CN113444882A - 离子吸附型稀土矿原地浸矿场渗漏母液回收系统和治理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种离子吸附型稀土矿原地浸矿场渗漏母液回收系统和治理方法，涉及矿山地下水污染防治技术领域，系统包括母液截获区、截渗屏障；截渗屏障位于矿区下游10～50m沟谷处；母液截获区布设于所述截渗屏障上游5～10m处，包括渗漏液回收井、至少一个渗漏液集液井和连通孔；渗漏液集液井收集分散渗漏液，连通孔将收集的渗漏液导流至渗漏液回收井中，渗漏液回收井将截获的渗漏液集中泵至母液处理车间，回收有价资源。本发明能高效回收原地浸矿场渗漏母液，同时控制地下水中污染物扩散，能有效改善原地浸矿场周边地下水污染。
Description
技术领域
本发明涉及矿山地下水污染防治技术领域，尤其是涉及一种离子吸附型稀土矿原地浸矿场渗漏母液回收系统和治理方法。
背景技术
离子稀土矿床分布于高差不大的丘陵地貌，离子吸附型稀土矿床是由含稀土的花岗岩等火山岩类在温湿气候和低山丘陵条件下经强烈风化作用而形成的风化壳，矿体一般赋存于全风化及半风化带。
离子型稀土原地浸矿场开采及闭矿后，注入及残留母液pH4～5，呈酸性，且携带氨氮、硫酸盐、重金属等污染物，进入地下水，从而污染原地浸矿场周边水土环境。现有技术中对于如何控制原地浸矿采场周边地下水污染研究较少。
原地浸矿采场及下游水文地质条件有如下特点：地层自上至下依次为第四系砂砾石或粉粘土、全风化带、半风化带、微风化带，未风化带，其中砾石孔隙度25～40％，砂孔隙度25～50％，粘土孔隙度40％～70％，全风化带多被填充，空隙率低，半风化带裂隙较发育，填充物少，微风化带裂隙稀少；第四系砂砾石或粉粘土渗透系数10-5～10-2cm/s，全风化岩、半风化岩渗透系数10-5～10-3cm/s，微风化岩渗透系数10-7～10-6cm/s，为相对隔水层。地下水位通常位于半风化带，且风化裂隙含水层具有不连续性。离子型稀土原地浸矿采场区的地下水具有埋藏浅、径流短、连通性较差、径流快、地下水和地表水联系紧密的特点。
原地浸矿采场收液系统布设在矿体底板风化层中，开采期母液85％通过收液系统收集，约15％无组织渗漏，渗漏母液中浸矿液浓度2％～3％，pH4～5，呈酸性，随地下水向下游运动，部分出露至地表，现状部分稀土矿企业在下游设置抽液井回收，由于水力坡度大，且风化裂隙水连通性差，回收效果差。
为了进一步回收渗漏液中的稀土等资源，需要将携带渗漏液的地下水进行抽提，即水力截获技术。但抽提技术在径流快、地下水水力坡度大、地下水连通性差的地方运行效果大打折扣。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种离子吸附型稀土矿原地浸矿场渗漏母液回收系统，能高效控制地下水中污染物扩散，将其污染控制在采场以外一定范围内。
本发明的目的之二在于提供一种离子吸附型稀土矿原地浸矿场渗漏母液治理方法，采用上述回收系统进行治理。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种离子吸附型稀土矿原地浸矿场渗漏母液回收系统，包括母液截获区和截渗屏障；
所述截渗屏障位于矿区下游10～50m沟谷处，所述截渗屏障垂直于地下水流向设置，所述截渗屏障的水平两端延伸至山坡处半风化层与微风化层接触带；
所述母液截获区布设于所述截渗屏障上游5～10m处，所述母液截获区包括渗漏液回收井、至少一个渗漏液集液井和连通孔；
所述渗漏液回收井位于山谷中间位置，井深至微风化层，所述渗漏液回收井内设置有泵，用于将截获的渗漏液集中泵至母液处理车间，回收有价资源；
至少一个所述渗漏液集液井分布于所述渗漏液回收井两侧，井深至微风化层，所述渗漏液集液井内设置有耐酸性花管，用于收集分散的渗漏液；
所述连通孔连通至少一个所述渗漏液集液井，并最终连通至所述渗漏液回收井，所述连通孔位于半化带中，所述连通孔内置入耐酸性花管，用于将收集的渗漏液导流至所述渗漏液回收井中。
进一步的，所述截渗屏障采用柔性HDPE膜，所述柔性HDPE膜的防渗系数小于10- 7cm/s。
进一步的，所述截渗屏障采用化学注浆形成；
注浆液采用丙烯酸盐、水溶性聚氨酯、油溶性聚氨酯、环氧树脂类灌浆材料中的一种或几种。
进一步的，所述渗漏液回收井的井径为1～2m；
所述渗漏液集液井为垂直井，井径为0.8～1.0m；
所述连通孔呈水平或向下倾斜，孔径为0.3～0.5m。
进一步的，所述截渗屏障下游布置监控井，用于监测截获前后地下水水位、渗漏母液中特征元素浓度。
进一步的，所述渗漏液回收井内设置探头和蠕动泵，连接至地下水位、水质在线监测设备，在稀土和浸矿剂含量达到可回收利用价值时，启动耐酸泵抽水。
第二方面，本发明提供了一种离子吸附型稀土矿原地浸矿场渗透母液治理方法，包括：利用上述离子吸附型稀土矿原地浸矿场渗漏母液回收系统进行治理。
本发明提供的离子吸附型稀土矿原地浸矿场渗漏母液回收系统和治理方法至少具有如下有益效果：
本发明针对离子型稀土矿区原地浸矿开采过程中渗漏母液迁移至收液系统下游造成稀土资源损失及地下水环境污染问题，鉴于离子型稀土矿区水文地质条件，构筑截渗屏障、母液截获区两道屏障，截渗屏障能大大降低水力坡度，增强母液回收井的运行效果，同时防止渗漏液进一步扩散污染地下水；鉴于稀土矿区风化裂隙含水层具有不连续性，地下水连通性差，富水性相对较差，母液截获区由渗漏母液回收井、渗漏母液集液井、连通孔组成，在地下水中稀土和浸矿剂含量达到可回收利用价值时，启动渗漏液截流技术，利用渗漏液集液井收集分散渗漏液，连通孔将收集的渗漏液导流至渗漏液回收井中，渗漏液回收井将截获的渗漏液集中泵至母液处理车间，回收有价资源。
本发明能高效回收原地浸矿场渗漏母液，高效控制地下水中污染物扩散，有效改善原地浸矿采场周边地下水污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种实施方式提供的离子吸附型稀土矿原地浸矿场渗漏母液回收系统平面图；
图2为本发明一种实施方式提供的离子吸附型稀土矿原地浸矿场渗漏母液回收系统剖面图；
图3为本发明一种实施方式提供的母液截获区示意图；
图4为本发明一种实施方式提供的截渗屏障剖面图。
图标：100-母液截获区；200-截渗屏障；110-渗漏液回收井；120-渗漏液集液井；130-连通孔；140-监测井；210-注浆孔。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
如图1-图3所示，本发明提供了一种离子吸附型稀土矿原地浸矿场渗漏母液回收系统，包括母液截获区100和截渗屏障200；
截渗屏障200位于矿区下游10～50m沟谷处，截渗屏障200垂直于地下水流向设置，两端延伸至山坡处半风化层与微风化层接触带；
在一种实施例中，截渗屏障采用防渗系数小于10-7cm/s的柔性HDPE膜。安装方式可以采用开槽式，即先开挖成槽、再沉入HDPE膜，利用防渗材料填充HDPE膜与槽缝隙。
在另一种实施例中，采用化学注浆方式形成截渗屏障，注浆材料包括丙烯酸盐、水溶性聚氨酯、油溶性聚氨酯、环氧树脂类灌浆材料中的一种或几种。
需要说明的是，常规防渗采用水泥注浆，水泥为碱性材料，而渗漏母液pH 4～5，对水泥防渗墙产生腐蚀，破坏其结构，因此，需使用其它注浆材料。灌浆目的层为第四系土层及岩石风化层，第四系土层含均匀孔隙，风化裂隙具有发育非均匀，各向异向，微空隙性等特点，灌浆目的是阻水，灌浆材料应能很好地注入、渗入松散土体及岩体细小裂隙，防渗能力强。上述注浆材料适用于离子吸附型稀土矿原地浸矿场浸矿渗漏液回收。
优选地，注浆方法如下：
截渗屏障注浆孔布设，如图4所示。布设2～3排注浆孔210。排间距0.5～1.5m，孔间距0.3～0.8m，孔径20～50mm，孔深至微风化层以下1～2m，用洛阳铲快速成孔。
注浆孔注浆顺序。如采用2排孔，先灌注下游排孔，再灌注上游排孔，如采用3排孔，先灌注下游排，再灌注上游排，最后灌注中间排；每排采用二序或三序孔注浆；
注浆孔饱水带注浆。探明地下水水位，地下水位以下为饱水带，自身含有动水，注入水溶性聚氨酯、改性后的亲水性有机灌浆材料、复合亲水性有机灌浆材料，灌浆采用自下而上分段灌浆法，每段2～4m，每段灌浆时间为10～30min，灌浆压力1.0～2.0MPa；
注浆孔包气带注浆。地下水位以上为包气带，无明水，无动水，注入丙烯酸盐、油溶性聚氨酯、环氧树脂类灌浆材料。灌浆采用自下而上分段灌浆法，每段2～4m，每段灌浆时间为10～30min，灌浆压力0.5～1.0MPa。灌浆完成后5～10min后进行封孔；
注浆孔注浆验收。灌浆施工完成1d后，进行压水试验，压水试验自上而下分段进行，每段2～5m。在0.2～0.5MPa的压力下，每3～5min测读一次压入一定流量的水，连续四次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10％，或最大值与最小值之差小于1L/min时，本阶段试验即可结束；要求灌后各段透水率小于1Lu。
截渗屏障的作用在于大大降低水力坡度，降低地下水流速，增强母液截获区的运行效果，同时有效防止渗漏母液地下水绕流至截渗屏障下游带，进一步扩散污染地下水资源。
将采场下游、截渗屏障上游区域设为母液截获区—母液截获区，母液截获区100布设于截渗屏障200上游5～10m处，母液截获区100由渗漏液回收井110、至少一个渗漏液集液井120和连通孔130组成。
需要说明的是，鉴于稀土矿区风化裂隙含水层具有不连续性，地下水连通性差，富水性相对较差，母液截获区由渗漏母液回收井、渗漏母液集液井、连通孔组成，集液井收集分散渗漏液，连通孔将收集的渗漏液导流至渗漏液回收井中，渗漏液回收井将截获的渗漏液集中泵至母液处理车间，回收有价资源。
渗漏液回收井110，置于山谷中间位置处，井径1～2m，井深至微风化层以下，井内置入耐酸泵，泵出水用耐酸管输送至母液处理车间回收有价资源。渗漏液回收井内置探头和蠕动泵，连接至地下水位、水质自动动态监测设备，在稀土和浸矿剂含量达到可回收利用价值时，启动耐酸泵抽水。
渗漏液集液井120，井深至微风化层，为垂直井，收集分散渗漏液，井径0.8～1.0m，井内置入耐酸花管；
连通孔130，连通各渗漏液集液井120，连通孔呈水平或向下倾斜，位于半化带中，并最终连通至渗漏液回收井110，孔径0.3～0.5m，孔内置入耐酸花管，将收集的渗漏液导流至渗漏液回收井110中。
母液截获区将抽回的含母液地下水送至母液处理车间回收有价资源。
在一种实施例中，在截渗屏障下游1～2m施工监控井140，井径0.5～1m，孔深至天然条件下枯水期地下水位下1～2m。在施工灌浆工程前，对其水位、母液中特征元素如稀土含量、氨氮浓度等进行监测，并记录。在渗漏液回收井启动后，对其进行动态水位、水质监测，验证该渗漏液回收系统效果。
本发明在原地浸矿采场下游施工两道屏障，第一道为母液截获区，第二道为垂直截渗屏障，在地下水中稀土和浸矿剂含量达到可回收利用价值时，启动渗漏母液截流技术，本发明的阻控系统能高效回收原地浸矿场渗漏母液，高效控制地下水中污染物扩散。
本发明还提供了一种离子吸附型稀土矿原地浸矿场渗漏母液回收方法，包括：利用前述离子吸附型稀土矿原地浸矿场母液回收系统进行治理。
具体包括以下步骤：
(a)布设截渗屏障：矿区下游10～50m沟谷处布设截渗屏障，截渗屏障垂直于地下水流向，两端延伸至山坡处半风化层与微风化层接触带；施工2～3排注浆孔，排间距0.5～1.5m，孔间距0.3～0.8m，孔径20～50mm，孔深至微风化层以下1～2m，用洛阳铲快速成孔，注入丙烯酸盐、水溶性聚氨酯、油溶性聚氨酯、环氧树脂类灌浆材料，灌浆施工完成1d后，进行压水试验，确保灌浆后地层渗透水率小于1Lu。
(b)截渗屏障上游5～10m处施工母液截获区：母液截获区由渗漏液回收井、渗漏液集液井、连通孔组成；渗漏液回收井井深至微风化层以下，置于山谷中间位置处，井径1～2m，孔内置入耐酸泵，泵出水用耐酸管输送至母液处理车间回收有价资源；渗漏液集液井井深至微风化层，为垂直井，收集分散渗漏液，井径0.8～1.0m，孔内置入耐酸花管；连通孔呈水平或向下倾斜，位于半化带中，并最终连通至渗漏母液回收井，孔径0.3～0.5m，孔内置入耐酸花管；渗漏液回收井内置传感器，连接至地下水位、水质自动动态监测设备，在稀土和浸矿剂含量达到可回收利用价值时，启动耐酸泵抽水，抽水量宜确保地下水位位于地表2m以下。
(c)在截渗屏障下游1～2m施工监控井，井径0.5～1m，孔深至天然条件下枯水期地下水位下1～2m。
本发明方法具有与阻控系统相同的优势，在此不再赘述。
下面通过实施例对本发明作进一步说明。如无特别说明，实施例中的材料为根据现有方法制备而得，或直接从市场上购得。
实施例
赣州某离子吸附型稀土矿，矿床风化壳厚度约15m，矿床底部具有微风化基岩作为假底板，采用原地浸出来回收稀土。
其原地浸出渗漏母液回收系统包括如下步骤：
(a)矿区下游25m沟谷处布设截渗屏障，截渗屏障垂直于地下水流向，两端延伸至山坡处半风化层与微风化层接触带；施工3排注浆孔，排间距1m，孔间距0.5m，孔径30mm，孔深至微风化层以下1.5m，用洛阳铲快速成孔，截渗屏障施工处地下水位埋深1.5m，微风化层埋深12m，地面以下1.5～6m饱水带注入水溶性聚氨酯灌浆材料，地面以下0～1.5m内包气带注入油溶性聚氨酯灌浆材料。施工完成1d后，进行压水试验，灌浆后地层渗透水率0.7Lu。
(b)在截渗屏障上游8m处施工母液截获区，母液截获区施工处微风化层埋深14m，母液截获区由1口渗漏液回收井、6口渗漏液集液井、6个连通孔组成；渗漏液回收井井深15m，置于山谷中间位置处，井径2m，孔内置入耐酸泵，泵出水用耐酸管输送至母液处理车间回收有价资源。渗漏液集液井井深15m，为垂直井，收集分散渗漏液，井径1.0m，孔内置入耐酸花管；连通孔呈向下倾斜，位于半化带中，并最终连通至渗漏母液回收井，孔径0.5m，孔内置入耐酸花管；渗漏液回收井内置传感器，连接至地下水位、水质自动动态监测设备，在稀土和浸矿剂含量达到可回收利用价值时，启动耐酸泵。
(c)在截渗屏障下游1m处施工1口监控井，井径0.8m，孔深3m。
然后进行原地浸矿，注液系统注入20000m32％(质量浓度)的硫酸铵溶液，收液系统收集稀土浸出液约15800m3。可见，若不采取截获措施时，损失4200m3浸矿母液。
采用本实施例所述方法，当连接渗漏液回收井的地下水位、水质自动动态监测设备监测到稀土浓度(REO)高于0.2g/L，硫酸铵浓度高于1.2％时，启动耐酸泵抽取渗漏液，共抽取3450m3渗漏液，输送至母液处理车间回收稀土和硫酸铵，共回收1986kg稀土和65.4t硫酸铵。截获过程中，截获屏障下游监控井中稀土浓度小于0.02g/L，硫酸铵浓度小于0.015％。
对比例
赣州某离子吸附型稀土矿，矿床风化壳厚度约15m，矿床底部具有微风化基岩作为假底板，采用原地浸出来回收稀土。
其原地浸出渗漏母液回收系统包括如下步骤：
矿区下游17m沟谷处施工5口渗漏液回收井，母液截获区施工处微风化层埋深12m，渗漏液回收井井深均为13m，井径1m，井间距1m，5口回收井内均内置入耐酸泵，泵出水用耐酸管输送至母液处理车间回收有价资源。每口渗漏液回收井内置传感器，连接至地下水位、水质自动动态监测设备，在稀土和浸矿剂含量达到可回收利用价值时，启动耐酸泵抽水。
然后进行原地浸矿，注液系统注入20000m3 2％(质量浓度)的硫酸铵溶液，收液系统收集稀土浸出液约15935m3。可见，若不采取截获措施时，损失4065m3浸矿母液。
采用本实施例所述方法，当连接渗漏液回收井的地下水位、水质自动动态监测设备监测到稀土浓度(REO)高于0.2g/L，硫酸铵浓度高于1.2％时，启动耐酸泵抽取渗漏液，共抽取2140m3渗漏液，输送至母液处理车间回收稀土和硫酸铵，共回收874kg稀土和29.4t硫酸铵。截获过程中，截获屏障下游监控井中稀土浓度介于0.05～0.4g/L，硫酸铵浓度介于0.5～1.5％。
可见，渗漏液回收率远低于实施例1所述方法，且回收效果差，仍有大量有回收价值的渗漏液进下母液截获井下游。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种离子吸附型稀土矿原地浸矿场渗漏母液回收系统，其特征在于，包括母液截获区和截渗屏障；
所述截渗屏障位于矿区下游10～50m沟谷处，所述截渗屏障垂直于地下水流向设置，所述截渗屏障的水平两端延伸至山坡处半风化层与微风化层接触带；
所述母液截获区布设于所述截渗屏障上游5～10m处，所述母液截获区包括渗漏液回收井、至少一个渗漏液集液井和连通孔；
所述渗漏液回收井位于山谷中间位置，井深至微风化层，所述渗漏液回收井内设置有泵，用于将截获的渗漏液集中泵至母液处理车间，回收有价资源；
至少一个所述渗漏液集液井分布于所述渗漏液回收井两侧，井深至微风化层，所述渗漏液集液井内设置有耐酸性花管，用于收集分散的渗漏液；
所述连通孔连通至少一个所述渗漏液集液井，并最终连通至所述渗漏液回收井，所述连通孔位于半化带中，所述连通孔内置入耐酸性花管，用于将收集的渗漏液导流至所述渗漏液回收井中。
2.根据权利要求1所述的离子吸附型稀土矿原地浸矿场渗漏母液回收系统，其特征在于，所述截渗屏障采用柔性HDPE膜，所述柔性HDPE膜的防渗系数小于10-7cm/s。
3.根据权利要求1所述的离子吸附型稀土矿原地浸矿场渗漏母液回收系统，其特征在于，所述截渗屏障采用化学注浆形成；
注浆液采用丙烯酸盐、水溶性聚氨酯、油溶性聚氨酯、环氧树脂类灌浆材料中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的离子吸附型稀土矿原地浸矿场渗漏母液回收系统，其特征在于，所述渗漏液回收井的井径为1～2m；
所述渗漏液集液井为垂直井，井径为0.8～1.0m；
所述连通孔呈水平或向下倾斜，孔径为0.3～0.5m。
5.根据权利要求1-4任一项所述的离子吸附型稀土矿原地浸矿场地下水污染阻控系统，其特征在于，所述截渗屏障下游1～2m布置监控井，用于监测截获前后地下水水位、渗漏母液中特征元素浓度；
所述监控井的井径0.5～1m，井深至天然条件下枯水期地下水位下1～2m。
6.根据权利要求5所述的离子吸附型稀土矿原地浸矿场渗漏母液回收系统，其特征在于，所述渗漏液回收井内设置探头和蠕动泵，连接至地下水位、水质在线监测设备，在稀土和浸矿剂含量达到可回收利用价值时，启动耐酸泵抽水。
7.一种离子吸附型稀土矿原地浸矿场渗漏母液治理方法，其特征在于，包括：利用权利要求1-6任一项所述的离子吸附型稀土矿原地浸矿场渗漏母液回收系统进行治理。
8.根据权利要求7所述的离子吸附型稀土矿原地浸矿场地下水治理方法，其特征在于，所述截渗屏障采用开槽式安装方式，安装方法包括：先开挖成槽、再沉入HDPE膜，利用防渗材料填充HDPE膜与槽缝隙。
9.根据权利要求7所述的离子吸附型稀土矿原地浸矿场地下水治理方法，其特征在于，所述截渗屏障采用注浆方式，注浆方法包括：
布设注浆孔：施工2～3排注浆孔，排间距0.5～1.5m，孔间距0.3～0.8m，孔径20～50mm，孔深至微风化层以下1～2m，用洛阳铲成孔；
注浆顺序：若采用2排注浆孔，先灌注下游排孔，再灌注上游排孔，若采用3排注浆孔，先灌注下游排，再灌注上游排，最后灌注中间排；每排采用二序或三序孔注浆；
注浆孔饱水带注浆：探明地下水水位，地下水位以下为饱水带，自身含有动水，注入水溶性聚氨酯灌浆材料，灌浆采用自下而上分段灌浆法，每段2～4m，每段灌浆时间为10～30min，灌浆压力1.0～2.0MPa；
注浆孔包气带注浆：地下水位以上为包气带，无明水，无动水，注入丙烯酸盐、油溶性聚氨酯、环氧树脂类灌浆材料，灌浆采用自下而上分段灌浆法，每段2～4m，每段灌浆时间为10～30min，灌浆压力0.5～1.0MPa，灌浆完成后5～10min后进行封孔；
注浆验收：灌浆施工完成1d后，进行压水试验，确保灌浆后地层渗透水率小于1Lu。
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