原地浸礦工藝浸出液濃度控制技術研究

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利用工程技術研究中心 ，江西 贛州 341000）

1 背景意義

目前離子型稀土礦山生產過程中，浸出液濃度普遍較低，導致開采過程中基建成本、動力費用高及資源回收率低的嚴重后果，主要原因有以下兩點：

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

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

現有技術條件下全過程浸出液平均濃度一般為0.3～0.5g/L，動力消耗在5000元/t(REO)左右。以江西每年約10000噸的離子型稀土開采量為例，需消耗動力費用近5000萬元/a。與此同時，由于浸出液濃度較低則車間工藝池必然要更大的容量，從而增加車間基建成本費用，間接造成大量經濟損失；浸出液濃度低也會影響沉淀效率，導致資源回收率降低，生產成本增加。

本項目研究的最終成果能顯著降低生產成本，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化控制、從粗放式生產方式走向低耗、高效的生產模式，使得原地浸礦工藝更具科學性和實用性。由此可見，本項目的研究意義重大，市場前景十分寬廣。

2 研究內容

（1）浸礦劑濃度對浸出液濃度的影響

對某一品位的離子型稀土礦土采用不同濃度的浸礦劑進行柱浸試驗，通過對比得出浸出液濃度最高情況下浸礦劑的濃度，并對不同參數進行技術經濟綜合分析；選取幾種不同品位的土樣重復以上方法試驗，得出在保證浸出液濃度最大時與礦體品位相適應的浸礦劑濃度。

（2）注液強度對浸出液濃度的影響

采用不同注液強度的浸礦劑進行柱浸試驗，通過對比得出浸出液濃度最高情況下注液強度，結合礦體厚度、母液回收率得出針對不同實際情況下的注液強度。

（3）滲透率對浸出液濃度的影響

針對滲透率不同的離子型稀土礦進行柱浸試驗，通過對比得出各類滲透性的土樣的浸出液濃度。

（4）整合各項影響因素、參數，有效控制浸出液濃度

整理分析各項因素、參數對浸出液濃度的影響程度，針對不同的地質條件及生產要求建立科學合理可靠的浸出液濃度控制方案。

3 試驗方案

3.1 第一階段試驗（浸礦劑濃度對比試驗）

（1）取5根φ10cm的透明有機玻璃管置于柱浸試驗架上垂直固定并編號做標記，管底安裝過濾網套，布置塑料漏斗，漏斗內鋪設過濾試紙，漏斗口下分別布置浸出液收集桶。

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

（3）5根管內分別加入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始，每隔3h收集一次浸出液，裝入塑料樣瓶并做標記。

（5）對所有樣瓶中浸出液進行濃度測定和浸礦劑含量測定，整理分析得出不同的浸礦劑濃度對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 （注液強度對比試驗）

（1）取5根φ10cm的透明有機玻璃管置于柱浸試驗架上垂直固定并編號做標記，管底安裝過濾網套，布置塑料漏斗，漏斗內鋪設過濾試紙，漏斗口下分別布置浸出液收集桶。

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

（3）5根管內都加入同一濃度（根據第一階段試驗結果設定）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始，每隔3h收集一次浸出液，裝入塑料樣瓶并做標記。

（5）對所有樣瓶中浸出液進行濃度測定和浸礦劑含量測定，整理分析得出不同的注液強度對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 （滲透率對比試驗）

（1）取5根φ10cm的透明有機玻璃管置于柱浸試驗架上垂直固定并編號做標記，管底安裝過濾網套，布置塑料漏斗，漏斗內鋪設過濾試紙，漏斗口下分別布置浸出液收集桶。

（2）分別稱取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進行壓實處理。

（3）5根管內都加入同一濃度（根據第一階段試驗結果設定）的浸礦劑溶液使水頭高度均保持在同一高度（根據第二階段試驗結果設定），自浸出液由漏斗口流出前，記錄各管內單位時間管內溶液的滲入量。

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

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

4 試驗結果

4.1 第一階段試驗 （浸礦劑濃度對比試驗）

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

（4）符合浸出液濃度要求的浸礦劑濃度在2%～4%范圍內。

4.2 第二階段試驗 （注液強度對比試驗）

（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）當浸礦劑注液強度為10cm、20cm時，浸出液平均濃度較低，且浸礦周期太長為237h、144h；注液強度為50cm時，浸出液平均濃度及稀土總量呈遞減趨勢，且存在邊坡穩定性風險。

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

4.3 第三階段試驗 （滲透率對比試驗）

（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）當滲透率為1600md、800md時，雖然浸礦時間僅有1～2天，但結合實際生產數據來看會影響邊坡穩定性易導致山體滑坡事故；

（4）當滲透率為200md、100md時，浸礦時間長達9～10天，開采周期長導致動力成本大幅度增加；

（5）符合浸出液濃度要求的滲透率在200md～800md范圍內。

5 經濟適用性分析

現有技術條件下的浸出液濃度普遍在0.3～0.5g/L，動力費用成本約5000元/t（REO）。根據本試驗結果得出在浸礦劑濃度為2%～4%、注液強度為20cm～40cm、滲透率為200md～800md時，浸出液濃度能夠達到1.5～2.0g/L，使得開采稀土資源所需的浸出液質量減少至原有量1/4以下，動力費用成本降低至1250元/t（REO）以下，經濟效益十分可觀。

6 結論

（1）在生產實踐中，浸礦劑濃度在2%～4%、注液強度在1/5～1/3、滲透率在200md～800md范圍內時，浸出液濃度比較理想，動力費用成本比較低，有助于實現離子型稀土資源回收率高、生產成本低的目標；

（2）本試驗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浸礦劑之間的浸取率之比進行換算；

（3）運用在具體礦山時，應根據實際條件（包括資源賦存、工程地質、水文地質、環境地質等）適當調整參數。