CN110195158A - 以矿石体积为依据的离子型稀土分区注液方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及离子型稀土矿开采中浸矿剂注液技术的优化，具体是以矿石体积为依据的离子型稀土分区注液方法。本发明包括：矿体资料获取；矿石体积分单元计算；单位矿石体积浸矿剂消耗量γ计算；单元矿石体积分区区间差值计算；单元合并成注液分区；注液六个步骤。采用本发明可以改变现有矿体“粗放式”、不依据矿体区域特性“一锅端”的过量浸取开采现状，也能改变注液时“先上后下”、“凭借工人经验”这种不科学的注液方式。可以针对同一矿体不同区域按照矿石体积的多少，进行浸矿剂用量的动态调控，既可以降低原辅材料的消耗，提高浸取率(实施例提高3.57％)，又能控制浸矿剂用量，减少环境污染，为数字化矿山提供可靠依据。
Description
技术领域
本发明涉及离子型稀土矿开采中浸矿剂注液技术的优化，具体是以矿石体积为依据的离子型稀土分区注液方法。
背景技术
离子型稀土矿是一种以离子吸附态赋存在黏土矿物上的珍贵矿产资源。当吸附有稀土离子的黏土矿物遇到电解质溶液时，稀土离子可被电解质溶液中化学性质更为活泼的离子交换下来。离子型稀土的这一特性推动了其浸矿工艺的形成、发展和进步。稀土需求日增与资源储量日减的矛盾，以及资源获取和环境保护平衡发展要求，迫使离子型稀土开采工艺不断发展进步。
离子型稀土矿是我国的战略性资源。过去其粗放式、掠夺式的开采模式是不可取和不可延续的，其提取工艺必须紧紧围绕高效和绿色两个重要目标。目前，离子型稀土矿山普遍使用的原地浸矿和部分压覆矿山的筑堆浸矿，浸矿工艺实施过程多凭经验决策。例如原地浸矿注液步骤均按“先上后下”、“先浓后淡”、“先液后水”的“三先”原则进行，未能针对矿体单位面积矿石体积的差异做出浸矿剂用量调整，往往造成整个矿体部分区域浸矿剂用量过度，使得矿土中氨氮超标；部分区域浸矿剂用量不足，使得稀土资源开采不够充分，造成资源损失。为提高资源浸取率，往往增加浸矿剂注入量，一方面增加生产成本；另一方面也增加浸矿剂残留量，进一步加剧环境污染。因而有必要对离子型稀土浸矿注液过程做进一步优化研究，提出一种离子型稀土浸矿剂分区注液优化工艺，从而提高矿体稀土资源回收，减少环境污染。
离子型稀土矿的浸矿过程其实质是一种吸附解吸过程，浸矿剂用量的多少由矿石的阳离子交换容量和矿石体积决定。同一矿体认为其矿石性质相近，即矿石阳离子交换容量一致，该矿体的浸矿剂用量只与矿石体积相关。故只要在了解矿体单位面积所拥有的矿石体积，就可以得到浸矿剂用量及注液时间。这为解决离子型稀土矿浸取不充分和过渡浸取共存在的问题，同时合理控制浸矿剂用量提供了研究方向，即应根据矿体单位面积内矿石体积的实际情况决定开采过程中浸矿剂用量。
发明内容
本发明的目的是提供一种以矿石体积为依据的离子型稀土分区注液方法，实现离子型稀土矿开采的优化注液、提高浸取率、减少浸矿剂用量和环境污染的目标。
本发明的技术方案：一种以矿石体积为依据的离子型稀土分区注液方法，包括以下步骤：
步骤一，矿体资料获取
测试矿体地形地貌，对矿体进行探矿，获得探矿孔坐标及品位分布情况；测试矿体饱和渗透系数K、矿体孔隙比e和矿石阳离子交换容量CEC；
步骤二，矿石体积分单元计算
设定单元面积为：1m×1m～20m×20m，将矿区划分若干单元，分别计算各单元的矿石体积和实际坐标值；
步骤三，单位矿石体积浸矿剂消耗量γ计算
取现场矿石配置成矿样，进行柱浸试验，取5个10kg的矿样，按照矿体孔隙比e制备矿柱，分别按照单位矿石体积浸矿剂消耗量γ：3kg/m3、4kg/m3、5kg/m3、6kg/m3和7kg/m3配置浸矿剂溶液，然后进行注液，浸矿剂注完之后继续注入顶水，每隔50ml收集一个母液，测试稀土浓度，计算五个矿柱的浸取率，做出浸取率与单位矿石体积浸矿剂消耗量γ的趋势曲线；选定工程预计浸取率，获得该浸取率情况下的单位矿石体积浸矿剂消耗γ量；
步骤四，单元矿石体积分区区间差值计算
根据矿体饱和渗透系数K，按照式(1)计算注液强度Q，式(1)中a为系数，取值为0.2—0.8；根据式(2)计算单元矿石体积分区区间差值ΔV，式(2)中C为浸矿剂浓度，γ为单位矿石体积浸矿剂消耗量，S为单元面积；
Q＝a*K (1)
步骤五，单元合并成注液分区
以单元内最大矿石体积Vmax为起始点，以ΔV为单元矿石体积分区区间差值，划分注液分区i～[Vmax-i*ΔV，Vmax-(i-1)*ΔV]，i为分区号，取1、2、3、…自然数，将各单元按照矿石体积合并成注液分区；
步骤六，注液
按步骤五划分的注液分区，根据单位矿体体积浸矿剂消耗量γ、浸矿剂浓度C和注液强度Q，依次打开各个区域的注液孔进行注液，浸矿剂溶液注完之后，注入顶水，直至母液中稀土浓度达到没有回收价值时，停止注液。
所述浸矿剂溶液浓度为10g/L—30g/L。
所述顶水的pH为4.5—5。
所述工程预计浸取率为85—95％。
母液中没有回收价值的稀土浓度≤0.1g/L。
采用本发明可以改变现有的矿体“粗放式”、不依据矿体区域特性的“一锅端”过量浸取的开采现状，也能改变注液时“先上后下”、“凭借工人经验”这种不科学的注液方式。可以针对同一矿体不同区域按照矿石体积的多少，进行浸矿剂用量的动态调控，既可以降低原辅材料的消耗，提高浸取率(实施例提高3.57％)，又能控制浸矿剂用量，减少环境污染，为数字化矿山提供可靠依据。
附图说明
图1为本发明实施例中某稀土矿区Ⅰ号矿体等高线图。
图2为本发明实施例中柱浸试验单位矿石体积浸矿剂消耗量与浸取率趋势图。
具体实施方式
本发明基于矿石体积多的地方需要多的浸矿剂用量，少的地方可以添加较少的浸矿剂的前提下，根据实验室室内试验得到单位矿石的浸矿剂消耗量，结合浸矿剂浓度和矿体的注液强度等，确定单位时间内可以处理的矿石体积，以此为矿石体积分区区间差值；并据原矿探矿结果，将矿体划分成若干单元，以矿石体积分区区间差值为依据，将矿石体积近似的单元合并成若干注液分区，针对相同注液分区实现同时注液，不同注液分区按照矿石体积多少依次进行注液，实现离子型稀土矿开采的优化注液、提高浸取率、减少浸矿剂用量和环境污染的目标。
应用本发明在某稀土矿区进行不公开实验，实施例的具体步骤如下：
步骤一，矿体资料获取
如图1所示，测试Ⅰ号矿体地形地貌，得到该矿体地形等高线图，对图1中编号为Z002、Z003、Z202、Z202、Z204、Z205、Z101和Z602地区进行探矿，得到坐标和品位分布情况。测得矿体饱和渗透系数0.5m/d，矿体孔隙比0.79，矿石阳离子交换容量6.72cmol/kg。
步骤二，矿石体积分单元计算
将矿体按5m×5m进行划分单元，分别计算各单元的矿石体积和实际坐标值，见附表1。
步骤三，单位矿石体积浸矿剂消耗量γ计算
取现场矿石配置成矿石阳离子交换容量6.72cmol/kg的矿样，进行柱浸试验，取5个10kg的矿样，按照孔隙比0.79制备矿柱，分别按照单位矿石体积浸矿剂消耗量γ(3kg/m3、4kg/m3、5kg/m3、6kg/m3和7kg/m3)配置浓度为20g/L硫酸铵浸矿剂溶液，进行注液，浸矿剂注完之后继续注入pH为5的顶水，每隔50ml收集一个母液，测试稀土浓度，计算五个矿柱的浸取率为分别55.11％，76.03％，86.45％，89.94％和91.11％，做出浸取率与单耗的趋势曲线，见图2。选定工程预计浸取率85％，获得该浸取率情况下的单位矿石体积浸矿剂消耗量5kg/m3。
步骤四，单元矿石体积分区区间差值计算
根据矿体饱和渗透系数K为0.5m/d，a取0.4，根据式(1)计算注液强度Q为0.2m/d；浸矿剂注液浓度C为20g/L，浸矿剂单耗量γ为5kg/m3，单元面积S为25m2/块，根据式(2)计算得到单元矿石体积分区区间差值ΔV为20m3/块。
步骤五，单元合并成注液分区
以单元号25为起点，此时单元矿石体积为479.2884m3/块，以20m3/块为单元矿石体积分区区间差值，划分注液分区，将单元合并至各注液分区，结果见附表2。
步骤六，注液
依照步骤五划分的区域，按单位矿体体积浸矿剂消耗量5kg/m3、浸矿剂硫酸铵溶液浓度20g/L和注液强度0.2m/d，新开注液孔进行注液，浸矿剂硫酸铵溶液注完之后，注入pH为5的顶水，直至母液中稀土浓度达到0.1g/L时，停止注液。统计母液浓度，得到Ⅰ号矿体浸取率为88.81％。
对比结果：同一矿区的Ⅲ号矿体按单位矿体体积浸矿剂消耗量5kg/m3，注液时采用浓度20g/L的硫酸铵溶液，采用现有的由上到下依次注液方法，经统计Ⅲ号矿体浸取率85.24％；而Ⅰ号矿体按照本发明进行注液，经统计Ⅰ号矿体浸取率88.81％，在浸矿剂单耗相同的情况下，本发明比现有技术提高浸取率3.57％。
附表1：Ⅰ号矿体资源单元分布情况表，X为经度，Y为纬度，
附表2：Ⅰ矿体注液时间及分区情况表
Claims (5)
1.一种以矿石体积为依据的离子型稀土分区注液方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一，矿体资料获取
测试矿体地形地貌，对矿体进行探矿，获得探矿孔坐标及品位分布情况；测试矿体饱和渗透系数K、矿体孔隙比e和矿石阳离子交换容量CEC；
步骤二，矿石体积分单元计算
设定单元面积为：1m×1m～20m×20m，将矿区划分若干单元，分别计算各单元的矿石体积和实际坐标值；
步骤三，单位矿石体积浸矿剂消耗量γ计算
取现场矿石配置成矿样，进行柱浸试验，取5个10kg的矿样，按照矿体孔隙比e制备矿柱，分别按照单位矿石体积浸矿剂消耗量γ：3kg/m3、4kg/m3、5kg/m3、6kg/m3和7kg/m3配置浸矿剂溶液，然后进行注液，浸矿剂注完之后继续注入顶水，每隔50ml收集一个母液，测试稀土浓度，计算五个矿柱的浸取率，做出浸取率与单位矿石体积浸矿剂消耗量γ的趋势曲线；选定工程预计浸取率，获得该浸取率情况下的单位矿石体积浸矿剂消耗γ量；
步骤四，单元矿石体积分区区间差值计算
根据矿体饱和渗透系数K，按照式(1)计算注液强度Q，式(1)中a为系数，取值为0.2—0.8；根据式(2)计算单元矿石体积分区区间差值ΔV，式(2)中C为浸矿剂浓度，γ为单位矿石体积浸矿剂消耗量，S为单元面积；
Q＝a*K (1)
步骤五，单元合并成注液分区
以单元内最大矿石体积Vmax为起始点，以ΔV为单元矿石体积分区区间差值，划分注液分区i～[Vmax-i*ΔV，Vmax-(i-1)*ΔV]，i为分区号，取1、2、3、…自然数，将各单元按照矿石体积合并成注液分区；
步骤六，注液
按步骤五划分的注液分区，根据单位矿体体积浸矿剂消耗量γ、浸矿剂浓度C和注液强度Q，依次打开各个区域的注液孔进行注液，浸矿剂溶液注完之后，注入顶水，直至母液中稀土浓度达到没有回收价值时，停止注液。
2.根据权利要求1所述的一种以矿石体积为依据的离子型稀土分区注液方法，其特征是：所述浸矿剂溶液浓度为10g/L—30g/L。
3.根据权利要求1所述的一种以矿石体积为依据的离子型稀土分区注液方法，其特征是：所述顶水的pH为4.5—5。
4.根据权利要求1所述的一种以矿石体积为依据的离子型稀土分区注液方法，其特征是：所述工程预计浸取率为85—95％。
5.根据权利要求1所述的一种以矿石体积为依据的离子型稀土分区注液方法，其特征是：母液中没有回收价值的稀土浓度≤0.1g/L。
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