试论离子吸附型稀土矿原地浸析采矿法

彭伟

摘 要：离子吸附型稀土矿是我国极为珍贵的一种稀土资源，而传统的露采池浸采矿法不仅能源利用率极低，而且对环境也造成了严重破坏，因而如何有效提升这一稀土资源的采矿效率就成了采矿行业所面临的重点问题。因此，本文基于离子吸附型稀土矿的概况，重点分析了原地浸析采矿法的应用原理和流程，以供参考。

关键词：离子吸附型稀土矿；原地浸析；采矿法

中图分类号：TD865 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）03-0167-02

离子吸附型稀土矿最早于上个世纪70年代在我国南方地区被发现，其是一种在世界范围内都极为稀少的稀土资源，但传统的露采池浸采矿法不仅造成了严重的环境污染问题，而且矿产利用率极低，而原地浸析采矿法则可有效解决上述问题。因此，本课题对离子吸附型稀土矿原地浸析采矿法的研究具有现实意义。

1 离子吸附型稀土矿的概述

1.1 成矿特性

所谓的离子吸附型稀土矿，就是指在化学风化作用下，稀土丰度含量较高的花岗斑岩或者花岗岩等母岩分解成稀土离子并融入水溶液，水溶液的稀土离子沿着孔隙往下渗透时被黏土矿物吸附而生成的稀土矿物[1]。由此可见，稀土离子的关键载体就是水溶液，因而离子吸附型稀土矿的成矿特性与矿区水资源的运动规律有着内在联系，即离子吸附型稀土矿的成矿特性为：稀土矿的底部是一个隔水层，因而可构成一个较为稳定的地下水溶液停滞层，离子吸附型稀土矿通常都富集于矿区的侵蚀基准面上方或者风化层的中上部、中部以及中下部，也就是地下水的变动层之中。

1.2 传统采矿法

传统的离子吸附型稀土矿采矿法为露采池浸采矿法，其开采流程为：首先，清除矿产富集区上方的各类植被和表层土壤，其后，开采矿石，将矿石运输至浸析池并完成稀土的浸析作业，再次，清除浸析池中的尾砂，并对其进行集中堆弃。但在实际的应用过程中，露采池浸采矿法却存在着诸多问题：（1）对矿区生态环境造成了严重污染与破坏，根据相关资料显示，每吨稀土资源需清除1500-2000m3的表层土壤、破坏150-200m2的草本植被以及占用150-200m2的土地，而这就极大破坏了矿区环境，造成了严重的水土流失。（2）矿产利用率低，由于尾砂需占用较大的堆弃面积，因而使得浸析池往往只能设置于半山腰，而山腰之下的矿产则无法得到有效利用和开发，再加上人为因素的影响，使得离子吸附型稀土矿的利用率不超过35%。（3）采矿作业难度大，开采效率低，采矿成本高，因而矿区的经济效益不高。

2 原地浸析采矿法的应用

2.1 应用原理

原地浸析采矿法的应用原理为：当粘附于黏土矿物表层的稀土阳离子碰到NH4+或者H+等化学性质更活跃的阳离子时，就会被其取代并重新融入水溶液之中。当浸析剂为硫酸铵时，其化学方程式为：

2（高岭土）-3·RE+3+3·（NH4）2+1·SO4-2→2（高岭土）-3·（NH4）6+1·SO4-2

其中，RE+3指的就是稀土阳离子。应用原地浸析采矿法开发离子吸附型稀土矿，具体可分为两个环节：（1）电解质溶液顺着因风化作用而形成的孔隙受重力影响流入矿体，并吸附于富有稀土离子的矿产表面。基于重力作用，溶液在孔隙中发生扩散现象并带出内含在矿体中的水因子，与此同时，溶液中化学性质更活跃的阳离子在碰到矿产表面的稀土离子后发生交换替代作用，稀土离子解吸之后融入溶液并产生稀土母液，进而生成原地浸析层，不断注入的溶液析出已完成离子交换的稀土母液，并与矿产中尚未发生替代作用的稀土离子进行交换取代；（2）析出的稀土母液和地下水一起运动至地下水位，慢慢提升原地浸析采矿区的地下水位，以构成采场内的母液富含层[2]。当富含层所构成的地下水坡度达到15°左右时，便可产生采区内较为稳定的稀土母液径流，通过采用一定的把控手段，将稀土母液导向集液沟。

2.2 应用流程

2.2.1 划分采场

离子吸附型稀土矿主要集中于丘陵地区，层状矿床随着地形呈现规律性的厚度变化，底板地形基本上与地表地形保持一致，并且地下分水岭与地表分水岭也呈一致性，因而将采场设置在从山脊到山脚的一个倾斜位置，同时依据采场的工作周期、设备采矿能力以及管理便利性等因素决定采场的规模大小，通常来说采场的规模越大，工作周期就越长，对于各类机械设备的性能要求也就越高，一般情况下，离子吸附型稀土矿的采场规模在3000-9000m2左右，包括了高位水池、采矿场、集液沟、稀土母液池、注液井、注水井以及高位液池等设备。

2.2.2 采准采场

在这一环节主要囊括了设置井网、开挖注水井、注液井和观测井、架设输水和输液管道以及挖掘集液沟等等工作，除此以外，也需挖掘截水排水沟，以避免因雨水天气而造成稀土母液的流失或冲淡，必要时也可加设防护装置，以此来避免滑坡现象的发生。注水井和注液井的排放距离一般在5-8m左右，两者之间的距离在8-10m左右。井深通常把控在经过表面土层后能达到预期的液柱高度。一般情况下，注水井设置在采场边缘，但值得注意的是不可安置于集液沟方位。集液沟一般设置在山脚位置，横截面呈梯形，深度至少应达到矿区原有地下水位。通过在采场一边设置集液沟，可构成畅通的液流路径，为稀土母液的流出提供便利。输水和输液管道通常按排设置，每一个注水井或者注液井方位都安设有支管，同时设置了配套设备——闸阀，以对输水或输液量进行把控。除此以外，基于电解质溶液具有较强的腐蚀性，因而输液管一般都选用塑料材质的管道。为了实施监控稀土母液的流向以及原地浸析采场的动向，在采场的内外部均设置了若干个观察井。

2.2.3 原地浸析

现阶段，通常采用食盐、硫酸铵或者氯化铵作为电解质溶液，但由于食盐中富含钾和钠离子，极易造成土壤的板结，进而对植被根系造成严重破坏，因而食盐溶液使用频率较低。目前应用最为广泛的当属硫酸铵，浓度在2.5%左右，固液比为1：0.5且pH值大约为4.5-5.0。各井由于所处位置各不相同，因而所需负荷的原地浸析离子吸附型稀土矿量也不尽相同，位于山脊位置的注液井，由于矿层厚度较大，稀土矿负载量也较大，因而溶液使用量也较大，而位于山脚位置的注液井，由于矿层厚度较薄，因而溶液的需求量也相对较小[3]。依据浸析矿量的负载量，沿山坡方向自上而下地划分出若干个浸析区，且位于上方的浸析区的注液时长应大于处于下方的浸析区的注液时长，使得溶液能够依次带出矿物中的水因子，以此来提升集液沟中的稀土母液浓度。

不同位置浸析区的浸析高度也不尽相同。其中，注液高度与注液量之间具有正相关关系，由浮标把控井液面，误差一般把控在20cm左右。在注液的同时进行注水，以避免造成稀土母液与溶浸液的流失。在注水或者注液过程中，应通过观察井对其进行实时观测，以及时把握水和溶液的流向，从而对注水量或者注液量进行调整。在完成注液工作后，应在注液井中加设注顶水，以带出残留在孔隙中的稀土母液，实现资源最大限度地回收和利用。

2.2.4 布置集液沟

集液沟一般设置于山脚位置，尾部布置有拦水坝。相关管理人员应定期对集液沟进行检查和维护，以保证集液沟的正常运行。

3 结语

总之，通过应用原地浸析采矿法，不仅可有效提升离子吸附型稀土矿的资源利用率，而且也在很大程度上保护了矿区的生态环境，同时这一采矿技术也大大降低了工作强度，提高了工作效率，节约了采矿成本，对于开发离子吸附型稀土矿具有积极意义。笔者坚信，原地浸析采矿法必将拥有光明的应用前景。

参考文献

[1]肖燕飞，黄莉，李明来，等.ICP-AES法测定离子吸附型稀土礦镁盐体系稀土浸出液中稀土与非稀土杂质[J].稀有金属，2017，（4）：390-397.

[2]颜娜.电渗析技术应用于离子吸附型稀土矿浸出液回收稀土工艺研究[D].江西理工大学，2014.

[3]王登红，代晶晶，刘新星.离子吸附型稀土资源研究进展、存在问题及今后研究方向[J].岩矿测试，2013，（05）：796-802.