CN117230327A - 通电开采稀土矿的方法及通电开采稀土矿的导电注液管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种通电开采稀土矿的方法及用于通电开采稀土矿的导电注液管。其中，通电开采稀土矿的方法，包括在开采区域至少布置2排注液孔，并在所述注液孔内布置导电注液管；将每排N(N≥2)个导电注液管并联后分别连接到通电控制系统上；向注液孔内添加浸取剂；而后采用通电控制系统在所述导电注液管之间上施加直流电；其中，所述导电注液管由不同长度的镂空部分、非镂空部分和止水接头自由组装形成。本发明通过镂空部分与非镂空部分组装并采用止水接头连接，控制浸取剂溶液从矿体上方渗透，防止浸取剂直接从最底部流走，降低浸取剂用量，提高了开采效率，同时减少了导电注液管与水的接触，降低电解，节约能耗。
Description
技术领域
本发明涉及稀土开采技术领域，尤其涉及通电开采稀土矿的方法及通电开采稀土矿的导电注液管。
背景技术
离子吸附型稀土是我国的特色资源，为全世界提供了90％以上的中重稀土。然而，现有的铵盐原地浸出工艺存在生态环境破坏严重、浸出周期长、资源提取率低及容易发生山体滑坡等问题，严重制约了我国离子吸附型稀土资源的开采利用。
CN109402417A中提出采用电法开采，主要包括在稀土矿山体分别插入阳极注液管和阴极集液管，且阴极集液管的插入位置低于阳极注液管的插入位置；在阳极注液管和阴极集液管之间通直流电；以提高稀土提取率和缩短开采时间。
形成离子吸附型稀土矿床的风化壳剖面，沿垂直方向从上至下可分为表土层、全风化层和半风化层，表土层中的稀土含量较低，且通常较厚，不具备开采价值；半风化层渗透性较差，当前同样不具备开采价值；稀土离子主要富集在全风化层中，全风化层中的稀土才是可开采的矿体部分。然而，CN109402417A通过“在稀土矿山体分别插入阳极注液管和阴极集液管”布置电极，未规定电极布置的位置和深度。在“稀土矿山体插入电极管”势必会穿过表土层，电极与表土层接触并通电，导致电能耗费在了不具开采价值的表土层。另一方面，CN109402417A“在阳极注液管轴向间隔设置多圈出液孔”，使得全风化层下部的浸取剂能够直接通过阳极注液管流出从而被不具开采价值的半风化层吸附，降低了稀土提取率。当前的通电开采工艺仍存在开采过程粗放、电能消耗高和稀土提取率低的缺点。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种通电开采稀土矿的方法及通电开采稀土矿的导电注液管，其旨在改善通电开采过程粗放、电能消耗高和稀土提取率低等问题。
本发明采用如下技术方案：
一种用于通电开采稀土矿的导电注液管，其中，所述导电注液管由不同长度镂空部分、非镂空部分和止水接头组装形成；
通过不同长度镂空部分和非镂空部分的组合，使得导电注液管布置位置和深度与矿体位置和深度对应，使得导电注液管作用于矿体部分，矿体部分导电，而非矿体部分不导电，降低通电开采能耗，实现精准开采。
所述镂空部分的长度为1米、2米或者5米，镂空孔的孔径为10-50毫米，镂空孔的孔距为5-50厘米；
所述非镂空部分的长度为1米、2米或者5米；
所述止水接头用于连接镂空部分和非镂空部分；
通过镂空部分、非镂空部分和止水接头的组装，可以控制浸取剂从镂空部分沿着矿体上方注入，通过止水接头和非镂空部分防止浸取剂直接从最底部流走，进入不具备开采价值的非矿体部分，从而降低浸取剂用量，提高开采效率；同时减少导电注液管与水接触，降低电解，节约能耗。
所述导电注液管由非金属材料制成，所述非金属材料包括石墨、石墨烯、炭黑、PP、PE、相容剂中的一种或者多种；通电开采稀土矿的导电注液管采用非金属材料制成，避免传统金属电极通电过程发生的电腐蚀，不仅能够长时间稳定工作，并且避免释放金属离子污染土壤。
另一方面还提供一种通电开采稀土矿的方法，包括：
步骤1.在开采区域布置至少2排和至少1列的注液孔，并在所述注液孔内布置导电注液管；将每排N(N≥2)个导电注液管并联后分别连接到通电控制系统上；
步骤2.向导电注液管内添加浸取剂，而后采用通电控制系统在所述导电注液管之间施加直流电；
其中，所述导电注液管由不同长度镂空部分、非镂空部分和止水接头组装形成；
其中，所述导电注液管由非金属材料制成，所述非金属材料包括石墨、石墨烯、炭黑、PP、PE、相容剂中的一种或者多种；
其中，所述镂空部分的长度为1米、2米或者5米，镂空孔的孔径为10-50毫米，镂空孔的孔距为5-50厘米；
其中，所述非镂空导电注液管的长度1米、2米或者5米；
其中，所述止水接头用于连接镂空和非镂空部分。
所述开采区域布置至少2排注液孔，所述注液孔的排数依据开采区域面积决定，所述每排注液孔的间距为0.5-3米；
可选地，每排注液孔的间距为1米。
所述开采区域布置至少1列的注液孔，所述注液孔的列数依据开采区域面积决定，所述每列注液孔的间距为0.5-3米；
可选地，每列注液孔的间距为1米。
所述注液孔的深度依据风化壳厚度决定；
可选地，所述注液孔的深度为5-50米。
所述导电注液管布置的位置和深度依据风化壳剖面的性质决定；形成离子吸附型稀土矿床的风化壳剖面，沿垂直方向从上至下可分为表土层、全风化层和半风化层，表土层中的稀土含量较低，且通常较厚，不具备开采价值；半风化层渗透性较差，同样不具备开采价值；稀土离子主要富集在全风化层中，全风化层中的稀土才是可开采的矿体部分。
可选地，所述导电注液管布置位置和深度与矿体位置和深度对应。例如，沿风化剖面垂直向下0-5米为表土层，5-10米为全风化层，10-15米为半风化层，则导电注液管布置在5-10米的位置和深度，作用于矿体部分，使得矿体部分导电，而表土层(0-5米)和半风化层(10-15米)等非矿体部分不导电，降低通电开采能耗，实现精准开采。
所述导电注液管由不同长度的镂空部分、非镂空部分和止水接头自由组装形成；
其中，所述镂空部分的长度可以为1-50米；
可选地，所述镂空部分的长度可以为1米、2米、5米、10米、50米；
其中，所述非镂空部分的长度可以为1-5米；
可选地，所述非镂空部分的长度可以为1米、2米、3米、4米、5米；
例如，沿风化剖面垂直向下0-5米为表土层，5-10米为全风化层，10-15米为半风化层，则导电注液管布置在5-10米的位置和深度。其中，所述导电注液管长10米，可以通过9米长的镂空部分、1米长的非镂空部分和止水接头组成；也可以通过8米长的镂空部分、2米长的非镂空部分和止水接头组成；或者通过7米长的镂空部分、3米长的非镂空部分和止水接头组成。通过镂空部分、非镂空部分和止水接头的自由组装，可以控制浸取剂从镂空部分沿着矿体上方注入，通过止水接头和非镂空部分防止浸取剂直接从最底部流走，进入不具备开采价值的非矿体部分，从而降低浸取剂用量，提高开采效率；同时减少导电注液管与水接触，降低电解，节约能耗。
所述导电注液管由非金属材料制成，所述非金属材料包括石墨、石墨烯、炭黑、PP、PE、相容剂中的一种或者多种；通电开采稀土矿的导电注液管采用非金属材料制成，避免传统金属电极通电过程发生的电腐蚀，不仅能够长时间稳定工作，并且避免释放金属离子污染土壤。
所述浸取剂包括铵盐、钙盐、镁盐、钠盐或者钾盐；
可选地，所述浸取剂包括硫酸铵、氯化铵、乙酸铵、柠檬酸铵、氯化钙、硫酸镁、硫酸钾、硫酸钠、氯化钾、氯化钠中的至少一种。
所述采用通电控制系统在所述导电注液管之间上施加直流电，使矿体中的电压梯度为10-200V/m。
本发明的有益效果：
本发明提供的导电注液管可通过不同长度的导电注液管的自由组装使得矿层区域导电，非矿层区域不导电，实现精准通电开采，降低电能消耗；同时，通过镂空部分与非镂空部分组装并采用止水接头连接，控制浸取剂溶液沿着矿体上方渗透，防止浸取剂直接从最底部流走，降低浸取剂用量，提高开采效率，并能够减少电极管与水接触，降低电解，节约能耗。
此外，通电开采稀土矿的导电注液管采用非金属材料制成，避免传统金属电极通电过程发生的电腐蚀，不仅能够长时间稳定工作，并且避免释放金属离子污染土壤。
附图说明
图1为本发明的导电注液管示意图；
图中：1-镂空部分、2-非镂空部分、3-止水接头、4-镂空小孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中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作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。
下面对实施例的通电开采稀土矿的方法及通电开采稀土矿的导电注液管进行具体说明。
如图1所示，本发明的一种通电开采稀土矿的方法，包括：
在开采区域布置至少2排和至少1列的注液孔，并在所述注液孔内布置导电注液管；将每排N(N≥2)个导电注液管并联后分别连接到通电控制系统上；
向导电注液管内添加浸取剂，而后采用通电控制系统在所述导电注液管之间施加直流电；
其中，所述导电注液管由不同长度的镂空部分、非镂空部分和止水接头自由组装形成；
其中，所述导电注液管由非金属材料制成，所述非金属材料包括石墨、石墨烯、炭黑、PP、PE、相容剂中的一种或多种；
其中，所述镂空部分的长度为1米、2米或者5米，镂空孔的孔径为10-50毫米，镂空孔的孔距为5-50厘米；
其中，所述非镂空部分的长度为1米、2米或者5米；
其中，所述止水接头用于连接镂空和非镂空部分。
作为示例地，在开采区域布置至少2排的液孔，注液孔可以为3排、4排、5排、50排、1000排等，注液孔的排数依据开采区域面积决定，每排注液孔的间距为0.5-3米，可以为0.5米、1米、2米或者3米。注液孔至少为2排的原因是最低需要布置2排导电注液管形成1组正负极才能进行通电开采。
在所述开采区域布置至少1列的多列注液孔，注液孔可以为1列、4列、5列、50列、1000列等，注液孔的列数依据开采区域面积决定，每列注液孔的间距为0.5-3米，可以为0.5米、1米、2米或者3米。当存在多列注液孔时，可以将至少1列的注液孔内电极并联。
具体的，可以为3列并联、5列并联、10列并联、50列并联等，并联的列数依据并联电缆能承受的电流大小。
在所述注液孔内布置导电注液管，所述导电注液管由不同长度的镂空部分、非镂空部分和止水接头自由组装形成；
所述导电注液管布置的位置和深度依据风化壳剖面的性质决定，具体而言，主要依据矿体位置和矿层厚度决定，导电注液管布置位置和深度与矿体位置和深度对应，使得矿体部分(全风化层)导电，非矿体部分(表土层和半风化层)不导电，降低通电开采能耗，实现精准开采。
例如，沿风化剖面垂直向下0-5米为表土层，5-10米为全风化层，10-15米为半风化层，则导电注液管布置在5-10米的位置和深度，作用于矿体部分。其中，所述导电注液管长10米，可以通过9米长的镂空部分，1米长的非镂空部分和止水接口组成；也可以通过8米长的镂空部分、2米长的非镂空部分和止水接头组成；或者通过7米长的镂空部分、3米长的非镂空部分和止水接头组成。通过镂空部分、非镂空部分和止水接头的自由组装，可以控制浸取剂从镂空部分沿着矿体上方注入，通过止水接头和非镂空部分防止浸取剂直接从最底部流走，进入不具备开采价值的非矿体部分，从而降低浸取剂用量，提高开采效率；同时减少导电注液管与水接触，降低电解，节约能耗。
又例如，沿风化剖面垂直向下0-15米为表土层，15-24米为全风化层，24-28米为半风化层，则导电注液管布置在15-24米的位置和深度。其中，所述导电注液管长9米，可以通过8米长的镂空部分、1米长的非镂空部分和止水接头组成；也可以通过7米长的镂空部分、2米长的非镂空部分和止水接头组成；或者通过6米长的镂空部分、3米长的非镂空部分和止水接头组成。
所述镂空孔的孔径为10-50毫米，可以为10毫米、20毫米、25毫米、35毫米、50毫米等；镂空孔的孔距为5-50厘米，可以为5厘米、10厘米、20厘米、30厘米、50厘米等。镂空孔的孔径和孔距可根据土壤的渗透性而定。
所述导电注液管由非金属材料制成，所述非金属材料包括石墨、石墨烯、炭黑、PP、PE、相容剂中的一种或者多种；其中，所述相容剂为表面改性剂，其目的是提高PP、PE和石墨、石墨、石墨烯、炭黑之间的相似相溶性；例如，所述导电注液管可以由石墨、石墨烯、PP和相容剂加工而成；又例如，所述导电注液管可以由炭黑、PE和相容剂加工而成；又例如，所述导电注液管可以由石墨、石墨烯、炭黑、PP、PE和相容剂加工而成。实验结果表明，石墨烯和炭黑的添加量能够影响导电注液管的导电性能；PP和PE的添加量主要影响导电注液管的塑性和抗拉伸强度；相容剂的添加量主要影响石墨、石墨烯、炭黑与PP、PE的相容性和成型性能。通过优化配方加工的导电注液管具有导电性能好(电阻率接近10-4Ω·m)、易成型、抗拉伸强度大(拉伸强度接近100MPa)等特点。该导电注液管采用非金属材料制成，避免传统金属电极通电过程发生的电腐蚀，不仅能够长时间稳定工作并且避免释放金属离子污染土壤，具有耐腐蚀，弱电解和低能耗等优势。
本通电开采稀土矿的方法所使用的浸取剂包括铵盐、钙盐、镁盐、钠盐或者钾盐；进一步地，本实施例中浸取剂包括硫酸铵、氯化铵、乙酸铵、柠檬酸铵、氯化钙、硫酸镁、硫酸钾、硫酸钠、氯化钾、氯化钠中的至少一种。
在两极之间施加电压，土壤中的稀土离子在电场作用下发生定向迁移，基于实验结果，矿体中的电压梯度为10-200V/m时，有利于稀土离子向阴极流动。矿体中电压梯度可以为10V/m、20V/m、50V/m、60V/m、100V/m、150V/m或者200V/m等等。
本申请还提供一种用于通电开采稀土矿的导电注液管，其中所述导电注液管由不同长度的镂空部分、非镂空部分和止水接头自由组装形成；
其中，所述导电注液管由非金属材料制成，所述非金属材料包括石墨、石墨烯、炭黑、PP、PE、相容剂中的一种或者多种；
其中，所述镂空导电注液管的长度为1米、2米或者5米，镂空孔的孔径为10-50毫米，镂空孔的孔距为5-50厘米。
其中，所述止水接头用于连接镂空部分和非镂空部分。
所述导电注液管由不同长度的镂空部分、非镂空部分和止水接头自由组装形成；所述导电注液管布置的位置和深度依据风化壳剖面的性质决定，具体而言，主要是依据矿体位置和矿层厚度决定，导电注液管布置位置和深度与矿体位置和深度对应，使得矿体部分(全风化层)导电，实现精准开采。相比于给矿体和非矿体区域同时通电，该通电开采稀土矿的方法电能消耗降低30％-60％。
例如，沿风化剖面垂直向下0-5米为表土层，5-10米为全风化层，10-15米为半风化层，则导电注液管布置在5-10米的位置和深度，作用于矿体部分。其中，所述导电注液管长5米，可以通过4米长的镂空部分、1米长的非镂空部分和止水接头组成；也可以通过3米长的镂空部分、2米长的非镂空部分和止水接头组成。通过镂空部分、非镂空部分和止水接头的自由组装，可以控制浸取剂从镂空部分沿着矿体上方注入，通过止水接头和非镂空部分防止浸取剂直接从最底部流走，进入不具备开采价值的非矿体部分，从而降低浸取剂用量(10％-70％)，提高开采效率(5％-20％)；同时减少导电注液管与水接触，降低电解，节约能耗。相比于给矿体和非矿体区域同时通电，该通电开采稀土矿的方法电能消耗降低30％-60％。
又例如，沿风化剖面垂直向下0-15米为表土层，15-24米为全风化层，24-28米为半风化层，则导电注液管布置在15-24米的位置和深度。其中，所述导电注液管长9米，可以通过8米长的镂空部分、1米长的非镂空部分和止水接头组成；也可以通过7米长的镂空部分、2米长的非镂空部分和止水接头组成；或者通过6米长的镂空部分、3米长的非镂空部分和止水接头组成。
所述镂空孔的孔径为10-50毫米，可以为10毫米、20毫米、25毫米、35毫米、50毫米等；镂空孔的孔距为5-50厘米，可以为5厘米、10厘米、20厘米、30厘米、50厘米等。镂空孔的孔径和孔距可根据土壤的渗透性而定。
所述导电注液管由非金属材料制成，所述非金属材料包括石墨、石墨烯、炭黑、PP、PE、相容剂中的一种或者多种；其中，所述相容剂为表面改性剂，其目的是提高PP、PE和石墨、石墨、石墨烯、炭黑之间的相似相溶性；例如，所述导电注液管可以由石墨、石墨烯、PP和相容剂加工而成；又例如，所述导电注液管可以由炭黑、PE和相容剂加工而成；又例如，所述导电注液管可以由石墨、石墨烯、炭黑、PP、PE和相容剂加工而成。
实验结果表明，石墨烯和炭黑的添加量能够影响导电注液管的导电性能；PP和PE的添加量主要影响导电注液管的塑性和抗拉伸强度；相溶剂的添加量主要影响石墨、石墨烯、炭黑与PP、PE的相容性和成型性能。通过优化配方加工的导电注液管具有导电性能好(电阻率接近10-4Ω·m)、易成型、抗拉伸强度大(拉伸强度接近100MPa)。该导电注液管采用非金属材料制成，避免传统金属电极通电过程发生的电腐蚀，不仅能够长时间稳定工作，并且避免释放金属离子污染土壤，具有耐腐蚀、弱电解和低能耗等优势。
最后应说明的是：以上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精神和范围。
Claims (10)
1.一种用于通电开采稀土矿的导电注液管，其特征在于，所述导电注液管由不同长度镂空部分、非镂空部分和止水接头组装形成；
通过不同长度镂空部分和非镂空部分的组合，使得导电注液管布置位置和深度与矿体位置和深度对应，使得导电注液管作用于矿体部分，矿体部分导电，而非矿体部分不导电。
2.根据权利要求1所述的用于通电开采稀土矿的导电注液管，其特征在于，所述镂空部分的长度为1米、2米或者5米，镂空孔的孔径为10-50毫米，镂空孔的孔距为5-50厘米；
所述非镂空部分的长度为1米、2米或者5米；
所述止水接头用于连接镂空部分和非镂空部分；
通过镂空部分、非镂空部分和止水接头的组装，控制浸取剂从镂空部分沿着矿体上方注入，通过止水接头和非镂空部分防止浸取剂直接从最底部流走，进入不具备开采价值的非矿体部分。
3.根据权利要求1所述的用于通电开采稀土矿的导电注液管，其特征在于，所述导电注液管由非金属材料制成，所述非金属材料包括石墨、石墨烯、炭黑、PP、PE、相容剂中的一种或者多种。
4.一种通电开采稀土矿的方法，其特征在于，包括：
步骤1.在开采区域布置至少2排和至少1列的注液孔，并在所述注液孔内布置导电注液管；将每排导电注液管并联后分别连接到通电控制系统上；
步骤2.向导电注液管内添加浸取剂，而后采用通电控制系统在所述导电注液管之间施加直流电；
其中，所述导电注液管采用如权利要求1-3中任意一项导电注液管。
5.根据权利要求4所述的通电开采稀土矿的方法，其特征在于，所述注液孔的排数依据开采区域面积决定，所述每排注液孔的间距为0.5-3米；
可选地，每排注液孔的间距为1米。
6.根据权利要求4所述的通电开采稀土矿的方法，其特征在于，所述注液孔的列数依据开采区域面积决定，所述每列注液孔的间距为0.5-3米；
可选地，每列注液孔的间距为1米。
7.根据权利要求4所述的通电开采稀土矿的方法，其特征在于，所述注液孔的深度依据风化壳厚度决定；
可选地，所述注液孔的深度为5-50米。
8.根据权利要求4所述的通电开采稀土矿的方法，其特征在于，所述浸取剂包括铵盐、钙盐、镁盐、钠盐或者钾盐；
可选地，所述浸取剂包括硫酸铵、氯化铵、乙酸铵、柠檬酸铵、氯化钙、硫酸镁、硫酸钾、硫酸钠、氯化钾、氯化钠中的至少一种。
9.根据权利要求4所述的通电开采稀土矿的方法，其特征在于，所述采用通电控制系统在所述导电注液管之间上施加直流电，使矿体中的电压梯度为10-200V/m。
10.根据权利要求4所述的通电开采稀土矿的方法，其特征在于，所述导电注液管布置的位置和深度依据风化壳剖面的性质决定；形成离子吸附型稀土矿床的风化壳剖面，沿垂直方向从上至下分为表土层、全风化层和半风化层，表土层中的稀土含量较低，且通常较厚，不具备开采价值；半风化层渗透性较差，当前同样不具备开采价值；稀土离子主要富集在全风化层中，全风化层中的稀土才是开采的矿体部分。
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2023
- 2023-09-15 CN CN202311194793.0A patent/CN117230327A/zh active Pending
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