原地浸礦工藝浸出液濃度控制技術(shù)研究

梁 健，李 剛，朱志成，黃紫彬＊，蕭騰龍，朱曉春，謝芳芳

（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(guó)家離子型稀土資源高效開(kāi)發(fā)利用工程技術(shù)研究中心 ，江西 贛州 341000）

1 背景意義

目前離子型稀土礦山生產(chǎn)過(guò)程中，浸出液濃度普遍較低，導(dǎo)致開(kāi)采過(guò)程中基建成本、動(dòng)力費(fèi)用高及資源回收率低的嚴(yán)重后果，主要原因有以下兩點(diǎn)：

（1）開(kāi)采礦體下部有地下水存在且水位較高的簡(jiǎn)單地質(zhì)類(lèi)型的離子型稀土礦（其地質(zhì)特征表現(xiàn)為山體較矮，一般比高不超過(guò)50m，并且有地下泉水、河流或小溪經(jīng)過(guò)，造成地下水位較高）時(shí)，由于利用地下水作為封閉介質(zhì)阻攔浸出液，故浸出液濃度自然較低。

（2）開(kāi)采礦體底部是風(fēng)化的花崗巖體、滲透性很好、起阻流作用的不透水巖層或者是不透水層遠(yuǎn)離礦體底部的復(fù)雜地質(zhì)類(lèi)型離子型稀土礦時(shí)，為了提高收液率往往采取加大注液強(qiáng)度的方式，從而導(dǎo)致回收的浸出液濃度降低。

現(xiàn)有技術(shù)條件下全過(guò)程浸出液平均濃度一般為0.3～0.5g/L，動(dòng)力消耗在5000元/t(REO)左右。以江西每年約10000噸的離子型稀土開(kāi)采量為例，需消耗動(dòng)力費(fèi)用近5000萬(wàn)元/a。與此同時(shí)，由于浸出液濃度較低則車(chē)間工藝池必然要更大的容量，從而增加車(chē)間基建成本費(fèi)用，間接造成大量經(jīng)濟(jì)損失；浸出液濃度低也會(huì)影響沉淀效率，導(dǎo)致資源回收率降低，生產(chǎn)成本增加。

本項(xiàng)目研究的最終成果能顯著降低生產(chǎn)成本，提高稀土資源回收率，使原地浸礦工藝從宏觀控制走向精細(xì)化控制、從粗放式生產(chǎn)方式走向低耗、高效的生產(chǎn)模式，使得原地浸礦工藝更具科學(xué)性和實(shí)用性。由此可見(jiàn)，本項(xiàng)目的研究意義重大，市場(chǎng)前景十分寬廣。

2 研究?jī)?nèi)容

（1）浸礦劑濃度對(duì)浸出液濃度的影響

對(duì)某一品位的離子型稀土礦土采用不同濃度的浸礦劑進(jìn)行柱浸試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比得出浸出液濃度最高情況下浸礦劑的濃度，并對(duì)不同參數(shù)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合分析；選取幾種不同品位的土樣重復(fù)以上方法試驗(yàn)，得出在保證浸出液濃度最大時(shí)與礦體品位相適應(yīng)的浸礦劑濃度。

（2）注液強(qiáng)度對(duì)浸出液濃度的影響

采用不同注液強(qiáng)度的浸礦劑進(jìn)行柱浸試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比得出浸出液濃度最高情況下注液強(qiáng)度，結(jié)合礦體厚度、母液回收率得出針對(duì)不同實(shí)際情況下的注液強(qiáng)度。

（3）滲透率對(duì)浸出液濃度的影響

針對(duì)滲透率不同的離子型稀土礦進(jìn)行柱浸試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比得出各類(lèi)滲透性的土樣的浸出液濃度。

（4）整合各項(xiàng)影響因素、參數(shù)，有效控制浸出液濃度

整理分析各項(xiàng)因素、參數(shù)對(duì)浸出液濃度的影響程度，針對(duì)不同的地質(zhì)條件及生產(chǎn)要求建立科學(xué)合理可靠的浸出液濃度控制方案。

3 試驗(yàn)方案

3.1 第一階段試驗(yàn)（浸礦劑濃度對(duì)比試驗(yàn)）

（1）取5根φ10cm的透明有機(jī)玻璃管置于柱浸試驗(yàn)架上垂直固定并編號(hào)做標(biāo)記，管底安裝過(guò)濾網(wǎng)套，布置塑料漏斗，漏斗內(nèi)鋪設(shè)過(guò)濾試紙，漏斗口下分別布置浸出液收集桶。

（2）分別稱(chēng)取10kg的稀土土樣置入柱浸管中，平均品位為0.088%，試樣均呈自然狀態(tài)不振搗。

（3）5根管內(nèi)分別加入0.5%、1%、2%、4%、8%的浸礦劑溶液使水頭高度均保持在20cm。

（4）自浸出液由漏斗口流出開(kāi)始，每隔3h收集一次浸出液，裝入塑料樣瓶并做標(biāo)記。

（5）對(duì)所有樣瓶中浸出液進(jìn)行濃度測(cè)定和浸礦劑含量測(cè)定，整理分析得出不同的浸礦劑濃度對(duì)浸出液濃度及浸礦劑消耗量的影響情況。

3.2 第二階段試驗(yàn) （注液強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)）

（1）取5根φ10cm的透明有機(jī)玻璃管置于柱浸試驗(yàn)架上垂直固定并編號(hào)做標(biāo)記，管底安裝過(guò)濾網(wǎng)套，布置塑料漏斗，漏斗內(nèi)鋪設(shè)過(guò)濾試紙，漏斗口下分別布置浸出液收集桶。

（2）分別稱(chēng)取10kg的稀土土樣置入柱浸管中，平均品位為0.088%，試樣均呈自然狀態(tài)不振搗。

（3）5根管內(nèi)都加入同一濃度（根據(jù)第一階段試驗(yàn)結(jié)果設(shè)定）的浸礦劑溶液使水頭高度分別保持在10cm、20cm、30m、40cm、50cm。

（4）自浸出液由漏斗口流出開(kāi)始，每隔3h收集一次浸出液，裝入塑料樣瓶并做標(biāo)記。

（5）對(duì)所有樣瓶中浸出液進(jìn)行濃度測(cè)定和浸礦劑含量測(cè)定，整理分析得出不同的注液強(qiáng)度對(duì)浸出液濃度及浸礦劑消耗量的影響情況。

3.3 第三階段試驗(yàn) （滲透率對(duì)比試驗(yàn)）

（1）取5根φ10cm的透明有機(jī)玻璃管置于柱浸試驗(yàn)架上垂直固定并編號(hào)做標(biāo)記，管底安裝過(guò)濾網(wǎng)套，布置塑料漏斗，漏斗內(nèi)鋪設(shè)過(guò)濾試紙，漏斗口下分別布置浸出液收集桶。

（2）分別稱(chēng)取10kg的稀土土樣置入柱浸管中，平均品位為0.088%，采用振搗壓實(shí)工具依次按滲透率1600md、滲透率800md、滲透率400md、滲透率200md、滲透率100md進(jìn)行壓實(shí)處理。

（3）5根管內(nèi)都加入同一濃度（根據(jù)第一階段試驗(yàn)結(jié)果設(shè)定）的浸礦劑溶液使水頭高度均保持在同一高度（根據(jù)第二階段試驗(yàn)結(jié)果設(shè)定），自浸出液由漏斗口流出前，記錄各管內(nèi)單位時(shí)間管內(nèi)溶液的滲入量。

（4）自浸出液由漏斗口流出開(kāi)始，每隔3h收集一次浸出液，裝入塑料樣瓶并做標(biāo)記。

（5）對(duì)所有樣瓶中浸出液進(jìn)行濃度測(cè)定和浸礦劑含量測(cè)定，整理分析得出不同的滲透率對(duì)浸出液濃度及浸礦劑消耗量的影響情況。

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 第一階段試驗(yàn) （浸礦劑濃度對(duì)比試驗(yàn)）

（1）①～⑤的平均濃度（g/L）為0.256、0.794、1.493、2.921、2.676；

（2）①～⑤的稀土總量（g）及稀土浸出率（%）為6.011（68.31%）、7.8488（89.19%）、8.073（91.74%）、8.3103（94.44%）、8.1849（93.01%）；

（3）當(dāng)浸礦劑濃度為0.5%、1%時(shí)，浸出液平均濃度太低；浸礦劑濃度為8%時(shí)，浸出液平均濃度及稀土總量呈遞減趨勢(shì)；

（4）符合浸出液濃度要求的浸礦劑濃度在2%～4%范圍內(nèi)。

4.2 第二階段試驗(yàn) （注液強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)）

（1）①～⑤的平均濃度（g/L）為0.710、1.540、2.688、2.057、1.412；

（2）①～⑤的稀土總量（g）及稀土浸出率（%）為2.299（26.13%）、5.603（63.67%）、8.282（94.11%）、7.168（81.45%）、6.932（81.45%）；

（3）當(dāng)浸礦劑注液強(qiáng)度為10cm、20cm時(shí)，浸出液平均濃度較低，且浸礦周期太長(zhǎng)為237h、144h；注液強(qiáng)度為50cm時(shí)，浸出液平均濃度及稀土總量呈遞減趨勢(shì)，且存在邊坡穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)。

（4）符合要求的浸礦劑注液強(qiáng)度在20cm～40cm范圍內(nèi)，在礦山實(shí)際生產(chǎn)工程中可將注液強(qiáng)度設(shè)置為礦層厚度的1/5～1/3。

4.3 第三階段試驗(yàn) （滲透率對(duì)比試驗(yàn)）

（1）①～⑤的平均濃度（g/L）相差不大，均為2.5g/L左右；

（2）①～⑤的稀土總量（g）及稀土浸出率（%）相差不大，均為7.9546（90.39%）；

（3）當(dāng)滲透率為1600md、800md時(shí)，雖然浸礦時(shí)間僅有1～2天，但結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)來(lái)看會(huì)影響邊坡穩(wěn)定性易導(dǎo)致山體滑坡事故；

（4）當(dāng)滲透率為200md、100md時(shí)，浸礦時(shí)間長(zhǎng)達(dá)9～10天，開(kāi)采周期長(zhǎng)導(dǎo)致動(dòng)力成本大幅度增加；

（5）符合浸出液濃度要求的滲透率在200md～800md范圍內(nèi)。

5 經(jīng)濟(jì)適用性分析

現(xiàn)有技術(shù)條件下的浸出液濃度普遍在0.3～0.5g/L，動(dòng)力費(fèi)用成本約5000元/t（REO）。根據(jù)本試驗(yàn)結(jié)果得出在浸礦劑濃度為2%～4%、注液強(qiáng)度為20cm～40cm、滲透率為200md～800md時(shí)，浸出液濃度能夠達(dá)到1.5～2.0g/L，使得開(kāi)采稀土資源所需的浸出液質(zhì)量減少至原有量1/4以下，動(dòng)力費(fèi)用成本降低至1250元/t（REO）以下，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

6 結(jié)論

（1）在生產(chǎn)實(shí)踐中，浸礦劑濃度在2%～4%、注液強(qiáng)度在1/5～1/3、滲透率在200md～800md范圍內(nèi)時(shí)，浸出液濃度比較理想，動(dòng)力費(fèi)用成本比較低，有助于實(shí)現(xiàn)離子型稀土資源回收率高、生產(chǎn)成本低的目標(biāo)；

（2）本試驗(yàn)采用的浸礦劑為硫酸銨試劑，如采用某種新型高效浸礦劑則可以根據(jù)浸礦劑之間的浸取率之比進(jìn)行換算；

（3）運(yùn)用在具體礦山時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際條件（包括資源賦存、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等）適當(dāng)調(diào)整參數(shù)。