专利名称：一种离子吸附型矿原地浸矿出液的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明属于湿法治金领域，涉及一种离子吸附型矿原地浸矿出液的方法和系统。
背景技术：
我国南方离子吸附型矿富含中重稀土，具有较高的开采和应用价值，是世界上独一无二的中重稀土宝库。稀土矿随花岗岩的风化而以离子形式吸附于高岭土上，开采容易。目前，离子吸附型矿的浸出工艺主要有池浸、堆浸和原地浸矿三种工艺。池浸工艺是将矿土与浸矿剂在池中交换后弃去余土并回收溶液的方法。堆浸工艺是将矿土开采后堆积于不透水的平台上，将浸矿剂自堆顶淋洗，并于堆底收集浸出液的方法。池浸和堆浸工艺的稀土浸出率较高，浸矿剂消耗较少，但是这两种工艺需开挖大量表土，每吨稀土氧化物产生超过1200立方的尾沙，环境破坏和水土流失严重。原地浸矿工艺是我国稀土工作者自行开发的技术，在风化层底部基岩条件较好的矿山顶部开孔注入浸矿剂，在矿山底部适当位置收集浸出液。原地浸矿技术可以在不破坏植被的情况下，将高岭土层所吸附的大部分的稀土置换出来。但是该技术对矿山的不透水基岩条件有较高的要求，对于基岩条件不具备的矿山，部分浸矿剂将直接渗入矿山底部并进入地下水无法收集，造成稀土损失和对地下水的污染。目前，原地浸矿技术平均每吨稀土耗硫酸铵5-6T，而理论耗量在2. 5T左右，即一倍以上的过量硫酸铵进入废水中被排放。目前南方离子吸附型矿一般采用硫酸铵、氯化铵、氯化钙等浸出剂，原地浸矿或堆浸后，采用碳酸氢铵沉淀得到碳酸稀土精矿，经灼烧后得到稀土氧化物精矿，中国专利申请 94110881. 3 (公开号为CN1108700A，
公开日为1995年9月20日)、94102455· 5 (公开号为 CN1042142C，
公开日为1999年2月17日)、01125180. 8 (公开号为CN1401797A，
公开日为 2003年3月12日)等公开了相关技术。在实际操作过程中，原地浸矿技术具有较高的技术要求。注液不当导致矿层含水量高，易于引发山体滑坡等事故；浸矿剂侧向渗入土壤层会导致植被死亡；同时，目前工艺中为保证稀土收率，需注入大量的水进一步将矿层中较多的残余浸出液顶洗出来，从而增加了总的耗水量和排放量；更严重的是，对于基岩条件较差的矿山，矿层含液量高将导致大量浸出液渗入地下水，造成稀土损失和对地下水的污染。采用真空负压出液的方式，理论上可以降低矿层含液量，提高出液速度，更适用于基岩透水的矿山。中国专利申请89104757. 3(公告号为CN1048564CA，公告日为1991年1 月16日)公开了一种采取真空负压出液的离子型稀土矿原地浸取工艺，采取真空封底方法进行浸出液回收。但是，目前的真空出液系统设计均较简单，因此存在控制范围小、母液流失较多、效率不高等缺点，影响了其实际应用。提高真空出液效率的必要条件包括较高的真空度和较大的真空出液面积。但是， 由于地质、水文、生物作用等造成离子吸附型稀土矿的矿体具有一定的不均勻性，在真空作用下，易于生成裂隙并进入大量空气，因而随着真空出液面积的增加，真空系统漏气问题将更为严重，采取简单真空出液系统难于在较大的真空出液面积下得到较高的真空度。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种离子吸附型矿原地浸矿出液的方法和系统。通过该方法实现的系统，能够在较大的真空出液面积下得到较高的真空度，以降低矿层持水量，扩大控制范围，提高出液效率。为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种离子吸附型矿原地浸矿出液的方法，采用真空方式收集浸出液，在矿体与真空出液口间设置具有阻隔空气作用的多孔毛细导液层，在毛细作用传导的真空压力下由矿体向真空出液口传输浸出液。进一步，可以使用微孔陶瓷管作为多孔毛细导液层以传输浸出液。再进一步，所述的微孔陶瓷管的孔径为0. 5 2微米。进一步，也可以在矿体与真空出液口间加注泥浆，并在真空作用下形成与矿体和出液系统紧密结合的多孔毛细导液层。再进一步，在矿体中开凿横井，并将外包滤布或滤网的多孔管置于横井内作为真空出液管，与真空出液管平行安装多孔管作为泥浆加注管，启动真空系统使真空出液管真空后，由泥浆加注管加注泥浆，直至加满横井，形成多孔毛细导液层。一种离子吸附型矿原地浸矿出液的系统，包括设置在矿体表面的注液井、设置在矿体底部的出液系统以及与出液系统连接的真空系统和气水分离器，所述的出液系统中设置有具有阻隔空气作用的多孔毛细导液层。进一步，可以使用微孔陶瓷管作为多孔毛细导液层。再进一步，所述的微孔陶瓷管的孔径为0. 5 2微米。进一步，也可以在矿体与真空出液口之间加注泥浆，并在真空作用下形成与矿体和出液系统紧密结合的多孔毛细导液层。再进一步，在矿体中开凿横井，并将外包滤布的多孔管置于横井内作为真空出液管，与真空出液管平行安装多孔管作为泥浆加注管，启动真空系统，使真空出液管真空后， 由泥浆加注管向横井内加注泥浆至满，形成多孔毛细导液层。本发明的有益效果是第一、本发明在原地浸矿过程中，在矿体和真空出液口之间设置孔径为0. 5-2 μ m 的微孔介质层作为多孔毛细导液层，真空压力可通过毛细作用在多孔毛细导液层中进行传导，在上述孔径范围内，毛细管力可与外加真空压力(最大为0. IMPa)平衡，此时介质微孔中持有一定量的液体，仅允许液体通过，从而有效地避免空气进入真空系统，有利于提高真空出液面积和系统真空度，并大幅度降低维持真空度所需要的能耗。第二、采用本发明的方法，停止注入浸矿剂后，在真空毛细作用下，粘土层中浸矿剂的残余吸附量将显著低于无真空条件的残余吸附量，使得矿体中残余浸出液吸附量有较大幅度的降低，有利于提高浸出液的回收率，并可以较大幅度的减少浸矿剂、后续淋洗用水消耗量与废水排放量，大大降低成本。第三、由于本发明在矿体和真空出液口之间设有多孔毛细导液层，在真空毛细作用下，粘土层中液体开始流动的临界持液量降低，流速加快，有利于浸出过程的进行，矿层持液量降低还可有效地防止发生山体滑坡及溶液侧渗导致植被死亡等事故。
图1是实现本发明所述方法及系统的一种实施方式的系统结构图；图2是实现本发明所述方法及系统的另一种实施方式的系统结构图。附图标记1矿体，2多孔毛细导液层，3真空出液管，4多孔注浆管，5气水分离器，6导液管，7 真空系统，8出口，9注液井，10陶瓷微孔管
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步描述。图1是实现本发明所述方法及系统的一种实施方式的系统结构图。如图1所示， 在矿体1的下部开凿横井，在横井中设有外包滤布或滤网材料的真空出液管3以及与真空出液管3平行的多孔注浆管4，真空出液管3与气水分离器5的上部连接，并且与真空出液管3连接的导液管6和气水分离器5的下部连接，气水分离器5与真空系统7连接。在进行浸矿时，首先开启真空系统7，在真空出液管3达到合适的真空度时，向多孔注浆管4中注入泥浆，从而在横井中形成与矿体和真空出液管3均紧密结合的多孔毛细导液层2。向矿体1 的注液井9中连续注入浸矿剂，由真空系统7和气水分离器5保持系统的真空度，浸出液自真空出液管3的出口(即真空出液口)流入导液管6，由导液管6的出口 8输出。操作时， 可以在近矿体处和远矿体处设置近参考井与远参考井，根据二者的液位差调整相关工艺参数。图2是实现本发明所述方法及系统的另一种实施方式的系统结构图，如图2所示， 在矿体1的下部开凿横井，在横井中埋设微孔陶瓷管10作为多孔毛细导液层，微孔陶瓷管 10与气水分离器5的上部连接，气水分离器5与真空系统7连接。在进行浸矿时，首先向矿体1的注液井9中连续注入浸矿剂，开启真空系统7，由真空系统7和气水分离器5保持系统的真空度，浸出液自微孔陶瓷管10流入导液管6，由导液管6的出口 8输出。实施例1实施例1用于说明采用本发明的方法进行原地浸矿出液的效率。如图1所示，模拟矿体基岩制备3 X : 的底板，底板上开有渗水的小孔，根据矿体实际情况，将矿土堆积在模拟的基岩底板上，制成离子吸附型矿体模型。按照原地浸矿工艺在矿体模型表面安装注液管(相当于注液井9)，然后在矿体模型底部开凿横井，在横井内设置外包200目滤网的硬质PVC多孔管作为真空出液管3以及与真空出液管3平行的PE 管作为多孔注浆管4(管上每0. 05米对开5mm的孔)，真空出液管3外接气水分离器5，气水分离器5与真空系统7连接。开启真空系统7后，向多孔注浆管4内泵入泥浆，直到真空出液管3的真空度达到0. 06MPa以上后开始自注液管9加入浸矿剂，浸出液自真空出液管 3经导液管6引出到出口 8输出。经10天试验，溶液平均回收率为95.2%。对比例1对比例1用于说明采用PE材质的真空出液管3以及未设多孔注浆管4时进行原地浸矿出液的效率。按照实施例1的方法制备相同规格的离子吸附型矿体模型。按照原地浸矿工艺在矿体模型上安装均为PE材质的注液管(相当于注液井9)和真空出液管3，真空出液管3外接气水分离器5，气水分离器5与真空系统7连接。开启真空系统7，真空度最高仅可达到 0. OlMPa,自注液管加入2g/L硫酸铵溶液作为浸矿剂，浸出液自出口 8输出。经10天试验， 溶液平均回收率仅为80.2%。实施例2实施例2用于说明采用本发明的方法进行原地浸矿出液的效率。如图2所示，模拟矿体基岩制备IX Im的底板，底板上开有渗水的小孔，根据矿体实际情况，将矿土堆积在模拟的基岩底板上，制成离子吸附型矿体模型。按照原地浸矿工艺在矿体模型表面安装PE材质的注液管(相当于注液井9)，并在矿体模型底部安装孔径为 0. 5 2 μ m的微孔陶瓷管10，将微孔陶瓷管10 —端封闭，另一端接气水分离器5，气水分离器5与真空系统7连接。开启真空系统7，当微孔陶瓷管10的真空度达到0. 09MI^后，向注液管中加入2g/L硫酸铵溶液作为浸矿剂，浸出液自微孔陶瓷管10中流出，经导液管6引到出口 8输出。经10天试验，溶液平均回收率为98. 3%。对比例2对比例2用于说明采用PE材质的多孔管代替实施例2中的微孔陶瓷管时进行原地浸矿出液的效率。按照实施例2的方法原地浸矿出液，所不同的是，用PE材质的多孔管代替微孔陶瓷管。经10天试验，溶液平均回收率仅为75.2%。本发明所述结构并不限于具体实施方式
中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。
权利要求
1.一种离子吸附型矿原地浸矿出液的方法，采用真空方式收集浸出液，其特征为，在矿体与真空出液口间设置具有阻隔空气作用的多孔毛细导液层，在毛细作用传导的真空压力下由矿体向真空出液口传输浸出液。
2.如权利要求1所述的离子吸附型矿原地浸矿出液的方法，其特征为，使用微孔陶瓷管作为多孔毛细导液层以传输浸出液。
3.如权利要求2所述的离子吸附型矿原地浸矿出液的方法，其特征为，所述的微孔陶瓷管的孔径为0.5 2微米。
4.如权利要求1所述的离子吸附型矿原地浸矿出液的方法，其特征为，在矿体与真空出液口间加注泥浆，并在真空作用下形成与矿体和出液系统紧密结合的多孔毛细导液层。
5.如权利要求4所述的离子吸附型矿原地浸矿出液的方法，其特征为，在矿体中开凿横井，并将外包滤布或滤网的多孔管置于横井内作为真空出液管，与真空出液管平行安装多孔管作为泥浆加注管，启动真空系统使真空出液管真空后，由泥浆加注管加注泥浆，直至加满横井，形成多孔毛细导液层。
6.一种离子吸附型矿原地浸矿出液的系统，包括设置在矿体(1)表面的注液井(9)、设置在矿体(1)底部的出液系统以及与出液系统连接的真空系统(7)和气水分离器(5)，其特征在于，所述的出液系统中设置有具有阻隔空气作用的多孔毛细导液层(2)。
7.如权利要求6所述的一种离子吸附型矿原地浸矿出液的系统，其特征为，使用微孔陶瓷管(10)作为多孔毛细导液层。
8.如权利要求7所述的一种离子吸附型矿原地浸矿出液的系统，其特征为所述的微孔陶瓷管(10)的孔径为0. 5 2微米。
9.如权利要求6所述的一种离子吸附型矿原地浸矿出液的系统，其特征为，在矿体(1) 与真空出液口之间加注泥浆，并在真空作用下形成与矿体(1)和出液系统紧密结合的多孔毛细导液层O)。
10.如权利要求9所述的一种离子吸附型矿原地浸矿出液的系统，其特征为，在矿体 (1)中开凿横井，并将外包滤布的多孔管(3)置于横井内作为真空出液管(3)，与真空出液管(3)平行安装多孔管作为泥浆加注管，启动真空系统，使真空出液管(3)真空后，由泥浆加注管向横井内加注泥浆至满，形成多孔毛细导液层O)。
全文摘要
本发明涉及一种离子吸附型矿原地浸矿出液的方法，采用真空方式收集浸出液，在矿体与真空出液口间设置具有阻隔空气作用的多孔毛细导液层，在毛细作用传导的真空压力下由矿体向真空出液口传输浸出液。本发明还给出了实现该方法的系统。采用本发明的方法和系统，有利于提高真空出液面积和系统真空度并大幅度降低维持真空所需要的能耗，以降低矿层持水量，扩大控制范围，提高出液效率。
文档编号C22B3/04GK102392129SQ20111036505
公开日2012年3月28日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者刘艳, 吴声, 廖春生, 王嵩龄, 程福祥 申请人:五矿(北京)稀土研究院有限公司