CN111088439B - 一种风化壳淋积型稀土矿闭矿场残留铵盐的淋洗方法 - Google Patents

一种风化壳淋积型稀土矿闭矿场残留铵盐的淋洗方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种风化壳淋积型稀土矿闭矿场残留铵盐的淋洗方法，涉及矿区污染治理和土壤修复领域，包括以下步骤：1）向风化壳淋积型稀土矿的闭矿场中注入金属盐溶液，进行淋洗脱除，得到残留铵盐洗脱液，所述金属盐溶液、稀土矿的质量之比为1~3:1；2）含残留铵盐洗脱液经导流孔汇入集液池，进行氨氮集中处理。本发明第一步通过堆浸或原地浸出闭矿场原有的注液管注入金属盐溶液作为淋洗剂，再通过导流孔收集淋出液进行氨氮集中处理，与直接利用清水淋洗脱除闭矿场中残留铵盐的工艺相比，该方法效率高，能高效淋洗脱除风化壳淋积型稀土矿闭矿场中大量残留的铵盐浸矿剂。

Description

一种风化壳淋积型稀土矿闭矿场残留铵盐的淋洗方法
技术领域
本发明涉及矿区污染治理和土壤修复领域，具体涉及一种风化壳淋积型稀土矿闭矿场残留铵盐的淋洗方法。
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，极具经济战略价值，使得该矿的开采得到国内外的高度重视。风化壳淋积型稀土矿是由含有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，形成风化壳淋积型稀土矿。工业上通常采用堆浸或原地浸出工艺，直接注入硫酸铵或氯化铵溶液，通过离子交换将稀土离子交换于溶液中，得到稀土浸出液，再从稀土浸出液中提取稀土。
风化壳淋积型稀土矿在采用硫酸铵或氯化铵作为浸矿剂堆浸或原地浸矿闭矿后，大量铵盐残留在矿体中，长期的缓慢释放，使得矿区地下水、地表水氨氮严重超标，甚至导致区域性水体污染。现有技术中往往是使用清水进行淋洗脱除闭矿场中残留铵盐，清洗效率低，洗脱率差。对减轻残留铵盐长期缓释对环境产生的污染效果差。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种风化壳淋积型稀土矿闭矿场残留铵盐的淋洗方法，该淋洗方法能高效地淋洗脱除堆浸或原地浸出闭矿场中大量残留的铵盐浸矿剂，极大程度降低闭矿场中铵盐的残留量，有效解决风化壳淋积型稀土矿堆浸或原地浸出所造成的区域氨氮污染问题。
一种风化壳淋积型稀土矿闭矿场残留铵盐的淋洗方法，包括以下步骤：
1）向风化壳淋积型稀土矿的闭矿场中注入金属盐溶液，进行淋洗脱除，得到残留铵盐洗脱液，所述金属盐溶液、稀土矿的质量之比为1~3:1；
2）含残留铵盐洗脱液经导流孔汇入集液池，进行氨氮集中处理。
其中，步骤（1）所述的金属盐溶液为钙盐、钠盐、钾盐、镁盐、铁盐中的一种，所述金属盐可以为硫酸金属盐、氯化金属盐、硝酸金属盐中的一种，例如所述金属盐可以为硝酸钙、氯化钠、硝酸镁、硫酸铁、硝酸钾中的一种。
同时，所述金属盐溶液的浓度为0.04 ~ 0.30 mol/L。
在进行淋洗脱除之前应对金属盐溶液的pH进行调整，向所述金属盐溶液中加入pH调节剂，pH调节剂为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或多种，金属盐溶液的pH值为5.0~7.0。
在喷淋时所述金属盐溶液的注液流速为0.4 ~ 0.8 mL/min。
闭矿场残留铵盐淋洗机理：风化壳淋积型稀土矿主要由黏土矿物组成，其为铝硅酸盐，是一种天然的无机离子交换剂，强电解质盐类淋洗剂在风化壳淋积型稀土矿尾矿中与残留铵进行的离子交换反应可表示为：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE001
式中：s代表固相；aq代表液相；M代表强电解质阳离子。
该离子交换反应是一个可逆非均相反应，它是风化壳淋积型稀土矿闭矿场化学淋洗脱除残留铵盐的理论基础。
风化壳淋积型稀土矿闭矿场残留铵盐淋洗脱除过程的实质，一部分是残留在稀土矿表面的铵盐浸矿剂进入液相被淋洗脱除的过程，另一部分是完成淋洗剂中的电解质由溶液转入固相，黏土矿物吸附的铵根离子由固相转入液相的传质过程。在淋洗脱铵过程中，物理残留在矿物颗粒表面的铵盐浸矿会直接溶解进入流动层，但对于化学残留的铵，流动层的电解质阳离子须通过结合液层达到黏土矿物颗粒表面与其吸附的铵根离子发生交换反应，而被交换下来的铵根离子也同样需要通过结合液层达到流动层中，含残留铵盐洗脱液经导流孔汇入集液池，使得化学残留的铵转入流动层中被脱除。
氨氮集中处理：集液池收集的氨氮淋洗液会泵入氨氮废水处理厂，采用生物消化技术或磷酸铵镁沉淀法处理去除氨氮。
本发明步通过堆浸或原地浸出闭矿场原有的注液管注入金属盐溶液作为淋洗剂，再通过导流孔收集淋出液进行氨氮集中处理，与直接利用清水淋洗脱除闭矿场中残留铵盐的工艺相比，该方法效率高，能高效淋洗脱除风化壳淋积型稀土矿闭矿场中大量残留的铵盐浸矿剂，有效解决风化壳淋积型稀土矿堆浸或原地浸出闭矿场大量残留铵盐长期缓释所造成的区域氨氮污染问题。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述。
对比例
选取江西省赣州市龙南县某风化壳淋积型稀土矿原地浸出闭矿场矿样作为试验研究，闭矿场矿样残留铵含量为1.86 mg/g（以N计），利用去离子水采用柱浸模拟实际工艺对残留铵盐进行淋洗，其淋洗包括以下步骤：
在柱浸风化壳淋积型稀土矿尾矿模拟实际工艺条件下，按去离子水与稀土矿的质量比为3:1的比例向稀土矿尾矿中注入去离子水，淋洗得到铵盐洗脱液。
闭矿场稀土矿样残留铵盐的洗脱率为64.75 %。
实施例1
选取江西省赣州市龙南县某风化壳淋积型稀土矿原地浸出闭矿场矿样作为试验研究，闭矿场矿样残留铵含量为1.86 mg/g（以N计），利用本发明的一种风化壳淋积型稀土矿闭矿场残留铵盐的淋洗方法采用柱浸模拟实际工艺对残留铵盐进行淋洗，包括以下步骤：
1）在柱浸风化壳淋积型稀土矿尾矿模拟实际工艺条件下，用盐酸调节氯化钠溶液的pH值为5.0，向风化壳淋积型稀土矿的闭矿场中注入氯化钠溶液，氯化钠溶液的浓度为0.04 mol/L，进行淋洗脱除，注液流速为0.4 mL/min，得到残留铵盐洗脱液，所述氯化钠溶液、稀土矿的质量之比为1:1；
2）含残留铵盐洗脱液经导流孔汇入集液池，进行氨氮集中处理。
闭矿场稀土矿样残留铵盐的洗脱率为89.6 %。
实施例2
选取江西省赣州市龙南县某风化壳淋积型稀土矿原地浸出闭矿场矿样作为试验研究，闭矿场矿样残留铵含量为1.86 mg/g（以N计），利用本发明的一种风化壳淋积型稀土矿闭矿场残留铵盐的淋洗方法采用柱浸模拟实际工艺对残留铵盐进行淋洗，包括以下步骤：
1）在柱浸风化壳淋积型稀土矿尾矿模拟实际工艺条件下，用硫酸调节硝酸钙溶液的pH值为7.0，向风化壳淋积型稀土矿的闭矿场中注入硝酸钙溶液，硝酸钙溶液的浓度为0.30 mol/L，进行淋洗脱除，注液流速为0.8 mL/min，得到残留铵盐洗脱液，所述硝酸钙溶液、稀土矿的质量之比为3:1；
2）含残留铵盐洗脱液经导流孔汇入集液池，进行氨氮集中处理。
闭矿场稀土矿样残留铵盐的洗脱率为90.68 %。
实施例3
选取江西省赣州市龙南县某风化壳淋积型稀土矿原地浸出闭矿场矿样作为试验研究，闭矿场矿样残留铵含量为1.86 mg/g（以N计），利用本发明的一种风化壳淋积型稀土矿闭矿场残留铵盐的淋洗方法采用柱浸模拟实际工艺对残留铵盐进行淋洗，包括以下步骤：
1）在柱浸风化壳淋积型稀土矿尾矿模拟实际工艺条件下，用硝酸调节硝酸镁溶液的pH值为5.5，向风化壳淋积型稀土矿的闭矿场中注入硝酸镁溶液，硝酸镁溶液的浓度为0.1 mol/L，进行淋洗脱除，注液流速为0.6 mL/min，得到残留铵盐洗脱液，所述硝酸镁溶液、稀土矿的质量之比为2:1；
2）含残留铵盐洗脱液经导流孔汇入集液池，进行氨氮集中处理。
闭矿场稀土矿样残留铵盐的洗脱率为92.38 %。
实施例4
选取江西省赣州市龙南县某风化壳淋积型稀土矿原地浸出闭矿场矿样作为试验研究，闭矿场矿样残留铵含量为1.86 mg/g（以N计），利用本发明的一种风化壳淋积型稀土矿闭矿场残留铵盐的淋洗方法采用柱浸模拟实际工艺对残留铵盐进行淋洗，包括以下步骤：
1）在柱浸风化壳淋积型稀土矿尾矿模拟实际工艺条件下，用硫酸调节硫酸铁溶液的pH值为5.5，向风化壳淋积型稀土矿的闭矿场中注入硫酸铁溶液，硫酸铁溶液的浓度为0.2 mol/L，进行淋洗脱除，注液流速为0.5 mL/min，得到残留铵盐洗脱液，所述硫酸铁溶液、稀土矿的质量之比为2.5:1；
2）含残留铵盐洗脱液经导流孔汇入集液池，进行氨氮集中处理。
闭矿场稀土矿样残留铵盐的洗脱率为91.27 %。
实施例5
选取江西省赣州市龙南县某风化壳淋积型稀土矿原地浸出闭矿场矿样作为试验研究，闭矿场矿样残留铵含量为1.86 mg/g（以N计），利用本发明的一种风化壳淋积型稀土矿闭矿场残留铵盐的淋洗方法采用柱浸模拟实际工艺对残留铵盐进行淋洗，包括以下步骤：
1）在柱浸风化壳淋积型稀土矿尾矿模拟实际工艺条件下，用硝酸调节硝酸钾溶液的pH值为6.5，向风化壳淋积型稀土矿的闭矿场中注入硝酸钾溶液，硝酸钾溶液的浓度为0.15 mol/L，进行淋洗脱除，注液流速为0.7mL/min，得到残留铵盐洗脱液，所述硝酸钾溶液、稀土矿的质量之比为1.5:1；
2）含残留铵盐洗脱液经导流孔汇入集液池，进行氨氮集中处理。
闭矿场稀土矿样残留铵盐的洗脱率为91.96 %。
本发明第一步通过堆浸或原地浸出闭矿场原有的注液管注入金属盐溶液作为淋洗剂，再通过导流孔收集淋出液进行氨氮集中处理，与直接利用清水淋洗脱除闭矿场中残留铵盐的工艺相比，该方法效率高，能高效淋洗脱除风化壳淋积型稀土矿闭矿场中大量残留的铵盐浸矿剂，有效解决风化壳淋积型稀土矿堆浸或原地浸出闭矿场大量残留铵盐长期缓释所造成的区域氨氮污染问题。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种风化壳淋积型稀土矿闭矿场残留铵盐的淋洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）向风化壳淋积型稀土矿的闭矿场中注入金属盐溶液，进行淋洗脱除，得到残留铵盐洗脱液，所述金属盐溶液、稀土矿的质量之比为1~3:1；
2）含残留铵盐洗脱液经导流孔汇入集液池，进行氨氮集中处理；
步骤（1）所述的金属盐溶液为钙盐、钠盐、钾盐、镁盐、铁盐中的一种，所述金属盐溶液的注液流速为0.4 ~ 0.8 mL/min。
2.根据权利要求1所述的一种风化壳淋积型稀土矿闭矿场残留铵盐的淋洗方法，其特征在于，所述金属盐为硫酸金属盐、氯化金属盐、硝酸金属盐中的一种。
3.根据权利要求2所述的一种风化壳淋积型稀土矿闭矿场残留铵盐的淋洗方法，其特征在于，所述金属盐为硝酸钙、氯化钠、硝酸镁、硫酸铁、硝酸钾中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种风化壳淋积型稀土矿闭矿场残留铵盐的淋洗方法，其特征在于，所述金属盐溶液的浓度为0.04 ~ 0.30 mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种风化壳淋积型稀土矿闭矿场残留铵盐的淋洗方法，其特征在于：所述金属盐溶液中加入pH调节剂。
6.根据权利要求5所述的一种风化壳淋积型稀土矿闭矿场残留铵盐的淋洗方法，其特征在于，所述金属盐溶液的pH值为5.0~7.0。
7.根据权利要求6所述的一种风化壳淋积型稀土矿闭矿场残留铵盐的淋洗方法，其特征在于，所述pH调节剂为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或多种。
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