淺談廣西六湯稀土礦開采工藝特點(diǎn)

梁 發(fā),陸安叢,潘曉鋒

(1.廣西建工一建綜合設(shè)計研究院礦山所, 廣西 南寧 530023;2.廣西銘明建設(shè)工程有限公司, 廣西 南寧 530023)

0 前 言

離子吸附型稀土礦也稱為風(fēng)化殼淋積型稀土礦,是富含稀土元素的中酸性巖漿巖、火山巖或火山碎屑巖風(fēng)化后,稀土元素經(jīng)淋積富集吸附在風(fēng)化殼粘土物中而形成[1].離子吸附型稀土礦最早由我國九0八地質(zhì)大隊于1969年發(fā)現(xiàn)[2],并由贛州有色冶金研究所于1971年發(fā)明了第一代 “池浸”提取工藝[2].此后多年,我國各科研院所對浸滲機(jī)理研究[3G4]、藥劑開發(fā)[5]、滲流溶浸行為及工藝優(yōu)化[6G7]、開采技術(shù)適用性[1]、工藝對比[2,8]等方面進(jìn)行了深入研究和實(shí)踐,并形成了池浸工藝、堆浸工藝、原地浸出工藝3種三代成熟開采工藝.同時,贛州弘茂稀土工程有限公司于2016年成功地研發(fā)出一套全新的離子型稀土提取工藝技術(shù)[2].由于技術(shù)的不斷進(jìn)步與成熟,我國于2012年制訂了?稀土行業(yè)準(zhǔn)入條件?,將原地浸礦工藝作為推廣工藝進(jìn)行推廣,并禁止堆浸、池浸工藝使用.同時,我國正在制定首部?離子型稀土礦原地浸出開采技術(shù)規(guī)范?國家標(biāo)準(zhǔn).

六湯稀土礦屬于離子吸附型稀土礦,開采工藝為原地浸出工藝,開采過程中不需要大量剝離和礦石搬運(yùn),在浸出液的作用下直接將有價值金屬吸附出來達(dá)到綠色利用的目的,工藝綠色環(huán)保.

1 礦床地質(zhì)特點(diǎn)

1.1 礦床地質(zhì)特點(diǎn)

六湯稀土礦屬低山丘陵地貌,礦區(qū)的風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦床的賦礦層位是中酸性火山巖體的風(fēng)化殼.礦體與風(fēng)化殼的發(fā)育程度密切相關(guān),風(fēng)化殼厚度越大,風(fēng)化程度越高,礦體厚度隨之增大,礦體形態(tài)呈港灣狀、不規(guī)則狀.礦體埋深一般在0~5.00 m,礦體東西長2.60 k m,南北寬約0.93~2.30 k m,傾向隨風(fēng)化巖體朝向各有所異,傾角0°~25°;平均礦厚4.00 m,離子相品位為0.030%~0.244%.礦體上方為粘土層(殘坡積層)及全風(fēng)化層,底板為半風(fēng)化層或原巖.

1.2 適用性分析

六湯稀土礦可采用原地浸出工藝,主要是由自身的3個方面原因決定:

(1)礦體的滲透性:六湯稀土礦屬風(fēng)化殼礦床,礦體產(chǎn)于中酸性火山熔巖及次火山巖的風(fēng)化和半風(fēng)化層中,主要礦物成分為石英、長石、云母、高嶺土等,大部分具中粗粒疏松結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,具有較好的滲透性.

(2)其次礦體底板的透水性:六湯稀土礦礦體底板為原生的流紋質(zhì)角礫熔花崗巖,這種巖石未風(fēng)化前的透水性都比較差,加之沒有受斷層等構(gòu)造的破壞,不易造成浸出液的滲漏.

(3)最后是地形地貌:六湯稀土礦為低山丘陵地帶,礦體多賦存于小山坡上,非常有利于浸出液的自流和收集.由于上述原因,六湯稀土礦適合采用原地浸出工藝.

2 開采工藝

2.1 原地浸出工藝流程

六湯稀土礦采用1%~2%硫酸銨液浸礦,網(wǎng)格布孔的方式注液,收液系統(tǒng)主要為集液巷道加導(dǎo)流孔組合方式,同時設(shè)置觀測井和環(huán)保井進(jìn)行三級監(jiān)測,其工藝流程見圖1.

圖1 原地浸出工藝流程

2.2 主要采礦工程布置

主要采礦工程布置包括供液與供水工程、注液工程、集液與母液輸送工程、避水、監(jiān)測工程等.

2.2.1 開采單元劃分

礦山在劃分采場時,根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況布置浸礦礦塊,規(guī)格布置為寬(40~90)m×長(50~200)m,單個采場布置的浸礦礦塊個數(shù)為1~4個.

2.2.2 供液與供水工程設(shè)置

高位水池一般設(shè)置在礦區(qū)地形標(biāo)高較高處,有效蓄水量應(yīng)能滿足礦山至少一個班的浸礦用水量.供液與供水管網(wǎng):水冶車間浸礦液配液池制備的浸礦液,用泵送至高位池,輸送管采用PVC管,敷線方式為地上敷設(shè),按一定間距設(shè)置止回閥.

2.2.3 注液工程設(shè)置

注液孔分布采用菱形均勻布置,孔徑為Φ300 mm左右,孔深為0.5~3.5 m,網(wǎng)度為2 m×2 m.每個注液孔安裝注液管道及閘閥控制注液量.

注液管網(wǎng)由注液管自流至各個注液孔,注水管與注液管共用,注液管采用PVC管,分類總管、支管和注液分管,管徑為別 Φ110 mm、Φ25 mm、Φ18 mm,敷線方式為地上敷設(shè),可移動,可重復(fù)使用.

2.2.4 集液與母液輸送工程設(shè)置

集液巷道布置在礦體下盤半風(fēng)化巖石中,巷道斷面規(guī)格為1.2 m×1.8 m,長度根據(jù)礦體的延伸而定,一般主平巷長60~200 m,間距20~25 m.再在集液主巷中按8~15 m的間距,在兩側(cè)布置垂直收液支巷;若礦體底板傾角稍大,集液叉巷距礦體較遠(yuǎn),不利于礦液滲漏,必要時可在巷道頂板施工扇形鉆孔,形成網(wǎng)格狀收液系統(tǒng).

巷道底板修淺溝(梯形斷面,規(guī)格0.2 m×0.3 m),并且刷上水泥砂漿,形成人工防滲假底,在淺溝鋪茅草等,同時在淺溝上加蓋水泥蓋板,集液巷道在掘進(jìn)過程中根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行局部砌碹支護(hù).

集液導(dǎo)流溝斷面為梯形,規(guī)格為0.2 m×0.3 m.集液導(dǎo)流溝刷上水泥砂漿,并以HDPE防滲膜進(jìn)行覆蓋,形成人工防滲假底.所有的集液導(dǎo)流溝溝頂鋪頂蓋,防止雨水進(jìn)入收集系統(tǒng).

母液中轉(zhuǎn)池一般布置在采場外最低的位置處,池容按照浸礦液的流量來進(jìn)行設(shè)計,母液中轉(zhuǎn)池采用磚混結(jié)構(gòu),池直徑13~16 m,深4 m,池底和池壁使用HDPE防滲膜進(jìn)行覆蓋,防止浸礦液腐蝕池壁和池底.

母液輸送是通過母液輸送管將母液中轉(zhuǎn)池中的浸出母液泵送至水冶車間除雜池.在母液輸送管線路沿線低洼處,適當(dāng)布置事故井,在管線破損泄漏時可以收集母液.

2.2.5 避水和監(jiān)測工程設(shè)置

在集液導(dǎo)流孔口上部采場水平長方向布置一條0.2 m×0.3 m的梯形斷面避水溝,長度與集液導(dǎo)流溝相近,以防下雨時雨水流到集液溝.

母液監(jiān)測采用三級監(jiān)控收集系統(tǒng).第一級為集液巷道母液監(jiān)控收集系統(tǒng),第二級為水平孔監(jiān)控收集系統(tǒng),第三級為垂直孔監(jiān)控收集系統(tǒng).

2.3 主要原材料消耗

開采主要原材料消耗為硫銨、碳銨、硫酸等.

(1)硫銨:原地浸礦礦塊采用的浸礦液為硫酸銨溶液,硫酸銨溶液濃度按2%計算,固液比1∶0.33.

(2)碳銨:碳銨耗量按稀土氧化物1∶6配比.

(3)硫酸:硫酸耗量按稀土氧化物1∶0.6配比.

2.4 礦山復(fù)墾

在浸礦完成后立即對注液孔進(jìn)行回填、復(fù)墾.礦塊閉坑后,對集液溝、集液巷道等進(jìn)行回填、復(fù)墾.母液中轉(zhuǎn)池等永久性廢棄地形成后及時覆土、及時復(fù)墾.注液孔回填時,先注入一定量的堿性液體(如石灰乳),然后在回填土中拌入適量生石灰回填注液孔,具體用量根據(jù)現(xiàn)場而定.

3 開采工藝存在的問題

原地浸出工藝屬于綠色開采工藝,具有采場采準(zhǔn)工程量少,生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短;不需要對礦山進(jìn)行開挖運(yùn)輸,無需新建堆淋場、尾礦庫等;不大面積破壞山體,生產(chǎn)過程中通風(fēng)條件好、粉塵揚(yáng)塵等較常規(guī)方法少,工作環(huán)境優(yōu)等優(yōu)點(diǎn).但原地浸出工藝存在如下幾個方面的問題[9].

3.1 開采條件要求高

原地浸出工藝要求礦石結(jié)構(gòu)粗粒疏松、塊狀構(gòu)造,具有較好的滲透性;礦體底板的透水性差;地形地貌有利于浸出液的自流和收集.對于部分地形為溝谷區(qū)域,復(fù)雜地質(zhì)條件、基準(zhǔn)潛水面以下礦體[2]等因無法布置相關(guān)工程,從而導(dǎo)致?lián)p失.因此,“堆浸”工藝在適當(dāng)?shù)拈_采條件下,應(yīng)做為一種補(bǔ)充工藝,從而達(dá)到增加資源利用的目地.

3.2 母液回收率低

原地浸出工藝由于注液工程的布置、注液方式選擇等原因,使得浸出時存在浸出盲區(qū),另外浸出液與礦床中稀土的浸出率以及浸出液漂移到收液區(qū)等原因,導(dǎo)致回收率低.針對此類問題,主要措施為:優(yōu)化注液孔網(wǎng)參數(shù),如注液點(diǎn)加密、孔深、孔徑和孔距減小、一次加液量減少等方法,可以減盲區(qū),提高回收率;在礦體四周設(shè)置注漿幃幕防止浸出劑浸出液漂移;加強(qiáng)生產(chǎn)監(jiān)測,做到及時發(fā)現(xiàn)及時處理回收向外漂移的浸出液等.

3.3 山體滑坡出現(xiàn)概率大

浸采過程中因山體風(fēng)化層長期處在飽水狀態(tài),導(dǎo)致山體力學(xué)性質(zhì)的改變,破壞山體穩(wěn)定性,極易造成采場滑坡、崩塌等,如遇雨季強(qiáng)降雨,可能形成泥石流和山體滑坡坍塌.應(yīng)對措施主要為:在開采過程中應(yīng)做好采區(qū)地下水位動態(tài)變化的觀察,如遇異常變化,可采取暫停注液、間斷注液等方法.另外,要密切測控注液井液面,注液時要控制在上部表土層之下.

4 結(jié) 語

六湯離子型稀土礦礦床賦存特征特殊,適合采用原地浸出工藝開采,生產(chǎn)實(shí)踐取得了較好的應(yīng)用效果.礦山生產(chǎn)設(shè)計的供液與供水工程、注液工程、集液與母液輸送工程、避水、監(jiān)測工程等系統(tǒng),適合礦山生產(chǎn)需要,但原地浸出工藝還存在開采條件要求高、母液回收率低、山體滑坡出現(xiàn)概率大等問題.

[1] 趙 彬,佘宗華,康 虔,等.離子型稀土原地浸礦開采技術(shù)適用性評價與分類[J].礦冶工程,2017,37(3):6G10.

[2] 丁嘉榆.對離子型稀土礦“原地浸出”與“堆浸”工藝優(yōu)劣的探討[J].稀土信息,2017(12):26G31.

[3] 羅仙平,錢有軍,梁長利.從離子型稀土礦浸取液中提取稀土的技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].有色金屬科學(xué)與工程,2012,3(5):50G53,59.

[4] 伍紅強(qiáng).離子型稀土礦抑雜浸出工藝及機(jī)理研究[D].贛州:江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,2012.

[5] 余水靜,程 素,彭 濤,等.離子型稀土礦山集液溝區(qū)域耐鹽異養(yǎng)硝化細(xì)菌的篩選及其脫氮特征[J].有色金屬科學(xué)與工程,2017,8(5):137G139.

[6] 周賀鵬,胡 潔,羅仙平,等.離子型稀土礦滲流溶浸行為研究[J].稀有金屬,2016.

[7] 梅 力,高 俊,梁啟超,等.弱滲透性離子型稀土礦堆浸工藝優(yōu)化試驗(yàn)研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2017,37(08):90G93.

[8] 鄧國慶,楊幼明.離子型稀土礦開采提取工藝發(fā)展述評[J].稀土,2016,3(37):129G132.

[9] 盧盛良,盧朝暉,吳南萍,等.淋積型稀土礦原地浸礦幾項(xiàng)技術(shù)問題的解決途徑[J].濕法冶金,1997(2):22G24.