稀土顶水大循环工艺的应用

稀土顶水大循环工艺的应用

在离子稀土矿的制备和开采中，根据设计固溶液的比，将提取物电解质溶液注入井中进行清洗，然后进入井中的清洁水。通常称为屋顶水，它的作用是通过在井中收集的离子和稀土离子的交换和吸收形成的稀土母液。顶水加注的好坏直接影响浸出母液的浓度、稀土浸出率、采场生产周期和浸出药剂消耗等技术经济指标。1原产地浸析带母液的分布离子型稀土矿赋存于花岗岩风化壳中,矿体呈层状分布,处于山顶和山脊部位的矿层厚、品位高,相反,位于山脚和山谷地带的矿层薄、品位低,甚至出现尖灭现象。在原地浸析采矿注液时,为了确保山顶与山脊部位厚矿层得到充足的浸出电解质溶液,同时解决母液在采场内长距离运行中的再吸附问题,原地浸析采场一般都需按照“三先”方法注液。待注液阶段结束(注液时间约30天),此时按矿体饱和固液比设计的浸出电解质溶液已基本进入矿层,并在其中充满了已与稀土离子发生交换解吸作用的稀土母液,基本状态如图1所示。处于山脊部位的母液饱和层从液位线至基岩隔水底板的厚度随矿层厚度及采场宽度而变化,一般厚约10m,有的甚至达20~30m,而处于山脚第9排注液井附近的母液饱和层一般仅3~5m。因此,原地浸析中母液主要集中在采场的山顶和山脊等部位。一般地说,当山顶、山脊部位的母液全部排出采场后,采场生产周期即告结束。加注顶水的目的就是要利用各注液浅井中顶水柱的静水压力,挤压含在浸析带与母液饱和带中的稀土母液,使其源源不断地从采场内渗出并进入集液沟,汇流至设在沟尾的集液池,收集集液池中的母液即可达到回收稀土之目的。因此顶水加注极为重要,它是目前确保采场内母液干净、彻底、快速渗出采场的最佳手段。2采用小循环对当地开采的影响顶水小循环是指大部分顶水未从上到下经过采场全部矿体的顶水注入方式,它主要包括以下2种不同的顶水注入方法。2.1上分层开采影响采场公液浓度全山式顶水法系指顶水阶段全采场所有注液井自始至终加注顶水。这样长期加注顶水的结果是,一方面采场内饱和母液层不断增高,母液地下水力坡度不断加大,母液渗出量也明显增大,但随着母液液位线的提高,会对采场稳固性造成不良影响,严重时将使采场产生滑坡事故。另一方面,处于山脚部位(图1中7~9排)的注液井随着顶水的不断加注,井中水柱静压力既可挤出处于其下部的稀土母液,又可对处于其上部的母液产生堵挡作用,这样实施的结果,不但上层浅井注水量减少,而且积聚在其下的稀土母液也迟迟不能渗出,特别是注水一段时间之后,下部母液被全部挤出,加进去的顶水进入矿层后只能起到冲淡上部渗入母液浓度的作用。因此,使得采场集液沟母液浓度快速降低,高峰浓度母液维持时间很短。总之,全山式顶水法将冲淡原地浸析采场内母液,使采矿日产量下降,浸出周期加长等,从而影响采场的技术经济指标。2.2不加顶水的原因个别矿山不了解原地浸析采场注液后期的状态,特别是不知道风化矿石由于颗粒较小、毛细裂隙发育、矿层持水率高,且含在浸析矿层的母液一般为毛细水与结合水,是一种介于固体与液体之间的异常液体,不用顶水挤压它是不会自行流出矿层的。同时误认为处于山顶、山脊部位的母液由于其所处位置较高,按照水往低处流的一般规律,不加顶水也可以从上往下流出来。因此,采取下部顶水注入法。其具体作法是将顶水注入山腰以下,此种顶水法较全山顶水法更为有害。因采用此法后山腰以下母液很快就会被挤出,而上部母液则基本保持不流动,当采矿结束后,大气降雨的地下迳流部分这时充当顶水作用,使母液渗出采场,经几个水文年后母液才流尽。因此导致开采当时的稀土收率很低,吨稀土电解质硫酸铵耗量很高,严重影响各项技术经济指标。3大量顶水冲击下的采场母液顶水流程是采场后再压缩法,联合分顶水大循环是在原地浸析采矿推广应用过程中逐步发展起来的一项顶水技术,它是相对于上述2种顶水方法而言的。大循环技术要求大量顶水基本上要流经采场全部矿体后再进入集液沟,并强调采场内加入的顶水既能有效快捷地挤出母液,又不冲淡采场母液。其具体加注方法分以下4个阶段说明。3.1质液稳定反应所谓休水,就是当采场电解质溶液注完后,在加注顶水之前采场停止注水。其主要作用是,一方面使注入的电解质溶液在采场内与稀土离子充分反应;另一个方面是让采场内饱和液位稳定并略有下降,增加采场稳固性,以防顶水加注引起滑坡。休水时间一般为2天左右,当发现采场内各观察井液下降一定高度以后,即可进行顶水加注。3.2液强化按液方向方向发展开始加注顶水时,需全山加注。此时集液沟母液量迅速增大,综合母液浓度快速增高,可能达到母液高峰值(ρ(REO)为2~3g/L)。当发现处于采场最下部(山脚部位)的内观井上、下层母液浓度相差数倍至数10倍,即液柱上层渗出液浓度很低,而下层渗出液浓度很高时,说明含在下部注液浅井底部的原地浸析层中母液已基本挤出,此时即可开始实施中期逐步收缩法加注顶水。3.3地被浸析层的矿石量逐步收缩法加注顶水,就是指内观井中出现上淡下浓的稀土母液现象时,逐步从下排往上排关闭顶水闸阀。各排关闭的时间间隔不等,因处于上排的矿层较厚,原地浸析层的矿石量较多,且含在浸析层中的母液也较多,所需顶水量相应也多。因此顶水加注时间也适当长一些。图1所示的原地浸析采场,如果其排距为6~7m,矿石渗透系数约为1m/d时,每排井关闭的时间间隔为10天左右,一般情况下其时间间隔需根据内观井的观察结果而定。逐步收缩法加注顶水,可以确保原地采矿的浸析层母液基本上被顶水挤出,但又不致使顶水进入母液冲淡其浓度的现象发生,从而可以长时间地保持母液浓度处于高峰期。3.4顶水大循环技术当顶水逐步收缩至山脊部位时,只需保持山脊部位各排井的顶水即可(如图1所示),最多可保持1~3排井的顶水,即除山脊一排外,其两侧尚可保持第2排和第3排的顶水。顶水末期,即当集液沟综合母液浓度接近工业母液最低浓度时,只保持山顶一排的顶水注入,直到采矿结束。总之,采用顶水大循环技术,由于初期短时间全山加注顶水,致使全采场浸析层中的母液挤出;而中期逐步收缩法,可逐步地解除下部各排注液井中顶水压力对上部母液的堵塞作用,既有利于上部母液的挤出,又不影响采场母液浓度;最后采用的顶注法,可以保证采场内全部母液被挤出。因此,顶水大循环技术可以解决原地浸析采矿浸出母液浓度低、浸出周期长、采矿综合收率低、电解质药剂消耗高等一系问题,极大地提高原地浸析采场的各项技术经济指标,其与小循环顶水法主要技术经济指标的比较结果见表1。4采用顶水大循环技术离子型稀土矿原地浸析采矿顶水加注方法是关系到采场最终技术经济指标好坏的重要技术,它使采场浸出母液浓度高、渗出快,并能使渗出干净彻底。经