原地浸析采矿法在稀土矿的研究和应用

原地浸析采矿法在稀土矿的研究和应用

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1. 原地浸析采矿法的基本原理

吸附在粘土等矿物表面的稀土阳离子遇到化学性质更活泼的阳离子（H+或

NH4+）时，被更活泼的阳离子交换解吸下来而进入溶液，以氯化铵为电解质时，其交换解

吸的机理如下：

（高岭土）-3·RE+3+3NH+1·Cl-1→（高岭土）-3·3NH+1+ RE+3·3Cl-1

原地浸析离子型稀土矿时，可分为两个过程：第一个过程是浸析电解质溶液从注液井（孔）中沿风化矿物的孔隙进入矿体并附着在吸附了稀土离子的矿体表面；溶液在重力和压力作用下，在孔隙和裂隙中扩散并挤出孔裂隙水；溶液中活动性更强的阳离子与矿物表面的稀土离子发生交换解析作用，并使稀土离子进入溶液生成孔裂隙稀土母液，形成原地浸析层；不断加注的新鲜溶液挤出已发生了交换作用的稀土母液，并与矿物里层尚未发生交解作用的稀土离子发生交解作用。第二个过程是挤出的地下水及形成的母液到达矿体地下水位后，逐步提高原地浸析采场内的地下水位，形成原地浸析采场内的母液饱和层，当饱和层所形成的地下水坡度达到一定的角度（＞15°）时，可形成采场内较稳定的母液地下径流，在水封闭的条件下，在整个原地浸析过程（注液与注顶水过程）中，母液流向设置在采场下部

的集液沟中。

2.某稀土矿开采技术条件

矿床成因类型属花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿床。矿体呈面状分布，其产状、形态受花岗岩和地貌控制，分布范围及平面形状与风化壳基本一致，区内一条南北向主山脊和多条

东西向次山脊把矿体连成一体。

矿体产状一般由山顶顺坡向四周倾斜，矿床表土层平均厚度2.28m，矿体倾角10°～15°；平均厚度12.66m，其中全风化矿层平均厚度11.21m，半风化矿层平均厚度1.45m；稀土氧化物平均品位0.1121%，矿石中离子相占77%。

矿石工业类型为离子吸附型稀土矿石，根据矿石风化程度不同可分为全风化矿石和半风化矿石，前者占总矿量的86.94%，后者占总矿量的13.06%。全风化矿石呈松散的土状、砂土状，主要成分为粘土矿物、石英；半风化矿石呈松散的砂土状，主要成分为粘土矿物、石英、黑云母、未风化的长石。由于矿石松散，凝聚力较小（0.28kg/cm2），渗透性较强，

渗透系数最高达9.64×10-4cm/s。

矿体顶板为残坡积土和强风化的花岗岩，凝聚力较大（0.52kg/cm2），渗透性较强，渗透透系数为（2.13～3.12）×10-4cm/s；矿体底板为微风化的花岗岩或基岩，岩石完整，裂隙闭合，结构紧密，渗透性极差，底板一般起伏不大，由山脊坡向四周的沟谷。

矿区水文地质条件为以孔隙水为主的简单类型。

3. 原地浸析采矿法在某稀土矿的研究和应用

3.1 采矿方法

由于该矿矿石品位低、储量大，如果采用常规的露天或地下开采，生产成本高，不仅投资无法回收，而且企业将亏损运作，经济上明显不合理；矿体平均厚度12.66m，分布面积达13.02km2，如异地堆浸，势必造成大面积的表土剥离，毁坏山林，污染环境，而且项目投资和生产经营费也较高，为了解决上述问题，该矿与有关科研、设计单位就矿床开采工艺进行了工艺试验研究。根据矿床开采技术条件和试验研究成果，结合国内外类似矿山的生产经验，该矿宜采用以“水封闭”为主要工艺的原地浸析采矿法。

3.2 采选工艺的研究

（1）采选工艺流程。根据矿山工业试验取得的成果，采选工艺流程为沿山脊划分采场，并根据有关技术参数在采场内布设注液井、注水井、水封闭井、集液沟、集液池，在集液沟上方设采场截水沟，从高位液池和高位水池铺管至采场内的各井，注液顺序为从山脊至山脚分区依次进行，注液达20d左右开始注压顶水，注水顺序与注液顺序相同，水封闭井的注水原则必须贯彻在原地浸析采矿的全过程。从采场中获取的工业母液加草酸后将沉淀物泵入甩干机，过滤后得到混合稀土氧化物产品。低浓度母液、上清液、滤液返回到配液池旁的水池内，用来配备电解质溶液和泵入高位水池后用于采场注水，循环用水量60%，新

补给水量40%。采选工艺流程参见附图1。

（2）采选工艺指标。用硫酸铵作电解质溶液，PH值用酸调至4.0，矿石与溶液体积比为1:0.35；矿石与压顶水体积比为1:0.6；用草酸沉淀稀土氧化物，草酸用量为稀土氧化物的2.3倍；采矿离子相稀土氧化物的回收率为75%；低浓度母液、上清液和滤液全部利用；采场回采周期75d，其中注液20d，注水55d；TR2O3产品的纯度达到冶炼要求；采场综合生产能力为3～4t/d，采矿损失率小于5%，TR2O3的采掘比为12～15m3/t。

3.3 采场结构参数

沿山脊划分采场，采场平均面积22650 m2。在采场下方，靠山脚的地方开挖集液沟和集液池，集液沟坡度约为1.7%；在采场周围（集液沟一侧除外）布置水封闭井，井间距10m，井断面为0.8m×1.0m，平均井深16m（其中深入底板岩石1m）；采场内布置注液井和注

水井，井断面为0.8m×0.6m，平均井深3.28m（表土层平均厚度2.28m），行距5m，列距10m，梅花形布置。利用高位水池、高位液池、输水管和输液管向采场内的井注水和注液；采场内和集液沟的外侧布置观察井，以便及时监测原地浸析的动向和母液流向。采矿方法

见附图2。

3.4 原地浸析采矿法的特点

（1）

由于没有地采的井巷工程或露采的剥离工程，没有打眼放炮、矿石运输和破碎等工序，所

以基建投资省，建设周期短，生产成本低。

（2）

没有矿石产出，不需建废石堆场和尾矿库，不破坏地貌，有利于保护农田、山林和环境卫

生，成为名副其实的绿色采矿技术。

（3）

生产过程中的每道工序都是在地面进行的，避免了地采或露采中可能出现的不安全因素和通风条件差、粉尘大的恶劣环境，从根本上减轻了工作人员的劳动强度，改善了工作环境。

（4）

这种采矿方法适用范围小，对矿石性质和围岩条件要求非常严格，即要求矿体松散破碎，裂隙发育，渗透性强；矿体底板岩石结构紧密，裂隙闭合，渗透性极差，矿体底板基本平整并由山脊向四周的沟谷倾斜。现阶段，不是任何矿床都能用原地浸析采矿法开采，在这

个问题上，自然因素起决定作用。