某稀土矿原地浸矿工业试验研究

李 刚，朱志成，梁 健，谢芳芳，黄紫彬＊

（1.江西离子型稀土工程技术研究有限公司，江西 赣州 341000；2.国家离子型稀土资源高效开发利用工程技术研究中心，江西 赣州 341000）

1 试验矿块概况

试验矿块位于矿区北部，山体地表植被较多，稀土品位一般，该矿体为简单地质类型矿，总体上属高钇低铕型矿种。通过对该试验矿块进行生产勘探，矿体按0.02%（离子相）圈定，面积为3894m2，矿块平均厚度为9.77m，离子相平均品位0.065%，全相平均品位0.13%，矿体体积38044.38m3，矿石比重1.50t/m3，矿石量57066.57t，矿块离子相储量为37.09t，全相储量为74.18t。

2 浸收机理

交换状态的稀土阳离子遇到交换势能更大的阳离子时，就可被其交换下来，反应式如下：

当以硫酸铵溶液作为浸矿液时，其交换机理是：

在原地浸矿时，将浸矿液注入矿体，溶液中交换势更大的阳离子与呈吸附态的稀土离子发生交换作用，使稀土离子进入浸出液。这个多向固液交换体系的过程是：渗透—扩散—交换—再扩散—再渗透，扩散动力是浓度差。不断注入矿体中的溶液（或顶水）挤出已发生交换作用的稀土浸出液。

3 试验过程

环保工程、避水工程、管路工程、注液工程、收液工程等、监控工程是原地金矿工程试验过程中重要环节。试验浸采工程预计4个月左右，硫酸铵的注入量为160t左右，总注入液量82865m3（含顶水），母液的总收液量75946m3，其回收率可达90%以上，共计回收稀土30t，稀土的回收率可达80%左右，完成浸采作业后，有专人对管路进行回收，封堵注液孔。

3.1 注液工程

注液工作分两步进行：先注硫酸铵浸矿液，后注顶水。注液顺序由上往下逐排分段进行。注液计量通过配液池的刻度标注来进行计量。

硫酸铵浸矿液加注时间历时29天，共注入硫酸铵163t，累计共注入硫酸铵溶液13261m3；注液浓度先浓后淡，其中前16天内硫酸铵浓度为1.5%，注入硫酸铵溶液6105m3，后13天内硫酸铵浓度为1%，注入硫酸铵溶液7156m3，为了保证注液工作的正常进行，每天分两班人员巡山，防止硫酸铵溶液跑、冒、滴、漏发生，及时检查注液管路，调整注液孔上的龙头控制好流速，使注液孔内水面保持一定的水头高度，让注液水面刚好浸没棘草（即矿石与表土分界线）处，使浸矿效果达到最佳。

硫酸铵浸矿液注夜完成后开始加注顶水，即将回收母液处理后，不再添加硫酸铵，直接注入试验矿块。加注顶水共历时90天，累计共注入顶水量69604m3。

3.2 收液工程

收液计量由通过安装在母液管的流量计计算。试验矿块自注液8天后开始个别导流孔陆续出液，但硫酸铵和稀土均未出现；注液15天后母液中开始出现有硫酸铵存在，但未发现含有稀土；自注液17天后母液中开始出现稀土，稀土浓度为0.08g/L，注液35天后达到最高，稀土浓度为1.05g/L，高峰期较短，稀土浓度开始逐渐下降，直到浓度降至0.07g/L。稀土综合回收率达到78.2%。

其母液稀土浓度变化曲线图分别见图1。

图1 母液稀土浓度变化曲线图

3.3 试验监测

试验监测分为日常生产监测和环评监测。日常生产监测主要包括日注液量、硫酸铵浓度、pH值；日母液回收量、硫酸铵浓度、稀土浓度、pH值；日稀土沉淀量等。环评监测主要包括浸矿前后土壤变化监测、地表水变化监测、地下水水位、水质监测、降雨量监测以及各泉或矿块与第四系边界基岩露头处的渗出液监测等内容。

试验矿块的监测从硫酸铵浸矿液加注前13天开始取本底值样，到加注顶水结束后20天最后一次取样监测。监测取样工作历时152天。

经过实验研究得出结果，因使用清污分流和一些防渗方法，在浸矿施工中或完成后，监测到的井下水含氨氮指标维持在最低值范围内，数值变化较小，注浸矿液对下游水环境未产生影响。马头山裸脚式离子型稀土资源适用于原地浸矿工艺进行开发，使用合理防渗技术可避免地表与井下水的污染，试验取得较好的环境效益。

4 结论

（1）通过本次原地浸矿工业试验，有效控制了离子型稀土资源开采成本，母液累计回收率达到91.65%，稀土综合回收率达到78.2%（离子相）的技术指标，共回收稀土29.01t，取得较好的经济效益和社会效益。

（2）该矿区试验矿块采用原地浸矿工艺开采成本低，离子型稀土资源开发价值高，建议在该矿区推广应用该工艺，充分利用离子型稀土这一宝贵资源。