試論離子吸附型稀土礦原地浸析采礦法

彭偉

摘 要：離子吸附型稀土礦是我國極為珍貴的一種稀土資源，而傳統(tǒng)的露采池浸采礦法不僅能源利用率極低，而且對環(huán)境也造成了嚴(yán)重破壞，因而如何有效提升這一稀土資源的采礦效率就成了采礦行業(yè)所面臨的重點問題。因此，本文基于離子吸附型稀土礦的概況，重點分析了原地浸析采礦法的應(yīng)用原理和流程，以供參考。

關(guān)鍵詞：離子吸附型稀土礦；原地浸析；采礦法

中圖分類號：TD865 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）03-0167-02

離子吸附型稀土礦最早于上個世紀(jì)70年代在我國南方地區(qū)被發(fā)現(xiàn)，其是一種在世界范圍內(nèi)都極為稀少的稀土資源，但傳統(tǒng)的露采池浸采礦法不僅造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，而且礦產(chǎn)利用率極低，而原地浸析采礦法則可有效解決上述問題。因此，本課題對離子吸附型稀土礦原地浸析采礦法的研究具有現(xiàn)實意義。

1 離子吸附型稀土礦的概述

1.1 成礦特性

所謂的離子吸附型稀土礦，就是指在化學(xué)風(fēng)化作用下，稀土豐度含量較高的花崗斑巖或者花崗巖等母巖分解成稀土離子并融入水溶液，水溶液的稀土離子沿著孔隙往下滲透時被黏土礦物吸附而生成的稀土礦物[1]。由此可見，稀土離子的關(guān)鍵載體就是水溶液，因而離子吸附型稀土礦的成礦特性與礦區(qū)水資源的運(yùn)動規(guī)律有著內(nèi)在聯(lián)系，即離子吸附型稀土礦的成礦特性為：稀土礦的底部是一個隔水層，因而可構(gòu)成一個較為穩(wěn)定的地下水溶液停滯層，離子吸附型稀土礦通常都富集于礦區(qū)的侵蝕基準(zhǔn)面上方或者風(fēng)化層的中上部、中部以及中下部，也就是地下水的變動層之中。

1.2 傳統(tǒng)采礦法

傳統(tǒng)的離子吸附型稀土礦采礦法為露采池浸采礦法，其開采流程為：首先，清除礦產(chǎn)富集區(qū)上方的各類植被和表層土壤，其后，開采礦石，將礦石運(yùn)輸至浸析池并完成稀土的浸析作業(yè)，再次，清除浸析池中的尾砂，并對其進(jìn)行集中堆棄。但在實際的應(yīng)用過程中，露采池浸采礦法卻存在著諸多問題：（1）對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染與破壞，根據(jù)相關(guān)資料顯示，每噸稀土資源需清除1500-2000m3的表層土壤、破壞150-200m2的草本植被以及占用150-200m2的土地，而這就極大破壞了礦區(qū)環(huán)境，造成了嚴(yán)重的水土流失。（2）礦產(chǎn)利用率低，由于尾砂需占用較大的堆棄面積，因而使得浸析池往往只能設(shè)置于半山腰，而山腰之下的礦產(chǎn)則無法得到有效利用和開發(fā)，再加上人為因素的影響，使得離子吸附型稀土礦的利用率不超過35%。（3）采礦作業(yè)難度大，開采效率低，采礦成本高，因而礦區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益不高。

2 原地浸析采礦法的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用原理

原地浸析采礦法的應(yīng)用原理為：當(dāng)粘附于黏土礦物表層的稀土陽離子碰到NH4+或者H+等化學(xué)性質(zhì)更活躍的陽離子時，就會被其取代并重新融入水溶液之中。當(dāng)浸析劑為硫酸銨時，其化學(xué)方程式為：

2（高嶺土）-3·RE+3+3·（NH4）2+1·SO4-2→2（高嶺土）-3·（NH4）6+1·SO4-2

其中，RE+3指的就是稀土陽離子。應(yīng)用原地浸析采礦法開發(fā)離子吸附型稀土礦，具體可分為兩個環(huán)節(jié)：（1）電解質(zhì)溶液順著因風(fēng)化作用而形成的孔隙受重力影響流入礦體，并吸附于富有稀土離子的礦產(chǎn)表面。基于重力作用，溶液在孔隙中發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象并帶出內(nèi)含在礦體中的水因子，與此同時，溶液中化學(xué)性質(zhì)更活躍的陽離子在碰到礦產(chǎn)表面的稀土離子后發(fā)生交換替代作用，稀土離子解吸之后融入溶液并產(chǎn)生稀土母液，進(jìn)而生成原地浸析層，不斷注入的溶液析出已完成離子交換的稀土母液，并與礦產(chǎn)中尚未發(fā)生替代作用的稀土離子進(jìn)行交換取代；（2）析出的稀土母液和地下水一起運(yùn)動至地下水位，慢慢提升原地浸析采礦區(qū)的地下水位，以構(gòu)成采場內(nèi)的母液富含層[2]。當(dāng)富含層所構(gòu)成的地下水坡度達(dá)到15°左右時，便可產(chǎn)生采區(qū)內(nèi)較為穩(wěn)定的稀土母液徑流，通過采用一定的把控手段，將稀土母液導(dǎo)向集液溝。

2.2 應(yīng)用流程

2.2.1 劃分采場

離子吸附型稀土礦主要集中于丘陵地區(qū)，層狀礦床隨著地形呈現(xiàn)規(guī)律性的厚度變化，底板地形基本上與地表地形保持一致，并且地下分水嶺與地表分水嶺也呈一致性，因而將采場設(shè)置在從山脊到山腳的一個傾斜位置，同時依據(jù)采場的工作周期、設(shè)備采礦能力以及管理便利性等因素決定采場的規(guī)模大小，通常來說采場的規(guī)模越大，工作周期就越長，對于各類機(jī)械設(shè)備的性能要求也就越高，一般情況下，離子吸附型稀土礦的采場規(guī)模在3000-9000m2左右，包括了高位水池、采礦場、集液溝、稀土母液池、注液井、注水井以及高位液池等設(shè)備。

2.2.2 采準(zhǔn)采場

在這一環(huán)節(jié)主要囊括了設(shè)置井網(wǎng)、開挖注水井、注液井和觀測井、架設(shè)輸水和輸液管道以及挖掘集液溝等等工作，除此以外，也需挖掘截水排水溝，以避免因雨水天氣而造成稀土母液的流失或沖淡，必要時也可加設(shè)防護(hù)裝置，以此來避免滑坡現(xiàn)象的發(fā)生。注水井和注液井的排放距離一般在5-8m左右，兩者之間的距離在8-10m左右。井深通常把控在經(jīng)過表面土層后能達(dá)到預(yù)期的液柱高度。一般情況下，注水井設(shè)置在采場邊緣，但值得注意的是不可安置于集液溝方位。集液溝一般設(shè)置在山腳位置，橫截面呈梯形，深度至少應(yīng)達(dá)到礦區(qū)原有地下水位。通過在采場一邊設(shè)置集液溝，可構(gòu)成暢通的液流路徑，為稀土母液的流出提供便利。輸水和輸液管道通常按排設(shè)置，每一個注水井或者注液井方位都安設(shè)有支管，同時設(shè)置了配套設(shè)備——閘閥，以對輸水或輸液量進(jìn)行把控。除此以外，基于電解質(zhì)溶液具有較強(qiáng)的腐蝕性，因而輸液管一般都選用塑料材質(zhì)的管道。為了實施監(jiān)控稀土母液的流向以及原地浸析采場的動向，在采場的內(nèi)外部均設(shè)置了若干個觀察井。

2.2.3 原地浸析

現(xiàn)階段，通常采用食鹽、硫酸銨或者氯化銨作為電解質(zhì)溶液，但由于食鹽中富含鉀和鈉離子，極易造成土壤的板結(jié)，進(jìn)而對植被根系造成嚴(yán)重破壞，因而食鹽溶液使用頻率較低。目前應(yīng)用最為廣泛的當(dāng)屬硫酸銨，濃度在2.5%左右，固液比為1：0.5且pH值大約為4.5-5.0。各井由于所處位置各不相同，因而所需負(fù)荷的原地浸析離子吸附型稀土礦量也不盡相同，位于山脊位置的注液井，由于礦層厚度較大，稀土礦負(fù)載量也較大，因而溶液使用量也較大，而位于山腳位置的注液井，由于礦層厚度較薄，因而溶液的需求量也相對較小[3]。依據(jù)浸析礦量的負(fù)載量，沿山坡方向自上而下地劃分出若干個浸析區(qū)，且位于上方的浸析區(qū)的注液時長應(yīng)大于處于下方的浸析區(qū)的注液時長，使得溶液能夠依次帶出礦物中的水因子，以此來提升集液溝中的稀土母液濃度。

不同位置浸析區(qū)的浸析高度也不盡相同。其中，注液高度與注液量之間具有正相關(guān)關(guān)系，由浮標(biāo)把控井液面，誤差一般把控在20cm左右。在注液的同時進(jìn)行注水，以避免造成稀土母液與溶浸液的流失。在注水或者注液過程中，應(yīng)通過觀察井對其進(jìn)行實時觀測，以及時把握水和溶液的流向，從而對注水量或者注液量進(jìn)行調(diào)整。在完成注液工作后，應(yīng)在注液井中加設(shè)注頂水，以帶出殘留在孔隙中的稀土母液，實現(xiàn)資源最大限度地回收和利用。

2.2.4 布置集液溝

集液溝一般設(shè)置于山腳位置，尾部布置有攔水壩。相關(guān)管理人員應(yīng)定期對集液溝進(jìn)行檢查和維護(hù)，以保證集液溝的正常運(yùn)行。

3 結(jié)語

總之，通過應(yīng)用原地浸析采礦法，不僅可有效提升離子吸附型稀土礦的資源利用率，而且也在很大程度上保護(hù)了礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境，同時這一采礦技術(shù)也大大降低了工作強(qiáng)度，提高了工作效率，節(jié)約了采礦成本，對于開發(fā)離子吸附型稀土礦具有積極意義。筆者堅信，原地浸析采礦法必將擁有光明的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]肖燕飛，黃莉，李明來，等.ICP-AES法測定離子吸附型稀土礦鎂鹽體系稀土浸出液中稀土與非稀土雜質(zhì)[J].稀有金屬，2017，（4）：390-397.

[2]顏娜.電滲析技術(shù)應(yīng)用于離子吸附型稀土礦浸出液回收稀土工藝研究[D].江西理工大學(xué)，2014.

[3]王登紅，代晶晶，劉新星.離子吸附型稀土資源研究進(jìn)展、存在問題及今后研究方向[J].巖礦測試，2013，（05）：796-802.