CN110484723A - 一种厚风化壳淋积型稀土矿原地浸出分层收液系统及方法 - Google Patents

一种厚风化壳淋积型稀土矿原地浸出分层收液系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种厚风化壳淋积型稀土矿原地浸出分层收液系统，包括在矿体厚度的1/3处、2/3处和半风化层与基岩交界面下方5～15cm处沿矿体走向分别布置的一层收液导流孔组，与各层收液导流孔组一一对应的集液沟以及设置于山谷中的集液池；收液导流孔组均包括多个平行且间隔布置的收液导流孔；集液沟均环绕矿体设置，且位于对应的收液导流孔组下方20～50cm处；集液沟均通过管道与集液池连通。通过布置三层收液导流孔组，分层收液，提高了稀土回收率，收液导流孔组与对应的集液沟组成收液体系，构成的三层收液体系相互独立，有利于实现厚风化壳淋积型稀土矿山持续高效生产。

Description

一种厚风化壳淋积型稀土矿原地浸出分层收液系统及方法
技术领域
本发明涉及稀土提取回收技术领域，具体涉及一种厚风化壳淋积型稀土矿原地浸出分层收液系统及方法。
背景技术
风化壳淋积型稀土矿是我国特有的战略资源，广泛分布于江西、福建、广东、广西、湖南与云南等省，具有放射性低、中重稀土元素含量高等特点，被称为高科技技术领域的“工业味精”，风化壳淋积型稀土矿的开采与回收工作得到了国家的高度重视，工程实践中，目前广泛采用原地浸出工艺开采稀土矿体，通过注入浸取剂溶液，发生离子置换反应，将稀土阳离子交换到溶液中，回收浸出液，经除杂，沉淀后获得稀土产品，其中的回收浸出液工序在整个回采工艺过程中起着至关重要的作用，回收工艺的好坏直接决定了原地浸出工艺的成功与失败。
目前除了滇南地区(海拔2225m)风化壳淋积型稀土矿体厚度较大，约为150m，其与地区(海拔324m)的风化壳淋积型稀土矿厚度比较小，最厚约为40m。针对薄风化壳淋积型稀土矿，现采用的原地浸出收液方法步骤为：1)沿着矿体表面人工开挖注液井，注入浸取液；2)利用钻井机械，在半风化壳与基岩的交界处下方10cm处钻取垂直于矿体的导流孔，且沿着矿体走向打一排；3)构筑集液沟与集液池，使得浸出液经导流孔与集液沟引入集液池中，回收浸出液。对于薄风化壳淋积型稀土矿，传统的收液方法提高了稀土回收率，带来了很好的经济效益，在稀土矿山中广泛应用。
高海拔厚风化壳淋积型稀土矿从上至下依次为腐殖层、全风化层和半风化层，矿体下方为基岩，针对高海拔滇南地区的稀土矿风化壳厚度大，内部结构复杂及节理面多等特点，现有的风化壳淋积型稀土矿原地浸出收液方法存在一些问题：在浸矿过程中容易形成大量浸出液“流失”与“沟流”现象，严重影响稀土回收率，增加稀土回收周期，更容易诱发山体滑坡等地质灾害。
发明内容
本发明为解决上述技术问题提供了一种针对高海拔厚风化壳淋积型稀土矿的原地浸出分层收液系统及方法，通过分层收液，多级截流，防止与控制浸出液流失，提高稀土回收率。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种厚风化壳淋积型稀土矿原地浸出分层收液系统，包括在矿体厚度的1/3处、2/3处和半风化层与基岩交界面下方5～15cm处沿矿体走向分别布置的一层收液导流孔组、与各层收液导流孔组一一对应的集液沟以及设置于山谷中的集液池，收液导流孔组均包括多个平行且间隔布置的收液导流孔，三层收液导流孔组的收液导流孔自上至下分别为上层收液导流孔、中层收液导流孔和下层收液导流孔，所述收液导流孔的深度为山脊顶端到边坡收液导流孔出口的水平距离，所述集液沟均环绕所述矿体设置，且位于对应的所述收液导流孔组下方20～50cm处，所述集液沟均通过管道与所述集液池连通。
本发明的有益效果是：通过布置三层收液导流孔组，分层收液，有效的减少浸出液流失，提高了稀土回收率，有利于提高矿体边坡稳定与企业的经济效益；收液导流孔组与对应的集液沟组成收液体系，构成的三层收液体系相互独立，有利于实现厚风化壳淋积型稀土矿山持续高效生产。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述上层收液导流孔、中层收液导流孔和下层收液导流孔在水平面上的投影交替排布。
进一步，任意相邻的两个所述中层收液导流孔对称轴的上方和下方分别设有上层收液导流孔和下层收液导流孔，所述收液导流孔形成菱形收液网络。
采用上述进一步方案的有益效果是上层收液导流孔、中层收液导流孔和下层收液导流孔交叉布置，实现多级截流，有效预防与控制浸出液沟流，实现更大范围回收浸出液，提高稀土回收率。
进一步，所述收液导流孔与水平面的锐夹角为2～6°。
进一步，所述收液导流孔中均设有引流管，且所述引流管伸出所述腐殖层0.5～1m，其出口端位于对应的所述集液沟的上方，所述引流管为PVC管。
进一步，所述收液导流孔的长度为25～250m，直径为5～8cm，每一层收液导流孔组内相邻的收液导流孔的孔间距为0.5～1.5m。
进一步，所述上中下三层集液沟的深度分别为10～40cm、20～50cm、30～60cm，宽度分别为10～40cm、20～50cm、30～60cm。
进一步，所述集液沟内设有防水层。
本发明还提供了一种厚风化壳淋积型稀土矿原地浸出分层收液方法，包括以下步骤：
S1.沿着矿体表面按网格布注液井，深度达到半风化层，并在每个注液井内安插一根PVC管；
S2.在矿体厚度的1/3处、2/3处和半风化层与基岩交界面下方5～15cm处，沿着矿体走向分别钻取一排平行的收液导流孔，每排收液导流孔组成收液导流孔组，三层收液导流孔组的收液导流孔自上至下分别为上层收液导流孔、中层收液导流孔和下层收液导流孔，在每个收液导流孔中安插PVC管；
S3.在矿体边坡的每层收液导流孔下方20～50cm处环所述矿体分别构筑集液沟，收集自每层收液导流管中流出的浸出液；
S4.在山谷下游构筑集液池，通过管道分别将三层集液沟中的浸出液引流至集液池中。
进一步，所述上层收液导流孔、中层收液导流孔和下层收液导流孔在水平面上的投影交替排布。
进一步，任意相邻的两个所述中层收液导流孔对称轴的上方和下方分别设有上层收液导流孔和下层收液导流孔，所述收液导流孔形成菱形收液网络。
进一步，网格的间距为2～3×2～3m，注液井的直径为10～15cm，深度直达半风化层。
用本发明的厚风化壳淋积型稀土矿原地浸出分层收液方法提取稀土的回收效率是现有单层收液方法的1.43～1.67倍，稀土回收率高，并有利于矿体边坡稳定。
附图说明
图1为本发明的厚风化壳淋积型稀土矿原地浸出分层收液系统纵剖面示意图；
图2为本发明上层收液导流孔、中层收液导流孔和下层收液导流孔之间相对位置的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、注液井，2、腐殖层，3、液面高度，4、矿体，5、上层收液导流孔，6、中层收液导流孔，7、下层收液导流孔，8、菱形收液网络。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1-2所示，本实施例提供了一种厚风化壳淋积型稀土矿原地浸出分层收液系统，矿体4自上至下依次为腐殖层2、全风化层和半风化层，所述厚风化壳淋积型稀土矿原地浸出分层收液系统包括在矿体4厚度的1/3处、2/3处和半风化层与基岩交界面下方5～15cm处沿矿体4走向分别布置的一层收液导流孔组，与三层收液导流孔组一一对应的集液沟以及设置于山谷中的集液池，每层收液导流孔组均包括多个平行且间隔布置的收液导流孔，三层收液导流孔组的收液导流孔自上至下分别为上层收液导流孔5、中层收液导流孔6和下层收液导流孔7，所述收液导流孔的深度为山脊顶端到边坡收液导流孔出口的水平距离，所述集液沟均环绕所述矿体4设置，且位于对应的所述收液导流孔组下方20～50cm处，每条所述集液沟均通过管道与所述集液池连通。
作为优选的，所述上层收液导流孔5、中层收液导流孔6和下层收液导流孔7在水平面上的投影交替排布。
作为优选地，任意相邻的两个中层收液导流孔6的对称轴的上方和下方分别设有上层收液导流孔5和下层收液导流孔7，所述收液导流孔形成菱形收液网络8。
所述收液导流孔与水平面的锐夹角为2～6°，使得收液导流孔中收集的浸出液靠重力流至出口处，进而汇集至集液沟，收液导流孔的长度为25～250m，直径为5～8cm，优选6cm，每一层收液导流孔组内相邻的收液导流孔的孔间距为0.5～1.5m，优选1m，收液导流孔中安插引流管，其外缘穿过腐殖层20.5～1m，引流管可以选择PVC管，其出口端位于对应的所述集液沟的上方。
集液沟为用土构筑而成，其具有4～8°的坡度以依靠重力将浸出液流至其较低的一端，集液沟内设有防水层，防水层可以选择防水塑料布，将防水塑料布铺设在集液沟内表面，防水塑料布延伸至集液沟的两边，并用沙袋或石头压住予以固定，三层集液沟自上至下分别为上层集液沟、中层集液沟和下层集液沟，上层集液沟、中层集液沟和下层集液沟的深度分别为10～40cm、20～50cm、30～60cm，优选分别为30cm、40cm和50cm，宽度分别为10～40cm、20～50cm、30～60cm，优选分别为20cm、30cm和40cm。集液池低于三层集液沟，利用三条直径为15～20cm的连通管道，高强度PVC管，将三条集液沟分别与集液池连通，连通管道与集液沟连接的一端设置在集液沟的较低端的中部，可以选择高强度PVC管，通过重力作用，将上层收液导流孔5、中层收液导流孔6和下层收液导流孔7的浸出液分别引流至集液池内，共形成三条独立的收液体系。
集液池设置在山谷处，可以通过机械、人工开挖形成，其内表面为弧形面，集液池的直径为10～15m，深度为3～5m，在集液池的底部铺设一层防水塑料布，并用沙袋对其固定。
实施例2
滇南地区某高海拔厚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RE2O30.079％。该矿山采用原地浸出分层收液方法回收稀土，具体步骤如下：
S1.沿着矿体4表面布置网格注液井1，间距为2×2m，注液井1直径为10cm，深度达到半风化层，并在每个注液井1内安插一根与井深相当，且直径为4cm的高强度PVC管，使得全部浸取液2％硫酸铵经过PVC管快速流入矿体4内，有效防止塌孔，控制浸取剂的流量，使得浸取剂溶液在注液井1中的液面高度3低于腐殖层2；
S2.利用千米钻，在矿体4厚度的1/3处、2/3处和半风化层与基岩交界面下方10cm处，沿矿体4走向分别钻取一排平行的收液导流孔，每排收液导流孔组成收液导流孔组，三层收液导流孔组的收液导流孔自上至下分别为上层收液导流孔5、中层收液导流孔6和下层收液导流孔7，上层收液导流孔5的深度为25～100m，坡度为2°，中层收液导流孔6的深度为60～160m，坡度为3°，下层收液导流孔7的深度为100～200m，坡度为4°，每个收液导流孔的直径均为10cm，同一层收液导流孔组内相邻收液导流孔的孔间距为1m，任意相邻的两个所述中层收液导流孔6对称轴的上方和下方分别设有上层收液导流孔5和下层收液导流孔7，即中层收液导流孔6与上层收液导流孔5和下层收液导流孔7均在水平方向上错开半个孔间距设置，在每个收液导流孔中安插一根直径为6cm的PVC管，长度为穿过腐殖层21m；
S3.在矿体4边坡的每层收液导流孔下方30cm处环所述矿体4边坡用土分别构筑集液沟，收集自每层收液导流管中的PVC管中流出的浸出液，三层集液沟自上至下分别为上层集液沟、中层集液沟和下层集液沟，上层集液沟、中层集液沟和下层集液沟的深度分别为30cm、40cm和50cm，宽度分别为20cm、30cm和40cm，坡度分别为8°、6°和4°，并在集液沟的内表面上铺设一层防水塑料布，用沙袋将其固定；
S4.在山谷下游构筑集液池，可以通过机械、人工开挖形成，其内表面为弧形面，集液池的直径为12m，深度为5m，在集液池的底部铺设一层防水塑料布，并用沙袋对其固定，分别用三根直径为18cm连通管道，将三条集液沟与集液池连通，连通管道固定在矿体4边坡上，通过连通管道将三层集液沟中的浸出液分别引流至集液池中，然后再通过离心泵将集液池中浸出液送至水冶车间，连通管道可以选择高强度PVC管。
稀土浸出液经除杂后，利用碳酸氢铵沉淀，获取碳酸稀土产品，稀土品位在RE2O325.2％，稀土回收率达到94.1％。
实施例3
滇南地区某高海拔厚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RE2O30.091％。该矿山采用原地浸出分层收液方法回收稀土，具体步骤如下：
S1.沿着矿体4表面布置网格注液井1，间距为3×3m，注液井1直径为15cm，深度达到半风化层，并在每个注液井1内安插一根与井深相当，且直径为6cm的高强度PVC管，使得全部浸取液2％硫酸铵经过PVC管快速流入矿体4内，有效防止塌孔，控制浸取剂的流量，使得浸取剂溶液在注液井1中的液面高度3低于腐殖层2；
S2.利用千米钻，在矿体4厚度的1/3处、2/3处和半风化层与基岩交界面下方10cm处，沿矿体4走向分别钻取一排平行的收液导流孔，每排收液导流孔组成收液导流孔组，三层收液导流孔组的收液导流孔自上至下分别为上层收液导流孔5、中层收液导流孔6和下层收液导流孔7，上层收液导流孔5的深度为50～110m，坡度为2°，中层收液导流孔6的深度为80～180m，坡度为4°，下层收液导流孔7的深度为150～250m，坡度为6°，每个收液导流孔的直径均为12cm，同一层收液导流孔组内相邻收液导流孔的孔间距为1.2m，任意相邻的两个所述中层收液导流孔6对称轴的上方和下方分别设有上层收液导流孔5和下层收液导流孔7，即中层收液导流孔6与上层收液导流孔5和下层收液导流孔7均在水平方向上错开半个孔间距设置，在每个收液导流孔中安插一根直径为8cm的PVC管，长度为穿过腐殖层20.8m；
S3.在矿体4边坡的每层收液导流孔下方40cm处环所述矿体4边坡用土分别构筑集液沟，收集自每层收液导流管中的PVC管中流出的浸出液，三层集液沟自上至下分别为上层集液沟、中层集液沟和下层集液沟，上层集液沟、中层集液沟和下层集液沟的深度分别为30cm、40cm和60cm，宽度分别为20cm、30cm和50cm，坡度分别为6°、5°和4°，并在集液沟的内表面上铺设一层防水塑料布，用沙袋将其固定；
S4.在山谷下游构筑集液池，可以通过机械、人工开挖形成，其内表面为弧形面，集液池的直径为15m，深度为3m，在集液池的底部铺设一层防水塑料布，并用沙袋对其固定，分别用三根直径为18cm连通管道，将三条集液沟与集液池连通，连通管道固定在矿体4边坡上，通过连通管道将三层集液沟中的浸出液分别引流至集液池中，然后再通过离心泵将集液池中浸出液送至水冶车间，连通管道可以选择高强度PVC管。
稀土浸出液经除杂后，利用碳酸氢铵沉淀，获取碳酸稀土产品，稀土品位在RE2O324.3％，稀土回收率达到91.8％。
实施例4
滇南地区某高海拔厚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RE2O30.085％。该矿山采用原地浸出分层收液方法回收稀土，具体步骤如下：
S1.沿着矿体4表面布置网格注液井1，间距为2×2m，注液井1直径为12cm，深度达到半风化层，并在每个注液井1内安插一根与井深相当，且直径为5cm的高强度PVC管，使得全部浸取液2％硫酸铵经过PVC管快速流入矿体4内，有效防止塌孔，控制浸取剂的流量，使得浸取剂溶液在注液井1中的液面高度3低于腐殖层2；
S2.利用千米钻，在矿体4厚度的1/3处、2/3处和半风化层与基岩交界面下方10cm处，沿矿体4走向分别钻取一排平行的收液导流孔，每排收液导流孔组成收液导流孔组，三层收液导流孔组的收液导流孔自上至下分别为上层收液导流孔5、中层收液导流孔6和下层收液导流孔7，上层收液导流孔5的深度为30～100m，坡度为2°，中层收液导流孔6的深度为50～150m，坡度为3°，下层收液导流孔7的深度为100～200m，坡度为5°，每个收液导流孔的直径均为8cm，同一层收液导流孔组内相邻收液导流孔的孔间距为0.8m，任意相邻的两个所述中层收液导流孔6对称轴的上方和下方分别设有上层收液导流孔5和下层收液导流孔7，即中层收液导流孔6与上层收液导流孔5和下层收液导流孔7均在水平方向上错开半个孔间距设置，在每个收液导流孔中安插一根直径为5cm的PVC管，长度为穿过腐殖层20.7m；
S3.在矿体4边坡的每层收液导流孔下方20cm处环所述矿体4边坡用土分别构筑集液沟，收集自每层收液导流管中的PVC管中流出的浸出液，三层集液沟自上至下分别为上层集液沟、中层集液沟和下层集液沟，上层集液沟、中层集液沟和下层集液沟的深度分别为40cm、50cm和60cm，宽度分别为30cm、40cm和50cm，坡度分别为7°、6°和5°，并在集液沟的内表面上铺设一层防水塑料布，用沙袋将其固定；
S4.在山谷下游构筑集液池，可以通过机械、人工开挖形成，其内表面为弧形面，集液池的直径为10m，深度为4m，在集液池的底部铺设一层防水塑料布，并用沙袋对其固定，分别用三根直径为15cm连通管道，将三条集液沟与集液池连通，连通管道固定在矿体4边坡上，通过连通管道将三层集液沟中的浸出液分别引流至集液池中，然后用在通过离心泵将集液池中浸出液送至水冶车间，连通管道可以选择高强度PVC管。
稀土浸出液经除杂后，利用碳酸氢铵沉淀，获取碳酸稀土产品，稀土品位在RE2O325％，稀土回收率达到93％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种厚风化壳淋积型稀土矿原地浸出分层收液系统，矿体(4)自上至下依次为腐殖层(2)、全风化层和半风化层，其特征在于，包括在矿体(4)厚度的1/3处、2/3处和半风化层与基岩交界面下方5～15cm处沿矿体(4)走向分别布置的一层收液导流孔组，与各层收液导流孔组一一对应的集液沟以及设置于山谷中的集液池；
收液导流孔组均包括多个平行且间隔布置的收液导流孔，三层收液导流孔组的收液导流孔自上至下分别为上层收液导流孔(5)、中层收液导流孔(6)和下层收液导流孔(7)，所述收液导流孔的深度为山脊顶端到边坡收液导流孔出口的水平距离；
所述集液沟均环绕所述矿体(4)设置，且位于对应的所述收液导流孔组下方20～50cm处；
所述集液沟均通过管道与所述集液池连通。
2.根据权利要求1所述的一种厚风化壳淋积型稀土矿原地浸出分层收液系统，其特征在于，所述上层收液导流孔(5)、中层收液导流孔(6)和下层收液导流孔(7)在水平面上的投影交替排布。
3.根据权利要求2所述的一种厚风化壳淋积型稀土矿原地浸出分层收液系统，其特征在于，任意相邻的两个所述中层收液导流孔(6)对称轴的上方和下方分别设有上层收液导流孔(5)和下层收液导流孔(7)，所述收液导流孔形成菱形收液网络(8)。
4.根据权利要求1所述的一种厚风化壳淋积型稀土矿原地浸出分层收液系统，其特征在于，所述收液导流孔与水平面的锐夹角为2～6°。
5.根据权利要求1所述的一种厚风化壳淋积型稀土矿原地浸出分层收液系统，其特征在于，所述收液导流孔中均设有引流管，且所述引流管伸出腐殖层(2)0.5～1m，其出口端位于对应的所述集液沟的上方，所述引流管为PVC管。
6.根据权利要求1所述的一种厚风化壳淋积型稀土矿原地浸出分层收液系统，其特征在于，所述收液导流孔的长度为25～250m，直径为5～8cm，每一层收液导流孔组内相邻的收液导流孔的孔间距为0.5～1.5m。
7.根据权利要求1所述的一种厚风化壳淋积型稀土矿原地浸出分层收液系统，其特征在于，上中下三层所述集液沟的深度分别为10～40cm、20～50cm、30～60cm，宽度分别为10～40cm、20～50cm、30～60cm。
8.根据权利要求1所述的一种厚风化壳淋积型稀土矿原地浸出分层收液系统，其特征在于，所述集液沟内设有防水层。
9.一种厚风化壳淋积型稀土矿原地浸出分层收液方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.沿着矿体(4)表面按网格布注液井(1)，深度达到半风化层，并在每个注液井(1)内安插一根PVC管；
S2.在矿体(4)厚度的1/3处、2/3处和半风化层与基岩交界面下方5～15cm处，沿矿体(4)走向分别钻取一排平行的收液导流孔，每排收液导流孔组成收液导流孔组，三层收液导流孔组的收液导流孔自上至下分别为上层收液导流孔(5)、中层收液导流孔(6)和下层收液导流孔(7)，在每个收液导流孔中安插PVC管；
S3.在矿体(4)边坡的每层收液导流孔下方20～50cm处环所述矿体(4)分别构筑集液沟，收集自每层收液导流管中流出的浸出液；
S4.在山谷下游构筑集液池，通过管道将三层集液沟中的浸出液引流至集液池中。
10.根据权利要求9所述的一种厚风化壳淋积型稀土矿原地浸出分层收液方法，其特征在于，所述上层收液导流孔(5)、中层收液导流孔(6)和下层收液导流孔(7)在水平面上的投影交替排布。
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