離子型稀土原地浸礦開采技術(shù)適用性評(píng)價(jià)與分類

高子型稀土原地浸礦開采技術(shù)適用性評(píng)價(jià)與分類趙彬;余宗華;康虔;王新民【摘要】Inviewoftheexistingproblemsinminingofion-absorbed-typerareearthdeposit,suchaslowercomprehensiveutilizationandseriousenvironmentalpollution,anapplicabilityevaluationchartwaspreparedforin-situleachingminingmethodwitharatingsystemof"excellent,verygood,good,fair,poor,NA"intermsofgeological,hydrogeologicalandengineeringgeologicalconditionsofion-absorbed-typerareearthdeposit.Thein-situleachingtechniquewasthenfurtherclassifiedintothreekindsofminingmethods,includingnaturalfloorandopendraincollectionmethod,artificialfloorandundergrounddraincollectionmethod,naturalfloorplusauxiliaryroadwaycollectionmethod,whichcanbeusedtoscientificallyplantheminingofion-absorbed-typerareearthdepositinanorderlyway.%針對(duì)當(dāng)前離子型稀土礦原地浸礦開采資源綜合回收利用率低、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題,從離子型稀土礦床地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件及工程地質(zhì)條件3方面入手，制訂了原地浸礦技術(shù)適用性對(duì)照表，采用極好、很好、好、一般、差、不適用等標(biāo)度詞評(píng)價(jià)原地浸礦開采技術(shù)適用性，并將原地浸礦劃分為天然底板明溝集液法、人造底板暗溝網(wǎng)集液法、天然底板明溝+輔助巷道法3種采礦方法指導(dǎo)離子型稀土礦山科學(xué)規(guī)劃、有序開采.【期刊名稱】《礦冶工程》【年(卷)，期】2017(037)003【總頁數(shù)】5頁(P6-10)【關(guān)鍵詞】離子型稀土礦;原地浸礦;適用性評(píng)價(jià)【作者】趙彬;余宗華;康虔;王新民【作者單位】中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院，湖南長沙410083;中國五礦集團(tuán)公司五礦勘查開發(fā)有限公司，北京100010;長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南長沙410012;南華大學(xué)環(huán)境保護(hù)與安全工程學(xué)院，湖南衡陽421001;中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院，湖南長沙410083【正文語種】中文【中圖分類】TD865離子吸附型稀土礦也稱為風(fēng)化殼淋積型稀土礦，是富含稀土元素的中酸性巖漿巖、火山巖或火山碎屑巖風(fēng)化后，稀土元素經(jīng)淋積富集吸附在風(fēng)化殼粘土礦物中而形成，主要產(chǎn)出于江西、福建、廣東、廣西、湖南等地。經(jīng)過幾代人的努力，針對(duì)離子型稀土礦呈〃土”狀、分布受地形控制等特征，先后創(chuàng)造了池浸工藝、堆浸工藝、原地浸礦［1］工藝。特別是2012年7月工業(yè)信息化部制定的《稀土行業(yè)準(zhǔn)入條件》規(guī)定：〃離子型稀土礦開發(fā)應(yīng)采用原地浸礦等適合資源和環(huán)境保護(hù)要求的生產(chǎn)工藝，禁止采用堆浸、池浸等國家禁止使用的落后選礦工藝”。經(jīng)過大量的研究和實(shí)踐，原地浸礦開采技術(shù)在微觀浸滲機(jī)理研究［2-3］、新型浸礦藥劑［4-6］、除雜抑雜技術(shù)［7］、沉淀提取技術(shù)［8］、浸萃一體化［9］、提高資源回收率［10］、地下水影響控制［11-12］等方面取得了一系列顯著成果。但隨著前幾年稀土市場(chǎng)的井噴式發(fā)展，原地浸礦技術(shù)在礦山的粗放式、機(jī)械式、快速推廣應(yīng)用過程中暴露出發(fā)展不均衡的現(xiàn)象，一些企業(yè)沒有對(duì)礦床開采技術(shù)條件進(jìn)行深入研究，開采時(shí)未優(yōu)化原地浸礦開采工藝，從而導(dǎo)致了水土流失、山體滑坡、資源綜合回收率低、地下水環(huán)境污染嚴(yán)重等突出問題。因此，針對(duì)不同礦床開采技術(shù)條件，判定采場(chǎng)是否適合采用原地浸礦技術(shù)開采，使不同礦床采用不同方法，從而達(dá)到提高資源綜合回收率、減少環(huán)境破壞和污染的目的。1.1針對(duì)不同礦制地質(zhì)條件按成礦母巖分類，離子型稀土礦床大致可分為3類：1） 花崗巖風(fēng)化殼型。此類礦床系由花崗巖風(fēng)化而成，風(fēng)化層穩(wěn)定，稀土品位在平面上變化不大。稀土配分輕、中、重稀土品種齊全；礦石顆粒粗、中、細(xì)皆具備；滲透性能較好。該類型礦分布范圍廣，也是目前我國開采規(guī)模最大、產(chǎn)量最多的稀土礦床。該類礦床適合采用原地浸礦采礦方法，如湖南江華、廣東平遠(yuǎn)、江西龍南等地，此類礦床生產(chǎn)極為成功。2） 雜巖體風(fēng)化殼型。此類礦床賦存于多相、多期次形成的雜巖體中，其主體為燕山早期第三階段形成的正長巖和燕山晚期的隱爆角礫巖體及各期次的脈巖體。由于巖體形成的多次性，不同期次巖體特征、含礦屬性、巖體蝕變特征及后期風(fēng)化特征也有差異，礦床稀土富集變化較為復(fù)雜，在平面與剖面上都不穩(wěn)定，礦石粒度變化也較大，滲透性能不均勻。在我國離子型稀土礦資源中此類礦床量占有一定比例，但不適合采用原地浸礦采礦法，開采規(guī)模較小。3） 凝灰?guī)r風(fēng)化殼型。此類礦床系由凝灰?guī)r風(fēng)化而成，礦石顆粒極細(xì)，滲透性極差，稀土離子主要富集于風(fēng)化裂隙面上，裂隙面稀土品位可高過非裂隙面品位數(shù)倍，其配分一般以輕稀土為主。礦床占離子型稀土礦資源比例較小，由于其滲透性能極差，不適合采用原地浸礦采礦法，目前尚未進(jìn)行開采。按礦石滲透性分類，可將離子型稀土礦床分為4類：1）滲透性能良好。滲透速率K=1~3m/d，礦石大顆粒達(dá)5mm以上，+2mm粒級(jí)顆粒占25%左右，礦石顆粒屬于粗粒級(jí)類型，適合采用原地浸礦采礦法開采，原地浸滲效果良好。2）滲透性能較好。滲透速率K=0.5~1m/d,礦石大顆粒達(dá)3~5mm,+1mm粒級(jí)顆粒占25%左右，礦石顆粒屬于中粒級(jí)類型。礦石中多含粗、中顆粒，在花崗巖風(fēng)化殼礦床中發(fā)現(xiàn)較多，適合采用原地浸礦采礦法開采，原地浸滲效果較好。3）滲透性能較差。滲透速率K=0.25~0.5m/d,礦石大顆?？蛇_(dá)1~2mm,+0.5mm粒級(jí)顆粒占25%左右，礦石顆粒屬于細(xì)粒級(jí)類型。礦石在雜質(zhì)體風(fēng)化殼中發(fā)現(xiàn)較多，原地浸滲效果一般，原地浸礦開采周期較長。4）滲透性能極差。滲透速率K<0.25m/d，礦石+1mm粒級(jí)顆粒極少，大部分為-0.074mm粒級(jí)微細(xì)顆粒，礦石顆粒屬于微細(xì)粒級(jí)類型。此類礦石一般為凝灰?guī)r風(fēng)化礦床，原地浸滲效果極差，不適合采用原地浸礦采礦方法。按稀土品位富集特征分類，原礦稀土品位隨礦體深度的變化規(guī)律主要有3種：深潛式、淺伏式與表露式，如圖1所示。1） 深潛式。礦石風(fēng)化徹底，全風(fēng)化層厚度大，含F(xiàn)-和及Ac-的地下水酸性較大，淋濾作用活躍，稀土的下遷速度加快。上層植被好，剝蝕差，稀土經(jīng)漫長歲月下遷深潛在風(fēng)化殼底部，10m以下風(fēng)化殼稀土含量最高。此類富集特征適合采用原地浸礦采礦法開采，可使浸礦液得到較好的利用。2） 淺伏式。地下水淋濾作用適中，風(fēng)化殼深度不是很大，上層植被較好，風(fēng)化殼剝蝕少，稀土主要富集在2~5m以下的全風(fēng)化殼層，表土層和半風(fēng)化層的稀土品位較低。此類富集特征適合采用原地浸礦采礦法開采，可使浸礦液得到較好的利用。3） 表露式。風(fēng)化殼上部由于植被突遭破壞，表土裸露，在不長時(shí)間內(nèi)風(fēng)蝕和雨淋嚴(yán)重，使上表面風(fēng)化殼的腐植層流失，遠(yuǎn)古時(shí)代留下稀土含量較高的全風(fēng)化層相對(duì)地裸露于地面。此類富集特征不利于采用原地浸礦采礦法開采，浸礦液因毛細(xì)現(xiàn)象損失較大，耗量明顯高于其他兩種富集特征的礦床。1.2針對(duì)不同礦區(qū)水文地質(zhì)條件原地浸礦采礦過程實(shí)際是一個(gè)地下水運(yùn)行過程，考察礦體底板與當(dāng)?shù)氐叵滤魂P(guān)系，對(duì)原地浸礦采礦工藝與方案有著重要意義。根據(jù)地下水位與礦體底板關(guān)系，大致可以分為3類，如圖2所示。1） 底板與地下水位復(fù)合。如圖2（a），此種礦體一般處于山坡傾角為緩傾斜至傾斜的準(zhǔn)丘陵的山地地形花崗巖風(fēng)化殼礦床中，具有淺伏式的富集特征，礦體浸出液固比較小，水文地質(zhì)條件對(duì)原地浸礦十分有利，適合采用原地浸礦采礦法開采。2） 地下水位處于底板下。如圖2（b），此種礦體常見于表露式富集特征的山坡地形、傾角較陡的地帶。原地浸礦液固比較大，浸礦劑耗量較高，原地浸礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)降低。3） 地下水文處于底板上。如圖2（c），常見于深潛式富集特征的礦床，多處于低矮丘陵地帶，風(fēng)化層風(fēng)化較深，為達(dá)到最佳浸滲效果，原地浸礦時(shí)，需開挖較深的集液暗溝，并在注液的同時(shí)特別注意對(duì)礦體中地下水先期疏干。除工程費(fèi)用較高、采場(chǎng)周期較長外，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均較好。1.3針對(duì)不同工程地質(zhì)條件按礦層底板的賦存狀況，可將離子型稀土礦床分為裸腳式礦床和全復(fù)式礦床2類，如圖3所示。1） 裸腳式。礦層底板為隔水層的基巖，較完整，且在山腳或山谷處有基巖出露，稱之為裸腳式礦床。該類礦床底部一般為未風(fēng)化的花崗巖或其他不透水巖體，其基巖出露基準(zhǔn)浸蝕面是基本特征，已形成了天然的底板，適合采用原地浸礦采礦法開采，僅需要簡單的收液工程即可達(dá)到很高的母液收集率。但近年來南方離子型稀土開采實(shí)踐表明，裸腳式礦床僅占15%~20%。2） 全復(fù)式。礦床風(fēng)化程度深，風(fēng)化層厚且稀土主要富集在風(fēng)化層中上部，深部含礦低或不含礦的基巖底板深潛的稀土礦區(qū)。該類礦床的主要特征是礦體賦存于較高的山體表面上，礦體底板仍為風(fēng)化較好的花崗巖巖體，其滲透性好，沒有起到阻流作用的不透水巖層或者不透水巖層遠(yuǎn)離礦體底部，需要制造人工假底方可達(dá)到很好的收集母液的效果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全復(fù)式及其衍生形式的類型占80%以上。礦層傾角主要影響原地浸礦采礦注液與收液工程方案布置，傾角越小適用性越好。依礦層傾角大小可將離子型稀土礦床分為3類：1）水平礦體。風(fēng)化礦層的山坡自然傾角小于10°。2）緩傾斜礦體。風(fēng)化礦層的山坡自然傾角10°~30°。3）傾斜礦體。風(fēng)化礦層的山坡自然傾角大于30°。礦層的厚度主要影響原地浸礦采礦的注液工程布置方案與注液方案的選擇，厚度越大適用性越好。依礦層厚度可將離子型稀土礦床分為4類：1）薄礦體。風(fēng)化礦層厚度小于5m。2）中厚礦體。風(fēng)化礦層厚度5-15m。3）厚礦體。風(fēng)化礦層厚度15-25m。4）極厚礦體。風(fēng)化礦層厚度大于25m。根據(jù)上述對(duì)離子型稀土礦的分類和特征，采用極好、很好、好、一般、差、不適用等標(biāo)度詞來表示原地浸礦開采技術(shù)的適用性，如表1所示。在此僅對(duì)每種簡單類型進(jìn)行描述，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，針對(duì)每個(gè)采場(chǎng)，需要根據(jù)礦床條件、礦區(qū)水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)條件綜合分析，確定該采場(chǎng)的原地浸礦開采技術(shù)適用性。比如某山頭滲透性能很好，K=2.9m/d，品位富集屬于深潛式，地下水文與底板復(fù)合，而且底板屬于裸腳式，傾角25°，厚度20m,則該采場(chǎng)適合采用原地浸礦法開采。由原地浸礦開采工藝可知，不同的開采技術(shù)條件所采用的注液技術(shù)基本相同，但采用的集液技術(shù)則可能有很大的差別，也就是說集液技術(shù)是原地浸礦采礦法分類的關(guān)鍵，而集液技術(shù)主要由礦層底板類型或礦體出露情況決定。根據(jù)礦層底板的類型可分為出露式（裸腳式）和深潛式（全復(fù)式）2種情況，可將原地浸礦方法分為3類:天然底板明溝集液原地浸礦法，人造底板暗溝網(wǎng)集液原地浸礦法，天然底板明溝+輔助巷道原地浸礦法。2.1天然底板明溝集液原地浸礦法明溝集液的原地淺井（孔）浸出法適用于花崗巖基巖能在礦區(qū)山腳出露的大多數(shù)稀土礦床，即底板賦存形式為出露式礦床。通過淺井（孔）布液，母液收集僅圍繞山腳掘進(jìn)集液明溝即可。有些礦山為了增滲促浸，縮短礦山生產(chǎn)周期，還在明溝內(nèi)向山體打?qū)Я骺纵o助集液。該法具有占地工程量少、采場(chǎng)準(zhǔn)備時(shí)間短、浸出易于觀察與管理、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)。如圖4所示。江西贛南，廣東平遠(yuǎn)、新豐，湖南江華等許多稀土礦區(qū)采用此法。2.2人造底板暗溝網(wǎng)集液原地浸礦法當(dāng)?shù)V區(qū)風(fēng)化程度較深，風(fēng)化層厚且稀土主要富集在風(fēng)化層的中上部，其深部含礦較低或不含礦的基巖底板深潛的稀土礦區(qū)，或底板節(jié)理裂隙比較發(fā)育，如全復(fù)式礦床，由于隔水底板深潛，甚至無隔水層，浸出母液極易沿風(fēng)化層的裂隙向下、向夕卜滲透，使母液回收率降低，該種礦床需要采用人造底板，即開挖暗溝網(wǎng)集液，首先沿地下水徑流方向掘進(jìn)主暗溝，再沿主暗溝走向每隔4~5m向礦體內(nèi)部掘進(jìn)橫巷，每米溝的滲液面積4m2左右，形成暗溝網(wǎng)。如遇特殊情況，需要進(jìn)一步提高母液收集效果，還可以在橫巷內(nèi)向兩側(cè)打?qū)Я骺?，間距1m左右。此法在福建閩西老區(qū)多個(gè)礦山使用，很好地解決了底板深潛或無底板、節(jié)理裂隙發(fā)育的礦床開采，母液集液率可達(dá)到95%以上。如圖5所示。2.3天然底板明溝+輔助巷道集液原地浸礦法絕大多數(shù)情況下，南方離子型稀土礦底板賦存狀況較為理想，但很多情況下在山腳不出露，而且礦層厚度較大，針對(duì)此種情況可以采用集液明溝，加上輔助集液巷道的方式。圍繞山腳掘進(jìn)集液明溝，再每隔一定距離（一般取30m）向礦體底板掘進(jìn)集液平巷，到達(dá)基巖面后，則沿著基巖面掘進(jìn)集液橫巷（暗巷），連通各個(gè)集液平巷。若礦體極厚大，則平行于集液橫巷布設(shè)集液分巷，集液分巷和集液橫巷間距不小于5m。局部情況，可以考慮輔以層流孔增滲方式。此法工程布置靈活，適用于大多數(shù)礦床。如圖6所示。針對(duì)離子型稀土資源不同的礦床開采技術(shù)條件，制訂了原地浸礦技術(shù)適用性對(duì)照表，并對(duì)原地浸礦采礦法進(jìn)行客觀分類，有利于指導(dǎo)我國離子型稀土資源的科學(xué)規(guī)劃、有序開采，提高離子型稀土資源綜合回收率，降低環(huán)境影響和污染程度，促進(jìn)稀土行業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】[1]池汝安，田君.風(fēng)化殼淋積型稀土礦述評(píng)[J].中國稀土學(xué)報(bào)，2007,25(6):641-650.[2]羅仙平，錢有軍，梁長利.從離子型稀土礦浸取液中提取稀土的技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].有色金屬科學(xué)與工程，2012,3(5):50-59.[3]HuangXiaowei,LongZhiqi,LiHongwei,etal.Developmentofrareearthhydrometallurgytechnologyinchina[J].JournalofRareEarths,2005,23(1):1-5.[4]TianJun,YingJingqun,ChenKaihong,etal.Extractionofrareearthsfromtheleachli