和外管2材质均为PVC，外管直径与内管直径差值为10cm。

所述多孔防腐介质3的填充高度等于注液井的深度；所述多个渗流小孔4 在外管与填充有多孔防腐介质等高度部分均匀布置。

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

本发明实施例提供的适用于离子型稀土矿山原地浸矿的加速渗透装置，由内外两根套管组成，套管材质为PVC，外管直径20～25cm(根据注液井的直径确定)，内管直径10～15cm，保证内外管的直径差值为10cm。套管的长度根据注液井的深度确定，通常高出注液井1.5m。套管顶部、底部内外管保持平齐，底部内、外管之间的孔隙封闭，内管不封闭，保持通畅。见图1。顶部内外管均保持通畅。本装置插入注液井中的部分，内外管之间充填多孔防腐介质(主要利用防腐蚀海绵)，多孔介质套管的底部开始填充，填充的高度等于注液井的深度。同时，在多孔防腐介质填充的高度范围沿外管布置均匀圆形渗流小孔，渗流小孔的直径为1cm，孔间距为5cm。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

本发明实施例提供的适用于离子型稀土矿山原地浸矿的加速渗透装置，利用注液管路，打开注液开关向内管注入浸矿液，由于内管底部并未封闭，与土体接触，浸矿液逐渐渗入稀土矿体，随着注液高度逐步增加，浸矿液到达内管孔口，并开始溢出，溢出的浸矿液流入套管内外中空部位，并进入下部多孔介质区域，随着套管中空部位液体高度逐步上升，形成水头压力，在多孔介质区域形成渗流，液体沿着多孔介质向周边孔壁均匀流动，并沿着开设的渗流小孔渗入周边稀土矿体内部，由于本装置与注液井孔壁紧密接触，所以浸矿液在整个注液井深度范围内实现整体均匀渗流。同时，由于本装置高度高出注液井 1.5m，使得注液液面高度增加，内外管中均实现了加速渗流。

图2是本发明实施例提供的使用装置前渗透效果示意图。

图3是本发明实施例提供的使用装置后渗透效果示意图。

图中：

下面结合工作原理对本发明作进一步描述。

孔底土体渗透：

如图1所示，本装置内管无任何介质，浸矿液在内管中随着高度增加，静液压力逐步增加：

P＝ρgh (1)

公式(1)中P为液体压强，ρ为浸矿液密度，h为管内浸矿液的高度。随着注液量逐步增加，内管液体高度h逐步上升，内管液体对孔底产生的压力显著增加，使得浸矿液在孔底的土体中加速渗流。

孔壁土体渗透：

浸矿液在外管中进入多孔介质，在上部浸矿液水头压力作用下，浸矿液在多孔介质中渗流符合达西定律：

推出：

式(3)中v为浸矿液在多孔介质中的渗流速度，即渗流小孔的流出速度， k为多孔介质的渗透系数，此处为定值，i为单位长度的水力坡降。

浸矿液在内外管中空区域流动过程，上部为浸矿液水头高度1.5m，进入多孔介质后，随着深度增加，i逐步减小，渗透速度v逐步减小。由此，浸矿液在整个外管孔壁渗流孔中的渗透速度由上往下逐步减小，使得单位时间内，注液井上部渗入的浸矿液多于下部，最终使得浸矿液由上往下出现层流，实现加速浸矿。

浸矿效果：

无该装置时，首先，浸矿液直接流入注液井，由于注液井孔底和孔壁强风化破碎，同等注液量作用下，浸矿液沿着注液井下段渗流，形成孔底锥形渗流效果。无法实现整个注液井周壁和孔底均匀渗流，其次，浸矿液无法到达注液井上部就渗入土体，整个注液井中上部均无法实现溶浸。再次，浸矿液柱对下部压强大于上部，无法在土体中实现逐层下渗。

注液井中安装该装置后，根据渗流原理，可实现浸矿液向周边孔壁均匀渗流，同时上部渗透压力和渗透速度均大于下部，使得浸矿液在上部覆盖范围更大，实现逐层下渗，加速回收稀土矿体。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种适用于离子型稀土矿山原地浸矿的加速渗透装置，其特征在于，所述适用于离子型稀土矿山原地浸矿的加速渗透装置在内外管之间设置多孔介质，根据液体渗透的达西定律，液体在周边孔壁渗流速度变为上方大下方小，在整个孔壁周边形成倒三角渗流区域，根据浸矿液在稀土矿体中的层流原理，上方液体逐步向下渗透，加速回收稀土资源；

所述适用于离子型稀土矿山原地浸矿的加速渗透装置具体包括：

内管和外管；所述内管和外管之间的空腔内一部分填充有多孔防腐介质；所述空腔的底部密封；所述空腔顶部敞开；所述内管上下通透；所述外管上与填充有多孔防腐介质等高度部分开有多个渗流小孔。

2.如权利要求1所述的适用于离子型稀土矿山原地浸矿的加速渗透装置，其特征在于，所述内管和外管材质均为PVC，外管直径与内管直径差值为10cm。

3.如权利要求1所述的适用于离子型稀土矿山原地浸矿的加速渗透装置，其特征在于，所述多孔防腐介质的填充高度等于注液井的深度；所述多个渗流小孔在外管与填充有多孔防腐介质等高度部分均匀布置。