原地浸矿工艺浸出液浓度控制技术研究

梁 健，李 刚，朱志成，黄紫彬＊，萧腾龙，朱晓春，谢芳芳

（1.江西离子型稀土工程技术研究有限公司 ，江西 赣州 341000；2.国家离子型稀土资源高效开发利用工程技术研究中心 ，江西 赣州 341000）

1 背景意义

目前离子型稀土矿山生产过程中，浸出液浓度普遍较低，导致开采过程中基建成本、动力费用高及资源回收率低的严重后果，主要原因有以下两点：

（1）开采矿体下部有地下水存在且水位较高的简单地质类型的离子型稀土矿（其地质特征表现为山体较矮，一般比高不超过50m，并且有地下泉水、河流或小溪经过，造成地下水位较高）时，由于利用地下水作为封闭介质阻拦浸出液，故浸出液浓度自然较低。

（2）开采矿体底部是风化的花岗岩体、渗透性很好、起阻流作用的不透水岩层或者是不透水层远离矿体底部的复杂地质类型离子型稀土矿时，为了提高收液率往往采取加大注液强度的方式，从而导致回收的浸出液浓度降低。

现有技术条件下全过程浸出液平均浓度一般为0.3～0.5g/L，动力消耗在5000元/t(REO)左右。以江西每年约10000吨的离子型稀土开采量为例，需消耗动力费用近5000万元/a。与此同时，由于浸出液浓度较低则车间工艺池必然要更大的容量，从而增加车间基建成本费用，间接造成大量经济损失；浸出液浓度低也会影响沉淀效率，导致资源回收率降低，生产成本增加。

本项目研究的最终成果能显著降低生产成本，提高稀土资源回收率，使原地浸矿工艺从宏观控制走向精细化控制、从粗放式生产方式走向低耗、高效的生产模式，使得原地浸矿工艺更具科学性和实用性。由此可见，本项目的研究意义重大，市场前景十分宽广。

2 研究内容

（1）浸矿剂浓度对浸出液浓度的影响

对某一品位的离子型稀土矿土采用不同浓度的浸矿剂进行柱浸试验，通过对比得出浸出液浓度最高情况下浸矿剂的浓度，并对不同参数进行技术经济综合分析；选取几种不同品位的土样重复以上方法试验，得出在保证浸出液浓度最大时与矿体品位相适应的浸矿剂浓度。

（2）注液强度对浸出液浓度的影响

采用不同注液强度的浸矿剂进行柱浸试验，通过对比得出浸出液浓度最高情况下注液强度，结合矿体厚度、母液回收率得出针对不同实际情况下的注液强度。

（3）渗透率对浸出液浓度的影响

针对渗透率不同的离子型稀土矿进行柱浸试验，通过对比得出各类渗透性的土样的浸出液浓度。

（4）整合各项影响因素、参数，有效控制浸出液浓度

整理分析各项因素、参数对浸出液浓度的影响程度，针对不同的地质条件及生产要求建立科学合理可靠的浸出液浓度控制方案。

3 试验方案

3.1 第一阶段试验（浸矿剂浓度对比试验）

（1）取5根φ10cm的透明有机玻璃管置于柱浸试验架上垂直固定并编号做标记，管底安装过滤网套，布置塑料漏斗，漏斗内铺设过滤试纸，漏斗口下分别布置浸出液收集桶。

（2）分别称取10kg的稀土土样置入柱浸管中，平均品位为0.088%，试样均呈自然状态不振捣。

（3）5根管内分别加入0.5%、1%、2%、4%、8%的浸矿剂溶液使水头高度均保持在20cm。

（4）自浸出液由漏斗口流出开始，每隔3h收集一次浸出液，装入塑料样瓶并做标记。

（5）对所有样瓶中浸出液进行浓度测定和浸矿剂含量测定，整理分析得出不同的浸矿剂浓度对浸出液浓度及浸矿剂消耗量的影响情况。

3.2 第二阶段试验 （注液强度对比试验）

（1）取5根φ10cm的透明有机玻璃管置于柱浸试验架上垂直固定并编号做标记，管底安装过滤网套，布置塑料漏斗，漏斗内铺设过滤试纸，漏斗口下分别布置浸出液收集桶。

（2）分别称取10kg的稀土土样置入柱浸管中，平均品位为0.088%，试样均呈自然状态不振捣。

（3）5根管内都加入同一浓度（根据第一阶段试验结果设定）的浸矿剂溶液使水头高度分别保持在10cm、20cm、30m、40cm、50cm。

（4）自浸出液由漏斗口流出开始，每隔3h收集一次浸出液，装入塑料样瓶并做标记。

（5）对所有样瓶中浸出液进行浓度测定和浸矿剂含量测定，整理分析得出不同的注液强度对浸出液浓度及浸矿剂消耗量的影响情况。

3.3 第三阶段试验 （渗透率对比试验）

（1）取5根φ10cm的透明有机玻璃管置于柱浸试验架上垂直固定并编号做标记，管底安装过滤网套，布置塑料漏斗，漏斗内铺设过滤试纸，漏斗口下分别布置浸出液收集桶。

（2）分别称取10kg的稀土土样置入柱浸管中，平均品位为0.088%，采用振捣压实工具依次按渗透率1600md、渗透率800md、渗透率400md、渗透率200md、渗透率100md进行压实处理。

（3）5根管内都加入同一浓度（根据第一阶段试验结果设定）的浸矿剂溶液使水头高度均保持在同一高度（根据第二阶段试验结果设定），自浸出液由漏斗口流出前，记录各管内单位时间管内溶液的渗入量。

（4）自浸出液由漏斗口流出开始，每隔3h收集一次浸出液，装入塑料样瓶并做标记。

（5）对所有样瓶中浸出液进行浓度测定和浸矿剂含量测定，整理分析得出不同的渗透率对浸出液浓度及浸矿剂消耗量的影响情况。

4 试验结果

4.1 第一阶段试验 （浸矿剂浓度对比试验）

（1）①～⑤的平均浓度（g/L）为0.256、0.794、1.493、2.921、2.676；

（2）①～⑤的稀土总量（g）及稀土浸出率（%）为6.011（68.31%）、7.8488（89.19%）、8.073（91.74%）、8.3103（94.44%）、8.1849（93.01%）；

（3）当浸矿剂浓度为0.5%、1%时，浸出液平均浓度太低；浸矿剂浓度为8%时，浸出液平均浓度及稀土总量呈递减趋势；

（4）符合浸出液浓度要求的浸矿剂浓度在2%～4%范围内。

4.2 第二阶段试验 （注液强度对比试验）

（1）①～⑤的平均浓度（g/L）为0.710、1.540、2.688、2.057、1.412；

（2）①～⑤的稀土总量（g）及稀土浸出率（%）为2.299（26.13%）、5.603（63.67%）、8.282（94.11%）、7.168（81.45%）、6.932（81.45%）；

（3）当浸矿剂注液强度为10cm、20cm时，浸出液平均浓度较低，且浸矿周期太长为237h、144h；注液强度为50cm时，浸出液平均浓度及稀土总量呈递减趋势，且存在边坡稳定性风险。

（4）符合要求的浸矿剂注液强度在20cm～40cm范围内，在矿山实际生产工程中可将注液强度设置为矿层厚度的1/5～1/3。

4.3 第三阶段试验 （渗透率对比试验）

（1）①～⑤的平均浓度（g/L）相差不大，均为2.5g/L左右；

（2）①～⑤的稀土总量（g）及稀土浸出率（%）相差不大，均为7.9546（90.39%）；

（3）当渗透率为1600md、800md时，虽然浸矿时间仅有1～2天，但结合实际生产数据来看会影响边坡稳定性易导致山体滑坡事故；

（4）当渗透率为200md、100md时，浸矿时间长达9～10天，开采周期长导致动力成本大幅度增加；

（5）符合浸出液浓度要求的渗透率在200md～800md范围内。

5 经济适用性分析

现有技术条件下的浸出液浓度普遍在0.3～0.5g/L，动力费用成本约5000元/t（REO）。根据本试验结果得出在浸矿剂浓度为2%～4%、注液强度为20cm～40cm、渗透率为200md～800md时，浸出液浓度能够达到1.5～2.0g/L，使得开采稀土资源所需的浸出液质量减少至原有量1/4以下，动力费用成本降低至1250元/t（REO）以下，经济效益十分可观。

6 结论

（1）在生产实践中，浸矿剂浓度在2%～4%、注液强度在1/5～1/3、渗透率在200md～800md范围内时，浸出液浓度比较理想，动力费用成本比较低，有助于实现离子型稀土资源回收率高、生产成本低的目标；

（2）本试验采用的浸矿剂为硫酸铵试剂，如采用某种新型高效浸矿剂则可以根据浸矿剂之间的浸取率之比进行换算；

（3）运用在具体矿山时，应根据实际条件（包括资源赋存、工程地质、水文地质、环境地质等）适当调整参数。