某稀土礦原地浸礦工業(yè)試驗(yàn)研究

李 剛，朱志成，梁 健，謝芳芳，黃紫彬＊

（1.江西離子型稀土工程技術(shù)研究有限公司，江西 贛州 341000；2.國家離子型稀土資源高效開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，江西 贛州 341000）

1 試驗(yàn)礦塊概況

試驗(yàn)礦塊位于礦區(qū)北部，山體地表植被較多，稀土品位一般，該礦體為簡單地質(zhì)類型礦，總體上屬高釔低銪型礦種。通過對(duì)該試驗(yàn)礦塊進(jìn)行生產(chǎn)勘探，礦體按0.02%（離子相）圈定，面積為3894m2，礦塊平均厚度為9.77m，離子相平均品位0.065%，全相平均品位0.13%，礦體體積38044.38m3，礦石比重1.50t/m3，礦石量57066.57t，礦塊離子相儲(chǔ)量為37.09t，全相儲(chǔ)量為74.18t。

2 浸收機(jī)理

交換狀態(tài)的稀土陽離子遇到交換勢(shì)能更大的陽離子時(shí)，就可被其交換下來，反應(yīng)式如下：

當(dāng)以硫酸銨溶液作為浸礦液時(shí)，其交換機(jī)理是：

在原地浸礦時(shí)，將浸礦液注入礦體，溶液中交換勢(shì)更大的陽離子與呈吸附態(tài)的稀土離子發(fā)生交換作用，使稀土離子進(jìn)入浸出液。這個(gè)多向固液交換體系的過程是：滲透—擴(kuò)散—交換—再擴(kuò)散—再滲透，擴(kuò)散動(dòng)力是濃度差。不斷注入礦體中的溶液（或頂水）擠出已發(fā)生交換作用的稀土浸出液。

3 試驗(yàn)過程

環(huán)保工程、避水工程、管路工程、注液工程、收液工程等、監(jiān)控工程是原地金礦工程試驗(yàn)過程中重要環(huán)節(jié)。試驗(yàn)浸采工程預(yù)計(jì)4個(gè)月左右，硫酸銨的注入量為160t左右，總注入液量82865m3（含頂水），母液的總收液量75946m3，其回收率可達(dá)90%以上，共計(jì)回收稀土30t，稀土的回收率可達(dá)80%左右，完成浸采作業(yè)后，有專人對(duì)管路進(jìn)行回收，封堵注液孔。

3.1 注液工程

注液工作分兩步進(jìn)行：先注硫酸銨浸礦液，后注頂水。注液順序由上往下逐排分段進(jìn)行。注液計(jì)量通過配液池的刻度標(biāo)注來進(jìn)行計(jì)量。

硫酸銨浸礦液加注時(shí)間歷時(shí)29天，共注入硫酸銨163t，累計(jì)共注入硫酸銨溶液13261m3；注液濃度先濃后淡，其中前16天內(nèi)硫酸銨濃度為1.5%，注入硫酸銨溶液6105m3，后13天內(nèi)硫酸銨濃度為1%，注入硫酸銨溶液7156m3，為了保證注液工作的正常進(jìn)行，每天分兩班人員巡山，防止硫酸銨溶液跑、冒、滴、漏發(fā)生，及時(shí)檢查注液管路，調(diào)整注液孔上的龍頭控制好流速，使注液孔內(nèi)水面保持一定的水頭高度，讓注液水面剛好浸沒棘草（即礦石與表土分界線）處，使浸礦效果達(dá)到最佳。

硫酸銨浸礦液注夜完成后開始加注頂水，即將回收母液處理后，不再添加硫酸銨，直接注入試驗(yàn)礦塊。加注頂水共歷時(shí)90天，累計(jì)共注入頂水量69604m3。

3.2 收液工程

收液計(jì)量由通過安裝在母液管的流量計(jì)計(jì)算。試驗(yàn)礦塊自注液8天后開始個(gè)別導(dǎo)流孔陸續(xù)出液，但硫酸銨和稀土均未出現(xiàn)；注液15天后母液中開始出現(xiàn)有硫酸銨存在，但未發(fā)現(xiàn)含有稀土；自注液17天后母液中開始出現(xiàn)稀土，稀土濃度為0.08g/L，注液35天后達(dá)到最高，稀土濃度為1.05g/L，高峰期較短，稀土濃度開始逐漸下降，直到濃度降至0.07g/L。稀土綜合回收率達(dá)到78.2%。

其母液稀土濃度變化曲線圖分別見圖1。

圖1 母液稀土濃度變化曲線圖

3.3 試驗(yàn)監(jiān)測(cè)

試驗(yàn)監(jiān)測(cè)分為日常生產(chǎn)監(jiān)測(cè)和環(huán)評(píng)監(jiān)測(cè)。日常生產(chǎn)監(jiān)測(cè)主要包括日注液量、硫酸銨濃度、pH值；日母液回收量、硫酸銨濃度、稀土濃度、pH值；日稀土沉淀量等。環(huán)評(píng)監(jiān)測(cè)主要包括浸礦前后土壤變化監(jiān)測(cè)、地表水變化監(jiān)測(cè)、地下水水位、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、降雨量監(jiān)測(cè)以及各泉或礦塊與第四系邊界基巖露頭處的滲出液監(jiān)測(cè)等內(nèi)容。

試驗(yàn)礦塊的監(jiān)測(cè)從硫酸銨浸礦液加注前13天開始取本底值樣，到加注頂水結(jié)束后20天最后一次取樣監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)取樣工作歷時(shí)152天。

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究得出結(jié)果，因使用清污分流和一些防滲方法，在浸礦施工中或完成后，監(jiān)測(cè)到的井下水含氨氮指標(biāo)維持在最低值范圍內(nèi)，數(shù)值變化較小，注浸礦液對(duì)下游水環(huán)境未產(chǎn)生影響。馬頭山裸腳式離子型稀土資源適用于原地浸礦工藝進(jìn)行開發(fā)，使用合理防滲技術(shù)可避免地表與井下水的污染，試驗(yàn)取得較好的環(huán)境效益。

4 結(jié)論

（1）通過本次原地浸礦工業(yè)試驗(yàn)，有效控制了離子型稀土資源開采成本，母液累計(jì)回收率達(dá)到91.65%，稀土綜合回收率達(dá)到78.2%（離子相）的技術(shù)指標(biāo)，共回收稀土29.01t，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

（2）該礦區(qū)試驗(yàn)礦塊采用原地浸礦工藝開采成本低，離子型稀土資源開發(fā)價(jià)值高，建議在該礦區(qū)推廣應(yīng)用該工藝，充分利用離子型稀土這一寶貴資源。