一種離子吸附型稀土原地浸礦的方法及其浸礦系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于原地浸礦開采技術(shù)，具體涉及一種離子吸附型稀土原地浸礦的方法及其浸礦系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]中國稀土占已探明的世界稀土儲(chǔ)量的80%，是我國的優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)資源和戰(zhàn)略資源。南方以重稀土為主，北方以輕稀土為主。其中，南方離子型吸附型稀土礦床類型為“風(fēng)化殼型”，富含釔、鏑、鋱等現(xiàn)代高新技術(shù)和國防等尖端領(lǐng)域所必需的中重稀土元素。
[0003]風(fēng)化殼淋積型稀土礦主要分布在我國南方的江西、福建、湖南、廣東、廣西和云南等六省區(qū)，其原巖多為含稀土的花崗巖和火山巖，山體的切割深度一般較?。粷撍灰话爿^高，原巖風(fēng)化形成高嶺土、蒙脫石等粘土礦物，稀土礦物風(fēng)化形成稀土離子吸附在粘土礦物而形成風(fēng)化殼淋積型稀土礦。離子吸附型稀土風(fēng)化殼礦床中約75% — 95%的稀土元素呈陽離子狀態(tài)吸附在如高嶺土、蒙脫石中，其余10%的稀土元素呈礦物象、類質(zhì)同象和固體分散象的形態(tài)存在，目前為獲得離子型稀土離子多采用硫酸銨浸取液來浸溶礦石。
[0004]離子吸附型稀土礦的開采技術(shù)經(jīng)歷了池浸工藝、堆浸工藝和原地浸礦的發(fā)展經(jīng)程，上世紀(jì)七十年代開始采用池浸工藝和堆浸工藝，池浸工藝、堆浸工藝需剝離稀土礦山表土層并開挖礦石，已造成嚴(yán)重的水土流失、生態(tài)破壞、環(huán)境污染等問題，現(xiàn)這兩種工藝在離子型稀土礦的開采中已被淘汰。原地浸礦工藝不需剝離稀土礦山表土、不需開挖礦石，在稀土礦山上用人工開挖注液井，將浸礦溶液即硫酸銨溶液經(jīng)注液井注入天然埋藏條件下的風(fēng)化礦體，浸礦劑溶液中的陽離子在靜壓滲浸條件下將吸附在粘土表面的稀土離子交換下來形成母液，設(shè)置集液槽等收液工程系統(tǒng)，母液從收液工程系統(tǒng)流出，再用草酸沉淀母液中的稀土，因此，“原地浸礦”工藝和池侵、堆浸工藝相比在環(huán)境保護(hù)是一大進(jìn)步。
[0005]中國專利公開號(hào)CN103509944A，公開日2014年I月15日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為“一種風(fēng)化殼淋積型稀土礦原地浸出稀土礦的方法”，該申請(qǐng)公開了一種風(fēng)化殼淋積型稀土礦原地浸出稀土礦的方法，包括以下步驟:在礦體上打孔，其深度通過腐植層，穿過全風(fēng)化層直達(dá)半風(fēng)化層，并在孔中插入上下開口的導(dǎo)管直達(dá)半風(fēng)化層的深度，向?qū)Ч苤凶⑷虢V液；在基巖上開導(dǎo)流槽用于導(dǎo)流稀土浸出液流入集液，只沿著礦體的山脊呈網(wǎng)狀分布打孔，孔距為2-3m。其不足之處是注液井?dāng)?shù)量過多，易成為雨水入滲通道從而誘發(fā)滑坡災(zāi)害。
[0006]現(xiàn)有的原地浸礦技術(shù)需采用人工開挖注液井、集液巷道等工作，存在以下不足:
[0007](I)人工開挖的注液井(豎井)成為雨水通道，易引發(fā)稀土礦山山體滑坡。
[0008]原地浸礦時(shí)因需人工用洛陽鏟開挖大量的注液井，滿山遍布的注液井不僅是注液的通道，也是雨水的通道，大量浸礦液及雨水通過注液井注入地下礦層以及浸礦液對(duì)礦體的長時(shí)間浸泡、侵蝕作用，而離子型稀土礦的原巖主要為含礦花崗巖，原礦外形似土，強(qiáng)度較低，雨水及注液對(duì)山體原有的巖土應(yīng)力平衡狀態(tài)造成破壞，地層擾動(dòng)明顯，對(duì)斜坡穩(wěn)定性、土的物理力學(xué)性質(zhì)影響很大，倘若礦體浸礦周期較長，從注液井下滲的雨水及浸礦液將使礦體加重，增加向下的下滑力而使得山坡上出現(xiàn)大小不等的裂縫，甚至引起注液井的坍塌而誘發(fā)滑坡，采場(chǎng)滑坡事故也常在原地浸礦采礦過程中發(fā)生，對(duì)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重危害，也嚴(yán)重影響原地浸出工藝提取稀土的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
[0009](2)人工開挖注液井施工效率低，井深由人工控制也降低了浸礦效率。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行離子吸附型稀土原地浸礦前，需人工用洛陽鏟開挖注液井，注液井直徑通常在0.3米一0.5米，間距1.5米一2.5米，一個(gè)稀土礦山需挖數(shù)百甚至上千的注液井，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、施工效率低、工程施工周期長、施工費(fèi)用高。
[0011]離子吸附型稀土礦山根據(jù)層位可分為腐植層、全風(fēng)化層、半風(fēng)化層和基巖。腐植層在礦體的地表，厚度一般在0.3米一5.0米，稀土含量很少。全風(fēng)化層在腐植層之下，厚度一般在1.5米一40.0米，是稀土的主要富集層，稀土品位RE203可達(dá)0.04一0.2%，是稀土的主要來源；半風(fēng)化層在全風(fēng)化層之下，厚度一般在0.3米一3.0米，是稀土的次要富集層，稀土品位RE203在0.04 — 0.08%，是稀土的主要來源之一；基巖在半風(fēng)化層下。在實(shí)際施工時(shí)，由于洛陽鏟開挖深度有限，以贛南為例，大多情況下用洛陽鏟開挖的深度不超過5米，這樣可能會(huì)造成注液井并未進(jìn)入全風(fēng)化層，而是位于滲透性差、稀土含量少的腐植層，使得部分注液并未進(jìn)入全風(fēng)化層，造成注液的浪費(fèi)并降低了浸礦效率。
[0012](3)人工挖掘集液巷道費(fèi)用高、存在安全隱患。
[0013]現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行離子吸附型稀土原地浸礦母液回收技術(shù)中，通常采用挖掘巷道的人工假底收液工藝，集液巷道根據(jù)礦體形狀等因素設(shè)計(jì)，其高度一般在I一2米、寬度一般在0.8 — 1.8米，進(jìn)入稀土礦山山體深度一般在5—15米，土石方工程量較大。集液巷道的施工由人工挖掘，根據(jù)巷道圍巖等情況決定是否采取支護(hù)措施，然后在巷道中實(shí)施其它的收液工程。人工挖掘集液巷道的工期長、費(fèi)用高、排放渣土多，同時(shí)存在冒頂、片幫等安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種離子吸附型稀土原地浸礦的方法及其浸礦系統(tǒng)，提高離子吸附型稀土原地浸礦的效率和安全性，用非開挖定向鉆機(jī)進(jìn)行機(jī)械鉆孔代替人工開挖注液孔和集液巷道，使注液孔數(shù)量減少且將注液孔變?yōu)榍€管埋設(shè)在礦山體，減少了雨水入滲通道，避免原地浸礦誘發(fā)山體滑坡，施工簡單、施工周期短、成本較低，提高安全性、減少廢土的排放、保護(hù)生態(tài)環(huán)境。
[0015]為達(dá)到上述目的，采用的技術(shù)方案如下:一種離子吸附型稀土原地浸礦的方法，包括以下步驟:
[0016]第一步，用非開挖定向鉆機(jī)在離子吸附型稀土礦山上鉆出注液孔，所鉆注液孔的數(shù)量在二條以上，注液孔之間相互平行；每條注液孔環(huán)繞山體呈弧形，鉆孔開孔角度為25±2°，到達(dá)角度為30±2°，鉆孔穿過腐植層進(jìn)入全風(fēng)化層再鉆出腐植層，鉆孔中間點(diǎn)即最低點(diǎn)距全風(fēng)化層頂層0.3-0.5米；鉆孔采用泥漿護(hù)壁；
[0017]第二步，安裝注液管，用非開挖鉆機(jī)將注液管從已鉆好的注液孔出口回拖至進(jìn)口 ；按第一步完成注液孔后，在鉆孔出口卸下導(dǎo)向鉆頭，接上回?cái)U(kuò)器進(jìn)行回?cái)U(kuò)，回?cái)U(kuò)過程中加大泥漿泵量，回拖時(shí)，管線前端帶一個(gè)Φ200毫米的擴(kuò)大頭進(jìn)行回拖，同時(shí)將注液管用非開挖定向鉆機(jī)拖入鉆孔；
[0018]第三步，在注液孔下方的山腳下，用非開挖定向鉆機(jī)鉆出水平的集液孔，在集液孔內(nèi)裝設(shè)集液管；鉆孔采用泥漿護(hù)壁、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝，集液孔交匯于基巖面與半風(fēng)化層交界處，孔位水平且垂直于注液孔，集液孔的數(shù)量布置在3個(gè)以上，鉆孔間距20—25米，深度6—15米；鉆孔完成后，在鉆孔內(nèi)放入集液管；
[0019]第四步，挖設(shè)集液溝，在山腳下挖集液溝，將集液管的出液端連通起來，集液溝上蓋上水泥板；
[0020]第五步，挖設(shè)集液池，集液池設(shè)置在集液溝兩端，其位置稍低于集液溝；
[0021 ] 第六步，布置注液池并注浸礦液，
[0022]在位于注液管上部的山坡上布置注液池，注液池出口連接有流量計(jì)和注液開關(guān)，浸礦液由注液池流出再滴入注液管。
[0023]所述的泥漿配合重量比為:水:膨潤土:潤滑劑！Na2CO3S 1:0.1: 0.002:0.003。
[0024]所述的注液孔間距為3— 6米，下一條注液孔比上一條注液孔長3— 6米。
[0025]所述的注液管為聚氯乙稀管，管壁上每隔I一2米開有一圈出液孔，每一圈上均勻布置6個(gè)出液孔，出液孔直徑I一2厘米，注液管壁外包有一層過濾網(wǎng)。
[0026]所述的集液管為雙層聚氯乙稀管，集液管的長度與集液孔一致，集液管外管直徑80厘米、厚度10毫米，集液管內(nèi)管直徑40厘米、厚度10毫米，集液管外管和集液管內(nèi)管上都開有濾液孔，濾液孔直徑I一2厘米，集液管內(nèi)管和集液管外管之間填充濾石，集液管外管的周圍包有一層過濾網(wǎng)。
[0027]所述的集液溝用磚砌筑、用水泥砂漿抹平，集液溝寬度0.5—1.0米、深度0.5—0.9 米。
[0028]所述的集液池池底和池壁用磚砌筑，用水泥砂漿抹平，集液池深度2.2米、長度6.1米、寬度9.5米。
[0029]所述的浸礦液采用質(zhì)量百分比2.2—2.8wt%硫酸銨溶液。
[0030]一種離子吸附型稀土原地浸礦的浸礦系統(tǒng)，包括布置于山坡上用非開挖定向鉆機(jī)鉆出的二條以上的注液孔，注液孔間距為3— 6米，下一條注液孔比上一條注液孔長3— 6米；注液孔環(huán)繞山體呈弧形并相互平行；其開孔角度為25±2°，到達(dá)角度為30±2°，穿過腐植層進(jìn)入全風(fēng)化層再鉆出腐植層，中間點(diǎn)即最低點(diǎn)距全風(fēng)化層頂層0.3-0.5米；孔壁有泥漿護(hù)壁；在注液孔中鋪設(shè)有用非開挖定向鉆機(jī)完成的注液管，注液管上布有出液孔，管壁外包有一層過濾網(wǎng)；
[0031]在注液孔下方的山腳下，設(shè)置有用非開挖定向鉆機(jī)鉆出的水平集液孔，集液孔交匯于基巖面與半風(fēng)化層交界處，孔位水平且垂直于注液孔，集液孔的數(shù)量布置在3個(gè)以上，孔間距20— 25米，深度6 —15米，孔壁有泥漿護(hù)壁；在集液孔內(nèi)裝設(shè)帶濾液孔的集液管；
[0032]在集液孔下方的山腳下設(shè)有集液溝，集液管的出液端連通集液溝，集液溝上蓋有水泥板；
[0033]在集液溝兩端設(shè)有集液池，其位置稍低于集液溝；
[0034]在位于注液管上部的山坡上布有注液池，注液池出口連接有流量計(jì)和注液開關(guān)，浸礦液由注液池流入注液管。
[0035]所述的集液管為雙層聚氯乙稀管，長度與集液孔一致，集液管外管直徑80厘米、厚度10毫米，集液管內(nèi)管直徑40厘米、厚度10毫米，集液管外管和集液管內(nèi)管上都開有濾液孔，濾液孔直徑I一2厘米，集液管內(nèi)管和集液管外管之間填充濾石，集液管外管上包有一層過濾網(wǎng)。
[0036]本發(fā)明的有益效果:
[0037](I)用非開挖定向鉆機(jī)進(jìn)行機(jī)械鉆孔代替人工開挖注液孔，注液管設(shè)于地下，消除了雨水入滲對(duì)稀土礦山坡體穩(wěn)定的影響，有利于防止原地浸礦誘發(fā)滑坡災(zāi)害的發(fā)生。
[0038](2)用非開挖定向鉆機(jī)進(jìn)行機(jī)械鉆孔代替人工開挖集液巷道，施工簡單、施工周期短、成本較低，提高安全性。
[0039](3)注液管可直達(dá)全風(fēng)化層，浸礦液快速到達(dá)高品位稀土礦層，避免了浸礦液的浪費(fèi)，提高浸礦效率。
[0040](4)用非開挖定向鉆機(jī)進(jìn)行機(jī)械鉆孔代替人工開挖注液孔和集液巷道，施工自動(dòng)化程度高，質(zhì)量易于保證，使注液孔數(shù)量減少，減少廢土的排放、保護(hù)生態(tài)環(huán)境。
【附圖說明】
[0041]圖1是本發(fā)明稀土礦山原地浸礦實(shí)施情況示意圖