專利名稱：一種離子吸附型礦原地浸礦出液的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于濕法治金領域，涉及一種離子吸附型礦原地浸礦出液的方法和系統。
背景技術：
我國南方離子吸附型礦富含中重稀土，具有較高的開采和應用價值，是世界上獨一無二的中重稀土寶庫。稀土礦隨花崗巖的風化而以離子形式吸附于高嶺土上，開采容易。目前，離子吸附型礦的浸出工藝主要有池浸、堆浸和原地浸礦三種工藝。池浸工藝是將礦土與浸礦劑在池中交換后棄去余土并回收溶液的方法。堆浸工藝是將礦土開采后堆積于不透水的平臺上，將浸礦劑自堆頂淋洗，并于堆底收集浸出液的方法。池浸和堆浸工藝的稀土浸出率較高，浸礦劑消耗較少，但是這兩種工藝需開挖大量表土，每噸稀土氧化物產生超過1200立方的尾沙，環境破壞和水土流失嚴重。原地浸礦工藝是我國稀土工作者自行開發的技術，在風化層底部基巖條件較好的礦山頂部開孔注入浸礦劑，在礦山底部適當位置收集浸出液。原地浸礦技術可以在不破壞植被的情況下，將高嶺土層所吸附的大部分的稀土置換出來。但是該技術對礦山的不透水基巖條件有較高的要求，對于基巖條件不具備的礦山，部分浸礦劑將直接滲入礦山底部并進入地下水無法收集，造成稀土損失和對地下水的污染。目前，原地浸礦技術平均每噸稀土耗硫酸銨5-6T，而理論耗量在2. 5T左右，即一倍以上的過量硫酸銨進入廢水中被排放。目前南方離子吸附型礦一般采用硫酸銨、氯化銨、氯化鈣等浸出劑，原地浸礦或堆浸后，采用碳酸氫銨沉淀得到碳酸稀土精礦，經灼燒后得到稀土氧化物精礦，中國專利申請 94110881. 3 (公開號為CN1108700A，
公開日為1995年9月20日)、94102455· 5 (公開號為 CN1042142C，
公開日為1999年2月17日)、01125180. 8 (公開號為CN1401797A，
公開日為 2003年3月12日)等公開了相關技術。在實際操作過程中，原地浸礦技術具有較高的技術要求。注液不當導致礦層含水量高，易于引發山體滑坡等事故；浸礦劑側向滲入土壤層會導致植被死亡；同時，目前工藝中為保證稀土收率，需注入大量的水進一步將礦層中較多的殘余浸出液頂洗出來，從而增加了總的耗水量和排放量；更嚴重的是，對于基巖條件較差的礦山，礦層含液量高將導致大量浸出液滲入地下水，造成稀土損失和對地下水的污染。采用真空負壓出液的方式，理論上可以降低礦層含液量，提高出液速度，更適用于基巖透水的礦山。中國專利申請89104757. 3(公告號為CN1048564CA，公告日為1991年1 月16日)公開了一種采取真空負壓出液的離子型稀土礦原地浸取工藝，采取真空封底方法進行浸出液回收。但是，目前的真空出液系統設計均較簡單，因此存在控制范圍小、母液流失較多、效率不高等缺點，影響了其實際應用。提高真空出液效率的必要條件包括較高的真空度和較大的真空出液面積。但是， 由于地質、水文、生物作用等造成離子吸附型稀土礦的礦體具有一定的不均勻性，在真空作用下，易于生成裂隙并進入大量空氣，因而隨著真空出液面積的增加，真空系統漏氣問題將更為嚴重，采取簡單真空出液系統難于在較大的真空出液面積下得到較高的真空度。
發明內容
針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的是提供一種離子吸附型礦原地浸礦出液的方法和系統。通過該方法實現的系統，能夠在較大的真空出液面積下得到較高的真空度，以降低礦層持水量，擴大控制范圍，提高出液效率。為達到以上目的，本發明采用的技術方案是一種離子吸附型礦原地浸礦出液的方法，采用真空方式收集浸出液，在礦體與真空出液口間設置具有阻隔空氣作用的多孔毛細導液層，在毛細作用傳導的真空壓力下由礦體向真空出液口傳輸浸出液。進一步，可以使用微孔陶瓷管作為多孔毛細導液層以傳輸浸出液。再進一步，所述的微孔陶瓷管的孔徑為0. 5 2微米。進一步，也可以在礦體與真空出液口間加注泥漿，并在真空作用下形成與礦體和出液系統緊密結合的多孔毛細導液層。再進一步，在礦體中開鑿橫井，并將外包濾布或濾網的多孔管置于橫井內作為真空出液管，與真空出液管平行安裝多孔管作為泥漿加注管，啟動真空系統使真空出液管真空后，由泥漿加注管加注泥漿，直至加滿橫井，形成多孔毛細導液層。一種離子吸附型礦原地浸礦出液的系統，包括設置在礦體表面的注液井、設置在礦體底部的出液系統以及與出液系統連接的真空系統和氣水分離器，所述的出液系統中設置有具有阻隔空氣作用的多孔毛細導液層。進一步，可以使用微孔陶瓷管作為多孔毛細導液層。再進一步，所述的微孔陶瓷管的孔徑為0. 5 2微米。進一步，也可以在礦體與真空出液口之間加注泥漿，并在真空作用下形成與礦體和出液系統緊密結合的多孔毛細導液層。再進一步，在礦體中開鑿橫井，并將外包濾布的多孔管置于橫井內作為真空出液管，與真空出液管平行安裝多孔管作為泥漿加注管，啟動真空系統，使真空出液管真空后， 由泥漿加注管向橫井內加注泥漿至滿，形成多孔毛細導液層。本發明的有益效果是第一、本發明在原地浸礦過程中，在礦體和真空出液口之間設置孔徑為0. 5-2 μ m 的微孔介質層作為多孔毛細導液層，真空壓力可通過毛細作用在多孔毛細導液層中進行傳導，在上述孔徑范圍內，毛細管力可與外加真空壓力(最大為0. IMPa)平衡，此時介質微孔中持有一定量的液體，僅允許液體通過，從而有效地避免空氣進入真空系統，有利于提高真空出液面積和系統真空度，并大幅度降低維持真空度所需要的能耗。第二、采用本發明的方法，停止注入浸礦劑后，在真空毛細作用下，粘土層中浸礦劑的殘余吸附量將顯著低于無真空條件的殘余吸附量，使得礦體中殘余浸出液吸附量有較大幅度的降低，有利于提高浸出液的回收率，并可以較大幅度的減少浸礦劑、后續淋洗用水消耗量與廢水排放量，大大降低成本。第三、由于本發明在礦體和真空出液口之間設有多孔毛細導液層，在真空毛細作用下，粘土層中液體開始流動的臨界持液量降低，流速加快，有利于浸出過程的進行，礦層持液量降低還可有效地防止發生山體滑坡及溶液側滲導致植被死亡等事故。
圖1是實現本發明所述方法及系統的一種實施方式的系統結構圖；圖2是實現本發明所述方法及系統的另一種實施方式的系統結構圖。附圖標記1礦體，2多孔毛細導液層，3真空出液管，4多孔注漿管，5氣水分離器，6導液管，7 真空系統，8出口，9注液井，10陶瓷微孔管
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步描述。圖1是實現本發明所述方法及系統的一種實施方式的系統結構圖。如圖1所示， 在礦體1的下部開鑿橫井，在橫井中設有外包濾布或濾網材料的真空出液管3以及與真空出液管3平行的多孔注漿管4，真空出液管3與氣水分離器5的上部連接，并且與真空出液管3連接的導液管6和氣水分離器5的下部連接，氣水分離器5與真空系統7連接。在進行浸礦時，首先開啟真空系統7，在真空出液管3達到合適的真空度時，向多孔注漿管4中注入泥漿，從而在橫井中形成與礦體和真空出液管3均緊密結合的多孔毛細導液層2。向礦體1 的注液井9中連續注入浸礦劑，由真空系統7和氣水分離器5保持系統的真空度，浸出液自真空出液管3的出口(即真空出液口)流入導液管6，由導液管6的出口 8輸出。操作時， 可以在近礦體處和遠礦體處設置近參考井與遠參考井，根據二者的液位差調整相關工藝參數。圖2是實現本發明所述方法及系統的另一種實施方式的系統結構圖，如圖2所示， 在礦體1的下部開鑿橫井，在橫井中埋設微孔陶瓷管10作為多孔毛細導液層，微孔陶瓷管 10與氣水分離器5的上部連接，氣水分離器5與真空系統7連接。在進行浸礦時，首先向礦體1的注液井9中連續注入浸礦劑，開啟真空系統7，由真空系統7和氣水分離器5保持系統的真空度，浸出液自微孔陶瓷管10流入導液管6，由導液管6的出口 8輸出。實施例1實施例1用于說明采用本發明的方法進行原地浸礦出液的效率。如圖1所示，模擬礦體基巖制備3 X : 的底板，底板上開有滲水的小孔，根據礦體實際情況，將礦土堆積在模擬的基巖底板上，制成離子吸附型礦體模型。按照原地浸礦工藝在礦體模型表面安裝注液管(相當于注液井9)，然后在礦體模型底部開鑿橫井，在橫井內設置外包200目濾網的硬質PVC多孔管作為真空出液管3以及與真空出液管3平行的PE 管作為多孔注漿管4(管上每0. 05米對開5mm的孔)，真空出液管3外接氣水分離器5，氣水分離器5與真空系統7連接。開啟真空系統7后，向多孔注漿管4內泵入泥漿，直到真空出液管3的真空度達到0. 06MPa以上后開始自注液管9加入浸礦劑，浸出液自真空出液管 3經導液管6引出到出口 8輸出。經10天試驗，溶液平均回收率為95.2%。對比例1對比例1用于說明采用PE材質的真空出液管3以及未設多孔注漿管4時進行原地浸礦出液的效率。按照實施例1的方法制備相同規格的離子吸附型礦體模型。按照原地浸礦工藝在礦體模型上安裝均為PE材質的注液管(相當于注液井9)和真空出液管3，真空出液管3外接氣水分離器5，氣水分離器5與真空系統7連接。開啟真空系統7，真空度最高僅可達到 0. OlMPa,自注液管加入2g/L硫酸銨溶液作為浸礦劑，浸出液自出口 8輸出。經10天試驗， 溶液平均回收率僅為80.2%。實施例2實施例2用于說明采用本發明的方法進行原地浸礦出液的效率。如圖2所示，模擬礦體基巖制備IX Im的底板，底板上開有滲水的小孔，根據礦體實際情況，將礦土堆積在模擬的基巖底板上，制成離子吸附型礦體模型。按照原地浸礦工藝在礦體模型表面安裝PE材質的注液管(相當于注液井9)，并在礦體模型底部安裝孔徑為 0. 5 2 μ m的微孔陶瓷管10，將微孔陶瓷管10 —端封閉，另一端接氣水分離器5，氣水分離器5與真空系統7連接。開啟真空系統7，當微孔陶瓷管10的真空度達到0. 09MI^后，向注液管中加入2g/L硫酸銨溶液作為浸礦劑，浸出液自微孔陶瓷管10中流出，經導液管6引到出口 8輸出。經10天試驗，溶液平均回收率為98. 3%。對比例2對比例2用于說明采用PE材質的多孔管代替實施例2中的微孔陶瓷管時進行原地浸礦出液的效率。按照實施例2的方法原地浸礦出液，所不同的是，用PE材質的多孔管代替微孔陶瓷管。經10天試驗，溶液平均回收率僅為75.2%。本發明所述結構并不限于具體實施方式
中所述的實施例，本領域技術人員根據本發明的技術方案得出其他的實施方式，同樣屬于本發明的技術創新范圍。
權利要求
1.一種離子吸附型礦原地浸礦出液的方法，采用真空方式收集浸出液，其特征為，在礦體與真空出液口間設置具有阻隔空氣作用的多孔毛細導液層，在毛細作用傳導的真空壓力下由礦體向真空出液口傳輸浸出液。
2.如權利要求1所述的離子吸附型礦原地浸礦出液的方法，其特征為，使用微孔陶瓷管作為多孔毛細導液層以傳輸浸出液。
3.如權利要求2所述的離子吸附型礦原地浸礦出液的方法，其特征為，所述的微孔陶瓷管的孔徑為0.5 2微米。
4.如權利要求1所述的離子吸附型礦原地浸礦出液的方法，其特征為，在礦體與真空出液口間加注泥漿，并在真空作用下形成與礦體和出液系統緊密結合的多孔毛細導液層。
5.如權利要求4所述的離子吸附型礦原地浸礦出液的方法，其特征為，在礦體中開鑿橫井，并將外包濾布或濾網的多孔管置于橫井內作為真空出液管，與真空出液管平行安裝多孔管作為泥漿加注管，啟動真空系統使真空出液管真空后，由泥漿加注管加注泥漿，直至加滿橫井，形成多孔毛細導液層。
6.一種離子吸附型礦原地浸礦出液的系統，包括設置在礦體(1)表面的注液井(9)、設置在礦體(1)底部的出液系統以及與出液系統連接的真空系統(7)和氣水分離器(5)，其特征在于，所述的出液系統中設置有具有阻隔空氣作用的多孔毛細導液層(2)。
7.如權利要求6所述的一種離子吸附型礦原地浸礦出液的系統，其特征為，使用微孔陶瓷管(10)作為多孔毛細導液層。
8.如權利要求7所述的一種離子吸附型礦原地浸礦出液的系統，其特征為所述的微孔陶瓷管(10)的孔徑為0. 5 2微米。
9.如權利要求6所述的一種離子吸附型礦原地浸礦出液的系統，其特征為，在礦體(1) 與真空出液口之間加注泥漿，并在真空作用下形成與礦體(1)和出液系統緊密結合的多孔毛細導液層O)。
10.如權利要求9所述的一種離子吸附型礦原地浸礦出液的系統，其特征為，在礦體 (1)中開鑿橫井，并將外包濾布的多孔管(3)置于橫井內作為真空出液管(3)，與真空出液管(3)平行安裝多孔管作為泥漿加注管，啟動真空系統，使真空出液管(3)真空后，由泥漿加注管向橫井內加注泥漿至滿，形成多孔毛細導液層O)。
全文摘要
本發明涉及一種離子吸附型礦原地浸礦出液的方法，采用真空方式收集浸出液，在礦體與真空出液口間設置具有阻隔空氣作用的多孔毛細導液層，在毛細作用傳導的真空壓力下由礦體向真空出液口傳輸浸出液。本發明還給出了實現該方法的系統。采用本發明的方法和系統，有利于提高真空出液面積和系統真空度并大幅度降低維持真空所需要的能耗，以降低礦層持水量，擴大控制范圍，提高出液效率。
文檔編號C22B3/04GK102392129SQ20111036505
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者劉艷, 吳聲, 廖春生, 王嵩齡, 程福祥 申請人:五礦(北京)稀土研究院有限公司