浅谈广西六汤稀土矿开采工艺特点

梁 发,陆安丛,潘晓锋

(1.广西建工一建综合设计研究院矿山所, 广西 南宁 530023;2.广西铭明建设工程有限公司, 广西 南宁 530023)

0 前 言

离子吸附型稀土矿也称为风化壳淋积型稀土矿,是富含稀土元素的中酸性岩浆岩、火山岩或火山碎屑岩风化后,稀土元素经淋积富集吸附在风化壳粘土物中而形成[1].离子吸附型稀土矿最早由我国九0八地质大队于1969年发现[2],并由赣州有色冶金研究所于1971年发明了第一代 “池浸”提取工艺[2].此后多年,我国各科研院所对浸渗机理研究[3G4]、药剂开发[5]、渗流溶浸行为及工艺优化[6G7]、开采技术适用性[1]、工艺对比[2,8]等方面进行了深入研究和实践,并形成了池浸工艺、堆浸工艺、原地浸出工艺3种三代成熟开采工艺.同时,赣州弘茂稀土工程有限公司于2016年成功地研发出一套全新的离子型稀土提取工艺技术[2].由于技术的不断进步与成熟,我国于2012年制订了«稀土行业准入条件»,将原地浸矿工艺作为推广工艺进行推广,并禁止堆浸、池浸工艺使用.同时,我国正在制定首部«离子型稀土矿原地浸出开采技术规范»国家标准.

六汤稀土矿属于离子吸附型稀土矿,开采工艺为原地浸出工艺,开采过程中不需要大量剥离和矿石搬运,在浸出液的作用下直接将有价值金属吸附出来达到绿色利用的目的,工艺绿色环保.

1 矿床地质特点

1.1 矿床地质特点

六汤稀土矿属低山丘陵地貌,矿区的风化壳离子吸附型稀土矿床的赋矿层位是中酸性火山岩体的风化壳.矿体与风化壳的发育程度密切相关,风化壳厚度越大,风化程度越高,矿体厚度随之增大,矿体形态呈港湾状、不规则状.矿体埋深一般在0~5.00 m,矿体东西长2.60 k m,南北宽约0.93~2.30 k m,倾向随风化岩体朝向各有所异,倾角0°~25°;平均矿厚4.00 m,离子相品位为0.030%~0.244%.矿体上方为粘土层(残坡积层)及全风化层,底板为半风化层或原岩.

1.2 适用性分析

六汤稀土矿可采用原地浸出工艺,主要是由自身的3个方面原因决定:

(1)矿体的渗透性:六汤稀土矿属风化壳矿床,矿体产于中酸性火山熔岩及次火山岩的风化和半风化层中,主要矿物成分为石英、长石、云母、高岭土等,大部分具中粗粒疏松结构,块状构造,具有较好的渗透性.

(2)其次矿体底板的透水性:六汤稀土矿矿体底板为原生的流纹质角砾熔花岗岩,这种岩石未风化前的透水性都比较差,加之没有受断层等构造的破坏,不易造成浸出液的渗漏.

(3)最后是地形地貌:六汤稀土矿为低山丘陵地带,矿体多赋存于小山坡上,非常有利于浸出液的自流和收集.由于上述原因,六汤稀土矿适合采用原地浸出工艺.

2 开采工艺

2.1 原地浸出工艺流程

六汤稀土矿采用1%~2%硫酸铵液浸矿,网格布孔的方式注液,收液系统主要为集液巷道加导流孔组合方式,同时设置观测井和环保井进行三级监测,其工艺流程见图1.

图1 原地浸出工艺流程

2.2 主要采矿工程布置

主要采矿工程布置包括供液与供水工程、注液工程、集液与母液输送工程、避水、监测工程等.

2.2.1 开采单元划分

矿山在划分采场时,根据实际生产情况布置浸矿矿块,规格布置为宽(40~90)m×长(50~200)m,单个采场布置的浸矿矿块个数为1~4个.

2.2.2 供液与供水工程设置

高位水池一般设置在矿区地形标高较高处,有效蓄水量应能满足矿山至少一个班的浸矿用水量.供液与供水管网:水冶车间浸矿液配液池制备的浸矿液,用泵送至高位池,输送管采用PVC管,敷线方式为地上敷设,按一定间距设置止回阀.

2.2.3 注液工程设置

注液孔分布采用菱形均匀布置,孔径为Φ300 mm左右,孔深为0.5~3.5 m,网度为2 m×2 m.每个注液孔安装注液管道及闸阀控制注液量.

注液管网由注液管自流至各个注液孔,注水管与注液管共用,注液管采用PVC管,分类总管、支管和注液分管,管径为别 Φ110 mm、Φ25 mm、Φ18 mm,敷线方式为地上敷设,可移动,可重复使用.

2.2.4 集液与母液输送工程设置

集液巷道布置在矿体下盘半风化岩石中,巷道断面规格为1.2 m×1.8 m,长度根据矿体的延伸而定,一般主平巷长60~200 m,间距20~25 m.再在集液主巷中按8~15 m的间距,在两侧布置垂直收液支巷;若矿体底板倾角稍大,集液叉巷距矿体较远,不利于矿液渗漏,必要时可在巷道顶板施工扇形钻孔,形成网格状收液系统.

巷道底板修浅沟(梯形断面,规格0.2 m×0.3 m),并且刷上水泥砂浆,形成人工防渗假底,在浅沟铺茅草等,同时在浅沟上加盖水泥盖板,集液巷道在掘进过程中根据现场实际情况进行局部砌碹支护.

集液导流沟断面为梯形,规格为0.2 m×0.3 m.集液导流沟刷上水泥砂浆,并以HDPE防渗膜进行覆盖,形成人工防渗假底.所有的集液导流沟沟顶铺顶盖,防止雨水进入收集系统.

母液中转池一般布置在采场外最低的位置处,池容按照浸矿液的流量来进行设计,母液中转池采用砖混结构,池直径13~16 m,深4 m,池底和池壁使用HDPE防渗膜进行覆盖,防止浸矿液腐蚀池壁和池底.

母液输送是通过母液输送管将母液中转池中的浸出母液泵送至水冶车间除杂池.在母液输送管线路沿线低洼处,适当布置事故井,在管线破损泄漏时可以收集母液.

2.2.5 避水和监测工程设置

在集液导流孔口上部采场水平长方向布置一条0.2 m×0.3 m的梯形断面避水沟,长度与集液导流沟相近,以防下雨时雨水流到集液沟.

母液监测采用三级监控收集系统.第一级为集液巷道母液监控收集系统,第二级为水平孔监控收集系统,第三级为垂直孔监控收集系统.

2.3 主要原材料消耗

开采主要原材料消耗为硫铵、碳铵、硫酸等.

(1)硫铵:原地浸矿矿块采用的浸矿液为硫酸铵溶液,硫酸铵溶液浓度按2%计算,固液比1∶0.33.

(2)碳铵:碳铵耗量按稀土氧化物1∶6配比.

(3)硫酸:硫酸耗量按稀土氧化物1∶0.6配比.

2.4 矿山复垦

在浸矿完成后立即对注液孔进行回填、复垦.矿块闭坑后,对集液沟、集液巷道等进行回填、复垦.母液中转池等永久性废弃地形成后及时覆土、及时复垦.注液孔回填时,先注入一定量的碱性液体(如石灰乳),然后在回填土中拌入适量生石灰回填注液孔,具体用量根据现场而定.

3 开采工艺存在的问题

原地浸出工艺属于绿色开采工艺,具有采场采准工程量少,生产准备周期短;不需要对矿山进行开挖运输,无需新建堆淋场、尾矿库等;不大面积破坏山体,生产过程中通风条件好、粉尘扬尘等较常规方法少,工作环境优等优点.但原地浸出工艺存在如下几个方面的问题[9].

3.1 开采条件要求高

原地浸出工艺要求矿石结构粗粒疏松、块状构造,具有较好的渗透性;矿体底板的透水性差;地形地貌有利于浸出液的自流和收集.对于部分地形为沟谷区域,复杂地质条件、基准潜水面以下矿体[2]等因无法布置相关工程,从而导致损失.因此,“堆浸”工艺在适当的开采条件下,应做为一种补充工艺,从而达到增加资源利用的目地.

3.2 母液回收率低

原地浸出工艺由于注液工程的布置、注液方式选择等原因,使得浸出时存在浸出盲区,另外浸出液与矿床中稀土的浸出率以及浸出液漂移到收液区等原因,导致回收率低.针对此类问题,主要措施为:优化注液孔网参数,如注液点加密、孔深、孔径和孔距减小、一次加液量减少等方法,可以减盲区,提高回收率;在矿体四周设置注浆帏幕防止浸出剂浸出液漂移;加强生产监测,做到及时发现及时处理回收向外漂移的浸出液等.

3.3 山体滑坡出现概率大

浸采过程中因山体风化层长期处在饱水状态,导致山体力学性质的改变,破坏山体稳定性,极易造成采场滑坡、崩塌等,如遇雨季强降雨,可能形成泥石流和山体滑坡坍塌.应对措施主要为:在开采过程中应做好采区地下水位动态变化的观察,如遇异常变化,可采取暂停注液、间断注液等方法.另外,要密切测控注液井液面,注液时要控制在上部表土层之下.

4 结 语

六汤离子型稀土矿矿床赋存特征特殊,适合采用原地浸出工艺开采,生产实践取得了较好的应用效果.矿山生产设计的供液与供水工程、注液工程、集液与母液输送工程、避水、监测工程等系统,适合矿山生产需要,但原地浸出工艺还存在开采条件要求高、母液回收率低、山体滑坡出现概率大等问题.

[1] 赵 彬,佘宗华,康 虔,等.离子型稀土原地浸矿开采技术适用性评价与分类[J].矿冶工程,2017,37(3):6G10.

[2] 丁嘉榆.对离子型稀土矿“原地浸出”与“堆浸”工艺优劣的探讨[J].稀土信息,2017(12):26G31.

[3] 罗仙平,钱有军,梁长利.从离子型稀土矿浸取液中提取稀土的技术现状与展望[J].有色金属科学与工程,2012,3(5):50G53,59.

[4] 伍红强.离子型稀土矿抑杂浸出工艺及机理研究[D].赣州:江西理工大学资源与环境工程学院,2012.

[5] 余水静,程 素,彭 涛,等.离子型稀土矿山集液沟区域耐盐异养硝化细菌的筛选及其脱氮特征[J].有色金属科学与工程,2017,8(5):137G139.

[6] 周贺鹏,胡 洁,罗仙平,等.离子型稀土矿渗流溶浸行为研究[J].稀有金属,2016.

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[8] 邓国庆,杨幼明.离子型稀土矿开采提取工艺发展述评[J].稀土,2016,3(37):129G132.

[9] 卢盛良,卢朝晖,吴南萍,等.淋积型稀土矿原地浸矿几项技术问题的解决途径[J].湿法冶金,1997(2):22G24.