CN108531726A - 一种尾矿库原地浸出集液巷道采矿技术及反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种尾矿库原地浸出集液采矿技术，利用尾矿库原有的防渗层，在其下部布置巷道，并对巷道进行锚喷支护和防渗措施，在需处理的尾矿中间断性地输入注入溶浸液，使其自然氧化反应，与矿物进行置换，浸出液顺锚杆钻孔流入集液巷道，在每个集液巷道的尽头用一根管道并联，再利用巷道坡度高度差使浸出液自流到水冶厂进行水洗提炼出所需的矿物。本发明成本低、维修量少、管理简单，浸出设施少，对于推动尾矿重新利用、缓解我国资源紧张局面具有积极的作用，本发明适用于大型易堆浸采矿的尾矿库；对堆场地址的选择不在受限制，浸出液能及时回收出来，投资见效快，生产成本低，投资少。
Description
技术领域
本发明涉及金属尾矿溶浸冶矿技术领域，具体是一种尾矿库原地浸出集液巷道采矿技术及反应装置。
背景技术
传统的尾矿利用主要分为两个方面：一——尾矿再次筛选出有用矿物，精矿进行火冶；二——尾矿作为采空区的充填料、建筑材料的原料或者用来修筑公路等；三——把尾矿直接堆储在专门修筑的尾矿库内。目前方法三是多数选矿厂应用最广泛的尾矿处理方法。然而，尾矿的概念是相对的，在以前的技术水平下，有些贵重金属、稀有金属不能回收，但随着科学技术的发展，尾矿中的有用成分可以重新开发利用，比如湿法冶金技术回收尾矿中的有价元素。
以铀矿为例，国内多采用淋浸-萃取-沉淀工艺来回收铀矿尾矿中的有用成分，其堆浸场的条件有：与采场有一定的距离、底部要有一定的坡度、在堆场矿层底部要铺设卵石，形成排液床。
上述的堆浸场的设计存在以下缺陷：1、尾矿库的原有防渗层铺设质量较高。在原地浸出采矿时尽量不破坏原有防渗层；2、因为以前选矿工艺不成熟的原因，导致高品位的尾矿集中在尾矿库的底部。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尾矿库原地浸出集液采矿技术，以解决现有技术中1、尾矿二次利用需要大量搬运的现状；2、优先利用尾矿库底部品位较高的资源。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种尾矿库原地浸出集液采矿技术，利用尾矿库原有的防渗层，在其下部布置巷道，并对巷道进行锚喷支护和防渗措施，在需处理的尾矿中间断性地输入注入溶浸液，使其自然氧化反应，与有用元素进行置换，浸出液顺锚杆钻孔形成的裂缝流入集液巷道，在每个集液巷道的尽头用一根管道并联，再利用巷道坡度高度差使浸出液自流到水冶厂进行水洗提炼出所需的矿物。
进一步的，尾矿库上部布置原地浸出注液系统，下部布置集液巷道，集液巷道布置在尾矿库底部0.5m-1.0m的位置，这样不至于过分破坏原有防渗层，支护更方便安全，对集液巷道从新铺设防渗层后，可以满足环保要求，原有的尾矿库防渗层与集液巷道新铺设的防渗层一同组成整个集液系统的防渗层，可以帮助提高母液全部流向集液巷道。
进一步的，对巷道进行边掘进边支护，而且还要对巷道进行防渗透处理，采用碹胎向工作面推进，之后打锚杆进行再次支护。
进一步的，金属矿物的浸出包括酸法浸出和碱法浸出，在酸浸浸出中，采用5～50g/L的H2SO4，在碱法浸出中，溶浸液由NH4HCO3与Na2CO3或(NH4)2CO3与NH4HCO3组成的混合物。
进一步的，原地浸出的布置方式有喷淋式布液、滴灌式布液和堰塘灌溉式布液。
进一步的，尾矿库浸出集液反应装置，包括尾矿库、注液管路、防渗土工膜、浸出液收集槽、浸出液巷道、浸出液提升泵、高位槽、液压泵、洗涤液池、吸附塔、洗涤塔一、洗涤塔二、洗涤塔三、沉淀塔，所述尾矿库的内设置注液管路，且尾矿库的底部设置防渗土工膜，所述尾矿库的下方设置有浸出液巷道，所述浸出液巷道的上方设置浸出液收集槽，且浸出液收集槽与尾矿库通过锚杆连接，所述浸出液巷道的末端设置有浸出液提升泵，且浸出液巷道与浸出液提升泵的进液端通过PVB管连接，所述浸出液提升泵的出液端与高位槽的顶端通过管道连接，所述高位槽的底部与吸附塔的上端通过管道连接，所述吸附塔与洗涤液池通过管道连接，且吸附塔与洗涤液池连接管道上设置液压泵，所述洗涤液池分别与洗涤塔一、洗涤塔二和洗涤塔三通过管道连接，所述洗涤塔一与吸附塔通过管道连接，且管道的两端分别连接吸附塔的底部和洗涤塔一的顶部，所述洗涤塔一与洗涤塔二的通过管道连接，且管道的两端分别连接洗涤塔一的底部和洗涤塔二的顶部，所述洗涤塔二与洗涤塔三的通过管道连接，且管道分别连接洗涤塔二的底部和洗涤塔三的顶部，所述洗涤塔三与沉淀塔通过管道连接，且管道的两端分别连接洗涤塔三的底部和沉淀塔的顶端。
进一步的，所述浸出液巷道设置为向下倾斜设置,起到如下作用：1、防止雨水进入溶浸液，降低溶浸剂浓度。2、铺设防渗土工膜上可以继续排放新生产的尾矿，达到原尾矿利用和现生产互相不干扰的优势。3、尾矿库上铺设防渗土工膜又可以作为下一阶段尾矿库回收利用时的防渗作用，即本阶段的尾矿库原地浸出结束后，再利用下一阶段产生的尾矿资源从新原地浸出。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用尾矿库底部的防渗层，在尾矿以下一定深度的位置挖掘集液巷道，对巷道进行喷锚支护，对集液巷道进行防渗层铺设，在尾矿中注入溶浸液，使得浸出液因为自重只能顺锚杆产生的裂缝进入集液巷道，再利用泵把浸出液输送到水冶厂置换出矿物，在原地浸出采矿系统上铺设土工膜，在不影响尾矿生产的情况下，可以对土工膜下部的尾矿进行二次利用；
本发明成本低、维修量少、管理简单，浸出设施少，不影响采矿企业的生产，对于推动尾矿重新利用、缓解我国资源紧张局面具有积极的作用，本发明适用于大型使用时间较久的尾矿库；
对堆场地址的选择不在受限制，浸出液能及时回收出来，投资见效快，生产成本低，投资少。
附图说明
图1为本发明一种尾矿库原地浸出集液采矿技术及反应装置
的巷道布置结构示意图。
图中：1、尾矿库；2、注液管路；3、防渗土工膜；4、浸出液收集槽；5、浸出液巷道；6、浸出液提升泵；7、高位槽；8、液压泵；9、洗涤液池；10、吸附塔；11、洗涤塔一；12、洗涤塔二；13、洗涤塔三；14、沉淀塔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中，一种尾矿库原地浸出集液采矿技术，利用尾矿库原有的防渗层，在其下部布置巷道，并对巷道进行锚喷支护和防渗措施，在需处理的尾矿中间断性地输入注入溶浸液，使其自然氧化反应，与矿物进行置换，浸出液顺锚杆钻孔流入集液巷道，在每个集液巷道的尽头用一根管道并联，再利用巷道坡度高度差使浸出液自流到水冶厂进行水洗提炼出所需的矿物。
集液巷道布置在尾矿库底部0.5m-1.0m的下部，这样不至于过分破坏防渗层以至于要重新对尾矿库进行防渗处理，支护更方便安全，从新铺设防渗层后，可以满足环保要求，而且也能使得浸出液全部流向集液巷道。
对巷道进行边掘进边支护，而且还要对巷道进行防渗透处理，采用碹胎向工作面推进，之后打锚杆进行再次支护。
金属矿物的浸出包括酸法浸出和碱法浸出，在酸浸浸出中，采用5～50g/L的H2SO4，在碱法浸出中，溶浸液由NH4HCO3与Na2CO3或(NH4)2CO3与NH4HCO3组成的混合物，在碱法浸出中，溶液为氨水与(NH4)2CO3或Na2HCO3的组合混合物，氨水浓度为10～30％，其他铵盐浓度为20～200g/L，溶浸液的浓度由pH计在线监测并实现自动控制。
堆浸的布置方式有喷淋式布液、滴灌式布液和堰塘灌溉式布液，注液管路在尾矿库上布置，采用滴灌式，布管采用4m×4m的5点型，同时布置观察孔，每5个孔布置一个观察孔，主要为检测溶浸液的pH值，控制反应时间和速率。注液孔的深度以距离最近支护锚索5～10m为宜，注液孔中套以花管，先在尾矿库浅部注浆以封孔，再逐渐钻入注浆孔中，注入溶浸液。
在布置好钻孔的尾矿库上铺设防渗土工膜，起到如下作用：1、防止雨水进入溶浸液，降低溶浸剂浓度；2、铺设防渗土工膜上可以继续排放新生产的尾矿，达到原尾矿利用和现生产互相不干扰的优势；3、尾矿库上铺设防渗土工膜又可以作为下一阶段尾矿库回收利用时的防渗作用，即本阶段的尾矿库地浸结束后，再利用下一阶段产生的尾矿资源。
当选用采用酸法浸出时，
用于地浸的溶浸剂有：H2SO4、HNO3、HCl、Na2CO3、NaHCO3、(NH4)2CO3、NH4HCO3、Fe2(SO4)3、NaCN、KCN、(NH4)2SO4等。
地浸工艺常用的氧化剂有：氧气、高锰酸钾(KMnO4)、三价铁盐(Fe3+)、H2O2、MnO2、Na2O2、(NH4)2S2O8等。
在地浸采铀中，不但要掌握好溶浸液的配方，而且要根据不同的阶段使用不同浓度的配方，才能获得好的浸出效果。根据试剂选择，尾矿的要求以及成本的计算，此方法选择酸溶浸剂：稀H2SO4；氧化剂：H2O2。
具体步骤如下：
a.酸化阶段：先注1-2天清水，清洗矿层，再使用较高浓度的酸(10～30g/L)H2SO4酸化矿层，此阶段不加氧化剂。
b.浸出阶段：矿层酸化后即进入浸出阶段，此时的溶浸液酸度应低于酸化阶段，一般为4～6g/L H2SO4。酸度太高会影响离子交换树脂的吸附，酸度太低则U6+不会溶解，在浸出阶段需添加氧化剂(H2O2)，一般为0.5g/L左右；但是，当浸出液中pH>2.0时不宜添加H2O2，因此时H2O2容易分解，使得溶液pH升高，易造成氢氧化物Fe、Al的沉淀，既会增加酸耗，而且浪费了H2O2。
c.浸出末期：当浸出液中U浓度<20-30mg/L时，即进入浸出末期，从经济角度来讲，谈不上获利，此时以扩散浸出为主，只添加1g/L的H2SO4即可；当浸出液中U浓度<10mg/t时，此时则不加H2SO4，只抽不注，进行地下水复原阶段。
请参阅图1，尾矿库浸出集液反应装置，包括尾矿库1、注液管路2、防渗土工膜3、浸出液收集槽4、浸出液巷道5、浸出液提升泵6、高位槽7、液压泵8、洗涤液池9、吸附塔10、洗涤塔一11、洗涤塔二12、洗涤塔三13、沉淀塔14，所述尾矿库1的内设置注液管路2，且尾矿库1的底部设置防渗土工膜3，所述尾矿库1的下方设置有浸出液巷道5，所述浸出液巷道5的上方设置浸出液收集槽4，且浸出液收集槽4与尾矿库1通过锚杆连接，所述浸出液巷道5的末端设置有浸出液提升泵6，且浸出液巷道5与浸出液提升泵6的进液端通过PVB管连接，所述浸出液提升泵6的出液端与高位槽7的顶端通过管道连接，所述高位槽7的底部与吸附塔10的上端通过管道连接，所述吸附塔10与洗涤液池9通过管道连接，且吸附塔10与洗涤液池9连接管道上设置液压泵8，所述洗涤液池9分别与洗涤塔一11、洗涤塔二12和洗涤塔三13通过管道连接，所述洗涤塔一11与吸附塔10通过管道连接，且管道的两端分别连接吸附塔10的底部和洗涤塔一11的顶部，所述洗涤塔一11与洗涤塔二12的通过管道连接，且管道的两端分别连接洗涤塔一11的底部和洗涤塔二12的顶部，所述洗涤塔二12与洗涤塔三13的通过管道连接，且管道分别连接洗涤塔二12的底部和洗涤塔三13的顶部，所述洗涤塔三13与沉淀塔14通过管道连接，且管道的两端分别连接洗涤塔三13的底部和沉淀塔14的顶端，所述浸出液巷道5设置为向下倾斜设置。
步骤一、在距离尾矿库1底部0.5m处掘半圆拱型巷道，宽3800mm,高1800mm，径向坡度和纵向坡度都为为3°，在巷道表面铺上一层PVC膜，再进行支护，混凝土的厚度为100mm，锚杆长度6m，并且在巷道的出口布置一个200mm*200mm的小口，用一根管道将所有的小口并联起来，管道也设置3°的坡度；
步骤二、采用滴灌式布液，布管采用4m*4m的5点型；
步骤三、布完管道后在矿堆表面铺上防水膜，防止雨水渗入矿堆而稀释了溶浸液的浓度；
步骤四、每隔6个小时放一次溶浸液，溶浸液有两种：酸浸和碱浸。在酸浸浸出中，多采用5～50g/L的H2SO4，在碱法浸出中，溶浸液由NH4HCO3与Na2CO3或(NH4)2CO3与NH4HCO3组成的混合物每次2个小时。浸出液顺着锚杆滴入浸出液巷道5，经过小口流入管道，利用自重流向水冶厂，用泵抽至高位槽7内，再在吸附塔10进行吸附，吸附出来的矿物在塔底部流向弧形筛进行筛选出矿，洗涤塔一11、洗涤塔二12和洗涤塔三13的内部均选用浓度为0.1mol/LHNO3溶液，其中间过程所用的溶浸液可重复利用，在沉淀塔14设置有浓度为0.8mol/LNaOH溶液。
实施例铀的回收工艺
从铀的浸出液中提取铀的方法有：化学沉淀法，离子交换法，有机溶剂萃取法。因为离子交换法既适用于清液，也适用于矿浆，对浸出液中铀浓度低的地浸工艺尤为适用，故选用离子交换法。
吸附：铀在水溶液中通常呈铀酰离子(U02 2+)状态存在，它能与多种阴离子结合成多种铀络合离子和络合物。在硫酸浸出液中，铀主要以硫酸铀酰形式存在，硫酸浸出液中的阴离子，除铀酰络离子外，还有硫酸根、硫酸氢根及钼、磷、砷、铁、钒等络阴离子，这些阴离子都有可能被树脂吸附，但这些阴离子除钼以外，对树脂的亲合力都比铀酰络阴离子小，所以，在吸附过程中得到分离。在浸出液中还含有大量阳离子杂质如K+，Na+，Ca2+，Mg2+，Fe2+，Ni2+，Co2+，Cu2+等，当用201×7型阴离子交换树脂吸附铀时，这些离子不被吸附，只要控制得好，对铀的吸附影响不大。
淋洗:常用的淋洗剂有：酸性氯化物溶液，酸性硝酸盐溶液，稀硝酸与稀硫酸等，这里我们用稀硫酸。用硫酸根淋洗饱和树脂时，其反应式为：
(R4N)4UO2(SO4)3+4HNO3-＝4(R4N+)NO3+[UO2(SO4)3]4-
由淋洗曲线可以看出，大部分的铀是在前一半淋洗液中，淋洗液的后一半仅含有少量的铀，所以，淋洗合格液只有一部分，而铀浓度低的淋洗液必须再循环增浓。
沉淀：用NaOH溶液将淋洗得到的铀溶液进行沉淀，继而烘干压缩至成黄饼。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.一种尾矿库原地浸出集液采矿技术，其特征在于：利用尾矿库原有的防渗层，在其下部布置巷道，并对巷道进行锚喷支护和防渗措施，在需处理的尾矿中间断性地输入注入溶浸液，使其自然氧化反应，与矿物进行置换，浸出液顺锚杆钻孔流入集液巷道，在每个集液巷道的尽头用一根管道并联，再利用巷道坡度高度差使浸出液自流到水冶厂进行水洗提炼出所需的矿物。
2.根据权利要求1所述的一种尾矿库原地浸出集液采矿技术，其特征在于，尾矿库上部布置原地浸出注液系统，下部布置集液巷道，集液巷道布置在尾矿库底部0.5m-1.0m的位置，这样不至于过分破坏原有防渗层，支护更方便安全，对集液巷道从新铺设防渗层后，可以满足环保要求，而且也能使得浸出液全部流向集液巷道中的集液系统。
3.根据权利要求1所述的一种尾矿库原地浸出集液采矿技术，其特征在于，对巷道进行边掘进边支护，而且还要对巷道进行防渗透处理，采用碹胎向工作面推进，之后打锚杆进行再次支护。
4.根据权利要求1所述的一种尾矿库原地浸出集液采矿技术，其特征在于，金属矿物的浸出包括酸法浸出和碱法浸出，在酸浸浸出中，采用5～50g/L的H2SO4，在碱法浸出中，溶浸液由NH4HCO3与Na2CO3或(NH4)2CO3与NH4HCO3组成的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种尾矿库原地浸出集液采矿技术，其特征在于，原地浸出的布置方式有喷淋式布液、滴灌式布液和堰塘灌溉式布液。
6.根据权利要求1所述的一种尾矿库原地浸出集液采矿技术采用尾矿库浸出集液反应装置，尾矿库浸出集液反应装置包括尾矿库(1)、注液管路(2)、防渗土工膜(3)、浸出液收集槽(4)、浸出液巷道(5)、浸出液提升泵(6)、高位槽(7)、液压泵(8)、洗涤液池(9)、吸附塔(10)、洗涤塔一(11)、洗涤塔二(12)、洗涤塔三(13)、沉淀塔(14)，其特征在于：所述尾矿库(1)的内设置注液管路(2)，且尾矿库(1)的底部设置防渗土工膜(3)，所述尾矿库(1)的下方设置有浸出液巷道(5)，所述浸出液巷道(5)的上方设置浸出液收集槽(4)，且浸出液收集槽(4)与尾矿库(1)通过锚杆连接，所述浸出液巷道(5)的末端设置有浸出液提升泵(6)，且浸出液巷道(5)与浸出液提升泵(6)的进液端通过PVB管连接，所述浸出液提升泵(6)的出液端与高位槽(7)的顶端通过管道连接，所述高位槽(7)的底部与吸附塔(10)的上端通过管道连接，所述吸附塔(10)与洗涤液池(9)通过管道连接，且吸附塔(10)与洗涤液池(9)连接管道上设置液压泵(8)，所述洗涤液池(9)分别与洗涤塔一(11)、洗涤塔二(12)和洗涤塔三(13)通过管道连接，所述洗涤塔一(11)与吸附塔(10)通过管道连接，且管道的两端分别连接吸附塔(10)的底部和洗涤塔一(11) 的顶部，所述洗涤塔一(11)与洗涤塔二(12)的通过管道连接，且管道的两端分别连接洗涤塔一(11)的底部和洗涤塔二(12)的顶部，所述洗涤塔二(12)与洗涤塔三(13)的通过管道连接，且管道分别连接洗涤塔二(12)的底部和洗涤塔三(13)的顶部，所述洗涤塔三(13)与沉淀塔(14)通过管道连接，且管道的两端分别连接洗涤塔三(13)的底部和沉淀塔(14)的顶端。
7.根据权利要求6所述的采用尾矿库浸出集液反应装置，其特征在于，所述浸出液巷道(5)设置为向下倾斜设置。
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