CN109402417A - 通电开采稀土矿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了通电开采稀土矿的方法，其包括：在稀土矿山体分别插入阳极注液管和阴极集液管，且阴极集液管的插入位置低于阳极注液管的插入位置；在稀土矿山体开设与所述阴极集液管连通的集液沟；在向阳极注液管注入稀土浸取液后，在阳极注液管和阴极集液管施加电压，通直流电，通过集液沟收集母液。通过在阳极注液管和阴极集液管作为两极通入直流电，进而通过电渗作用，使土壤中进行浸取稀土的浸取液因自身极性在电场作用下向阴极移动，加快了母液的运移速度，缩短了母液的收集时间，从而提高了系统开采效率。此外，该方法施工简便，周期短，从而能够有效减少环境污染及地质灾害。
Description
技术领域
本发明涉及采矿技术领域，具体而言，涉及一种通电开采稀土矿的方法。
背景技术
稀土是一类战略资源，是尖端武器、航空航天、信息技术、医药和医疗设备、高端装备制造、新材料、新能源汽车等工业的关键原料，被称为“工业维生素”。我国是稀土资源大国，储量约占世界总储量的75％，其中，华南地区的离子吸附型稀土矿床(也称为风化壳淋积型稀土矿床)具有中、重稀土含量高、储量大、分布广、放射性活度低等特点，是全世界重稀土的主要资源基地，提供了全球90％以上的重稀土。
这类矿床中稀土元素以水合或羟基水合阳离子的形式赋存在风化的黏土矿物上。自1969年在江西首次发现离子吸附型稀土矿床以来，浸取工艺经历了池浸工艺、堆浸工艺和原地浸矿工艺的发展阶段。原地浸矿工艺是在不破坏表土的情况下，将浸矿溶液通过注液井直接注入天然埋藏条件下的风化矿体，在静压渗浸条件下，浸矿剂溶液中的阳离子将吸附于黏土中的稀土离子交换出来形成母液，母液从收液工程系统流出，用草酸沉淀母液中的稀土，实现稀土资源的回收。
目前，原地浸矿过程一般为天然静压条件，浸矿液和母液渗流的速度都极为缓慢，一个离子吸附型稀土矿从开采到终矿一般需要2-5年，加上后期的矿山环境恢复，所需时间更长，经济效益严重打折。再者，在开采过程中由于长期的注液，以及南方丰富的降水，容易导致母液的流失，降低浸取率，也造成严重的氨、氮环境污染和山体滑坡、塌方等地质灾害。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通电开采稀土矿的方法，以提高浸取率和缩短母液收集时间，来达到更安全的进行开采稀土矿。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提供了一种通电开采稀土矿的方法，其包括：
在稀土矿山体分别插入阳极注液管和阴极集液管，且阴极集液管的插入位置低于阳极注液管的插入位置；
在稀土矿山体开设与所述阴极集液管连通的集液沟；
在向阳极注液管注入稀土浸取液后，在阳极注液管和阴极集液管施加电压，持续通直流电，并通过集液沟收集母液。
通过在阳极注液管和阴极集液管作为两极通入直流电，进而通过电渗作用，使土壤中进行浸取稀土的浸取液因自身极性在电场作用下向阴极移动，加快了母液的运移速度，缩短了母液的收集时间，从而提高了系统开采效率。此外，该方法施工简便，周期短，从而能够有效减少环境污染及地质灾害。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明一种实施方式的纵向剖面图；
图2为本发明另一种实施方式的纵向剖面图。
图标：1-阳极注液管；2-阴极集液管；3-集液池；4-集液沟。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施方式或实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施方式涉及的一种通电开采稀土矿的方法进行具体说明。
本发明的一些实施方式提供了一种通电开采稀土矿的方法，其包括：
在稀土矿山体分别插入阳极注液管和阴极集液管，且阴极集液管的插入位置低于阳极注液管的插入位置；
在稀土矿山体开设与阴极集液管连通的集液沟；
在向阳极注液管注入稀土浸取液后，在阳极注液管和阴极集液管施加电压，持续通直流电，并通过集液沟收集母液。
其中，稀土矿山体是指含有稀土矿的山，其也包括山脚下的地面。
上述方法中，发明人经研究发现，通过将阳极注液管和阴极集液管作为电极，在二者上施加电压，通入直流电，由于浸取液浸出稀土离子后包含有大量的阳离子，再结合水的自身极性，因此，在电渗作用下使得浸取了稀土的母液能够在直流电的作用下，快速向阴极流动，母液在阴极汇集，进入到阴极集液管内，再流动到集液沟内进行收集。因此，上述过程大大加快了母液收集的速率，同时在直流电的作用下，浸取液能够更加快速有效地对稀土矿山体进行浸取，同时母液能够更全面地在集液沟内进行收集，进而提高了稀土的浸出率。
此外，上述方法由于大大加快了稀土矿开采的时间，进而相对于现有的天然静压原地浸矿来说，不用长期的注液，特别是在南方也不容易受到丰富的降水而容易导致母液的流失，从而能够缓解环境污染和山体滑坡、塌方等地质灾害的发生。
具体地，一些实施方式中，通电开采稀土矿的方法具体包括：
S1、安装阳极注液管和阴极集液管。
具体地，一些实施方式中，在稀土矿山体分别插入阳极注液管和阴极集液管包括：在稀土矿山体上开设出与阳极注液管匹配的阳极注液孔，再将阳极注液管插入阳极注液孔中；在稀土矿山体的山脚地面开设出与阴极集液管匹配的阴极集液孔，再将阴极集液管插入阴极集液孔中。
阳极注液管的安装可以根据场地条件和电势要求进行选择，一些实施方式中，需要先在稀土矿山体上挖阳极注液孔，阳极注液孔的大小和深度和阳极注液管相匹配，能够使得阳极注液管能够插入到稀土矿山体内。
一些实施方式中，阳极注液管的管壁开设有多个出液孔，从而使得阳极注液管内的液体可以通过多个出液孔进入到阳极注液孔内，进而进一步扩散到山体内对稀土进行浸取。
一些实施方式中，多个出液孔沿阳极注液管轴向间隔设置，从而阳极注液管内的液体可以在阳极注液孔的轴向的多个位置作用于稀土矿山体，使得稀土浸取液能够更全面地与稀土矿进行接触作用，达到更好的浸取率。进一步地，一些实施方式中，多个出液孔为沿阳极注液管轴向间隔设置的多圈出液孔，从而浸取液能够在阳极注液的轴向和径向都能够充分进行分散排出，充分与阳极注液孔四周的稀土矿进行作用。进一步优选相邻两圈出液孔的间距为0.5～1米。
进一步地，在实践过程中，发明人发现阳极注液管的安装角度能够影响稀土矿山内部的浸取液在直流电的作用下对稀土的浸取率，因此，发明人经过研究，将阳极注液管与稀土矿山体表面的切面之间的角度设为30～90度，其能够使得浸取液从阳极注液管中进入山体后，在重力的作用下能够更好的与稀土矿内的土层进行作用，特别是当阳极注液管垂直于稀土矿山体表面的切面时，浸取液能够在直流电和自身重力的作用下，其流动方向能够全面的沿着山体表面的倾斜方向，向着山脚的阴极集液管流动，使得浸取更为全面。
进一步地，一些实施方式中，为了使得能够全面对稀土矿山体进行稀土的原地开采，因此，通常情况下，阳极注液管可为多根，且沿稀土矿山体依次间隔设置。一些实施方式中，多根阳极注液管之间可以相互平行设置。
一些实施方式中，为了更为全面的对整个山体的稀土矿进行稀土的浸取，阴极集液管一般设置于稀土矿山体的山脚，且阴极集液管与山脚地面之间的角度为30～90度，优选垂直于稀土矿山体的切面。进一步地，一些实施方式中，阴极集液管的管壁开设有多个进液孔，从而当浸取稀土后得到的母液在电渗的作用下，移动至阴极集液管后，可以通过集液管的管壁进入到集液管内，进而在重力的作用下，流动到集液沟内。一些实施方式中，为了更充分地快速地对母液进行收集，多个进液孔为沿阴极集液管轴向间隔设置的多圈进液孔，进一步优选地，相邻两圈进液孔的间距为0.2～2米。
进一步地，发明人在实践中发现，在电渗作用下，母液向阴极集液管流动，最后通过集液孔进入到阴极集液管内进行汇集，在此过程中，母液的流动容易造成土壤胶体颗粒的聚集或沉降容易对集液孔进行堵塞，进而一些实施方式中，在阴极集液管的管壁四周设置有过滤件，其能够有效过滤聚集的土壤胶体颗粒，从而保证开采过程能够持续稳定的进行，过滤件可以预先安装固定在阴极集液管的管壁，再将阴极集液管插入阴极集液孔内。一些实施方式中，上述过滤件优选土工布、滤布或滤纸。过滤的孔径为80～300目。
S2、在稀土矿山体开设与阴极集液管连通的集液沟。
具体地，集液沟可开设于所需要开采的稀土矿山体的底部，其可以大致水平设置，集液沟位于阴极集液管的底部，进而集液沟能够与阴极集液管的出液端连通，从而母液通过阴极集液管流入集液沟。一些实施方式中，集液沟的两端设有集液池，集液池位置低于集液沟，且集液沟的流道越靠近集液池，其位置越低，以使得集液沟内收集的母液能够自动流入集液池内。
S3、在向阳极注液管注入稀土浸取液后，在阳极注液管和阴极集液管施加电压，通直流电。
稀土浸取液为本领域技术人员能够实现稀土提取的浸矿液。一些实施方式中，稀土浸取液为铵盐溶液，进一步地，铵盐优选氯化铵、醋酸铵、柠檬酸胺或硫酸铵；一些实施方式中，铵盐溶液的质量浓度为0.5％～5％，或其体积浓度为0.1～1.5mol/L。其用量是根据稀土矿山面积及稀土矿样的总质量来进行确定的，一些实施方式中，铵盐溶液的用量为稀土矿样的总质量的1～5倍，即液固比为1～5：1。
进一步地，在阳极注液管和阴极集液管施加电压为5-100V，优选5-35V，上述电压优选的原因在于电压过低时不能够达到有效的快速电渗排母液的效果，电压过大会造成安全隐患，容易对人体造成伤害，从而上述电压既能够有效提高浸取效率，又能够保证安全开采。上述阳极注液管和阴极集液管均为导电材料制成的管件，导电材料选自金属材料、有机导电材料或复合导电材料，优选铜、镍或电动土工合成材料，更优选电动土工合成材料即EKG。
进一步地，发明人在实践中经研究发现，稀土浸取剂在进行对稀土进行浸取后，其本身的阳离子的极性有所降低，进而导致在后续的电渗作用下，母液的移动会逐渐偏弱，因此，为了解决上述问题，一些实施方式中，在发明人在向阳极注液管注入稀土浸取液后施加电压之前，还向阳极注液管加注盐溶液，通过盐溶液可以保持母液中的阳离子数量处于一个比较高的状态，进而能够提高母液的运移效率。一些实施方式中，盐溶液优选钠盐溶液或钾盐溶液，进一步优选氯化钠溶液、氯化钾溶液、硫酸钠溶液、硫酸钾溶液、硝酸钠溶液或硝酸钾中的一种或多种组合。而综合考虑成本和污染的问题，最优选氯化钠溶液。
一些实施方式中，盐溶液的质量浓度为1％～10％，用量为稀土矿样的总质量的1～5倍。
稀土浸取液的注入速率范围一般可为0.5～5L/h，优选2L/h，盐溶液的注入速率范围一般可为0.5～5L/h，优选2L/h。
在收集通直流电后，先在集液沟内先集得水，再集得低浓度母液，最后集得达到工业标准的母液，先将集液沟中收集得到的水排放掉，再将母液导入集液池中即可。
参见附图1，其为本发明一种实施方式的简单示意图，多根阳极注液管1垂直于稀土矿山体表面的切面插入其内部，阴极集液管2垂直于稀土矿山体表面的切面方向插入于山脚处，集液沟4位于阴极集液管2之下，阴极集液管2的出液端连通于集液沟4，集液池3位于集液沟4的端部，使得集液沟4内收集的母液可以进一步汇集到集液池3内。进一步参见附图2，另一种实施方式中，多根阳极注液管1也可以均垂直于水平面插入稀土矿山体中。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
以下实施例选用的矿区为广东省梅州市仁居矿区。
实施例1
(1)在采场稀土矿山体上钻阳极注液孔，阳极注液孔为二十条。该阳极注液孔钻通后，垂直坡面插入材质为EKG的阳极注液管；接着在山脚下打两条阴极集液孔垂直于矿山体表面，之后在该孔插入EKG阴极集液管，并在周围布置滤布，在阴极集液孔下方开挖集液沟，并在集液沟两端设有集液池，所述集液池位置在集液沟下方3米，阴极集液孔设置在集液沟上方，且阴极集液管的出液端连通集液沟。其中，阳极注液管沿轴向开设有多圈出液孔，相邻两圈出液孔的间隔为0.5m。阴极集液管沿轴向开设有多圈进液孔，相邻两圈进液孔的间隔为0.4m。
(2)原地浸矿：向阳极注液管中按液固质量比2：1注入质量浓度为2％柠檬酸三铵溶液，注入柠檬酸三铵溶液结束后往注液孔中按液固质量比为2：1加注质量浓度为9％氯化钠溶液。
(3)母液收集：以阳极注液管和阴极集液管作为阴阳两极加10V电势差，通直流电，使液体加速流向阴极集液管，在集液沟中先集得水，再集得低浓度母液，最后集得达到工业标准的母液，先将集液沟中收集得到的水排放掉，再将母液导入集液池中即可。
本实施例中30天收集了母液13.2吨，使用本方法稀土浸出率为92.2％。而以采用相同稀土浸取液注入速率和浓度在天然静压条件下原地浸矿的传统方法，母液收集量为9.4吨，稀土浸出率为75.6％。本实施例相同时间内相对于传统方法，收集量提高了40.4％，浸出率提高了16.6％。
实施例2
(1)在采场稀土矿山体上钻阳极注液孔，阳极注液孔为二十条。该阳极注液孔钻通后，垂直坡面插入材质为EKG的阳极注液管；接着在山脚下打两条阴极集液孔垂直于矿山体表面，之后在该孔插入EKG阴极集液管，并在周围布置滤布，在阴极集液孔下方开挖集液沟，并在集液沟两端设有集液池，所述集液池位置在集液沟下方3米，阴极集液孔设置在集液沟上方，且阴极集液管的出液端连通集液沟。其中，阳极注液管沿轴向开设有多圈出液孔，相邻两圈出液孔的间隔为0.5m。阴极集液管沿轴向开设有多圈进液孔，相邻两圈进液孔的间隔为0.4m。
(2)原地浸矿：向阳极注液管中按液固质量比2：1注入质量浓度为2％硫酸铵溶液，注入柠檬酸三铵溶液结束后往注液孔中按液固质量比为2：1加注质量浓度为9％氯化钾溶液。
(3)母液收集：以阳极注液管和阴极集液管作为阴阳两极加20V电势差，通直流电，使液体加速流向阴极集液管，在集液沟中先集得水，再集得低浓度母液，最后集得达到工业标准的母液，先将集液沟中收集得到的水排放掉，再将母液导入集液池中即可。
本实施例中30天收集了母液16.3吨，使用本方法稀土浸出率为96.8％。而以采用相同稀土浸取液注入速率和浓度在天然静压条件下原地浸矿的传统方法，母液收集量为9.3吨，稀土浸出率为75.8％。本实施例相同时间内相对于传统方法，收集量提高了75.2％，浸出率提高了21.2％。
实施例3
(1)在采场稀土矿山体上钻阳极注液孔，阳极注液孔为二十条。该阳极注液孔钻通后，垂直坡面插入材质为EKG的阳极注液管；接着在山脚下打两条阴极集液孔垂直于矿山体表面，之后在该孔插入EKG阴极集液管，并在周围可附滤布，在阴极集液孔下方开挖集液沟，并在集液沟两端设有集液池，所述集液池位置在集液沟下方3米，阴极集液孔设置在集液沟上方，且阴极集液管的出液端连通集液沟。其中，阳极注液管沿轴向开设有多圈出液孔，相邻两圈出液孔的间隔为0.5m。阴极集液管沿轴向开设有多圈进液孔，相邻两圈进液孔的间隔为0.4m。
(2)原地浸矿：向阳极注液管中按液固质量比2：1注入质量浓度为2％氯化铵溶液，注入柠檬酸三铵溶液结束后往注液孔中按液固质量比为3：1加注质量浓度为8％氯化钠溶液。
(3)母液收集：以阳极注液管和阴极集液管作为阴阳两极加30V电势差，通直流电，使液体加速流向阴极集液管，在集液沟中先集得水，再集得低浓度母液，最后集得达到工业标准的母液，先将集液沟中收集得到的水排放掉，再将母液导入集液池中即可。
本实施例中30天收集了母液20.5吨，使用本方法稀土浸出率为97.5％。而以采用相同稀土浸取液注入速率和浓度在天然静压条件下原地浸矿的传统方法，母液收集量为9.5吨，稀土浸出率为75.3％。本实施例相同时间内相对于传统方法，收集量提高了125.8％，浸出率提高了21.8％。
实施例4
(1)在采场稀土矿山体上钻阳极注液孔，阳极注液孔为二十条。该阳极注液孔钻通后，垂直坡面插入材质为EKG的阳极注液管；接着在山脚下打两条阴极集液孔垂直于矿山体表面，之后在该孔插入EKG阴极集液管，并在周围附滤布，在阴极集液孔下方开挖集液沟，并在集液沟两端设有集液池，所述集液池位置在集液沟下方3米，阴极集液孔设置在集液沟上方，且阴极集液管的出液端连通集液沟。其中，阳极注液管沿轴向开设有多圈出液孔，相邻两圈出液孔的间隔为0.5m。阴极集液管沿轴向开设有多圈进液孔，相邻两圈进液孔的间隔为0.4m。
(2)原地浸矿：向阳极注液管中按液固质量比2：1注入质量浓度为2％氯化铵溶液。
(3)母液收集：以阳极注液管和阴极集液管作为阴阳两极加30V电势差，一直通直流电，使液体加速流向阴极集液管，在集液沟中先集得水，再集得低浓度母液，最后集得达到工业标准的母液，先将集液沟中收集得到的水排放掉，再将母液导入集液池中即可。
本实施例中30天收集了母液18.5吨，使用本方法稀土浸出率为92.5％。
实施例5
本实施例与实施例3不同之处在于，阴极集液管管壁四周未附滤布。
本实施例中30天收集了母液17.6吨，使用本方法稀土浸出率为90.1％。
综上所述，与传统的原地浸矿方法相比，本发明实施方式可实现的有益效果：
(1)阴阳两极通入直流电后，土壤中孔隙水因自身极性在电场作用下向阴极移动，可加快母液的运移速度，减少了集液时间，提高了离子吸附型稀土矿的浸取效率。
(2)该方法可缩短施工周期，减少人力、物资成本。
(3)该可减少母液流失，降低了氨氮对环境的污染程度；同时，还可有效预防和减少泥石流及山体滑坡等地质灾害的发生。
(4)该所用直流电安全可控，施工简便，因此对矿区周围环境影响较小。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种通电开采稀土矿的方法，其特征在于，其包括：
在稀土矿山体分别插入阳极注液管和阴极集液管，且所述阴极集液管的插入位置低于所述阳极注液管的插入位置；
在所述稀土矿山体开设与所述阴极集液管连通的集液沟；
在向所述阳极注液管注入稀土浸取液后，在所述阳极注液管和所述阴极集液管施加电压，持续通直流电，并通过所述集液沟收集母液。
2.根据权利要求1所述的通电开采稀土矿的方法，其特征在于，在所述阴极集液管的管壁四周设置有过滤件，所述过滤件优选土工布、滤布或滤纸。
3.根据权利要求1所述的通电开采稀土矿的方法，其特征在于，所述阳极注液管的管壁开设有多个出液孔，优选多个所述出液孔沿所述阳极注液管轴向间隔设置，更优选多个所述出液孔为沿所述阳极注液管轴向间隔设置的多圈出液孔，进一步优选地，相邻两圈所述出液孔的间距为0.5～1米；
所述阴极集液管的管壁开设有多个进液孔，优选多个所述进液孔沿所述阳极注液管轴向间隔设置，更优选多个所述进液孔为沿所述阴极集液管轴向间隔设置的多圈进液孔，进一步优选地，相邻两圈所述进液孔的间距为0.2～2米。
4.根据权利要求1所述的通电开采稀土矿的方法，其特征在于，所述阳极注液管与所述稀土矿山体表面的切面之间的角度为30～90度，优选垂直于所述稀土矿山体表面的切面，优选地，所述阳极注液管为多根，且沿所述稀土矿山体依次间隔设置。
5.根据权利要求4所述的通电开采稀土矿的方法，其特征在于，所述阴极集液管设置于所述稀土矿山体的山脚，且所述阴极集液管与所述山脚地面之间的角度为为30～90度，优选垂直于地面。
6.根据权利要求1所述的通电开采稀土矿的方法，其特征在于，在所述阳极注液管和所述阴极集液管施加电压为5-100V，所述阳极注液管和所述阴极集液管均为导电材料制成的管件，所述导电材料选自金属材料、有机导电材料或复合导电材料，优选铜、镍或电动土工合成材料，更优选电动土工合成材料。
7.根据权利要求1所述的通电开采稀土矿的方法，其特征在于，所述稀土浸取液为铵盐溶液，所述铵盐优选氯化铵、醋酸铵、柠檬酸胺或硫酸铵；
优选地，所述铵盐溶液的质量浓度为0.5％～5％；
优选地，所述铵盐溶液的用量为稀土矿样的总质量的1～5倍。
8.根据权利要求1～7任一项所述的通电开采稀土矿的方法，其特征在于，在向所述阳极注液管注入稀土浸取液后施加电压之前，还向所述阳极注液管加注盐溶液，所述盐溶液优选钠盐溶液或钾盐溶液，进一步优选氯化钠溶液、氯化钾溶液、硫酸钠溶液、硫酸钾溶液、硝酸钠溶液或硝酸钾中的一种或多种组合，更优选氯化钠溶液；
优选地，所述盐溶液的质量浓度为1％～10％，用量为稀土矿样的总质量的1～5倍。
9.根据权利要求1～7任一项所述的通电开采稀土矿的方法，其特征在于，在开设所述集液沟后，还开设有与所述集液沟连通的集液池，且所述集液池的位置低于所述集液沟。
10.根据权利要求1～7任一项所述的通电开采稀土矿的方法，其特征在于，在所述稀土矿山体分别插入所述阳极注液管和所述阴极集液管具体包括：
在所述稀土矿山体上开设出与所述阳极注液管匹配的阳极注液孔，再将所述阳极注液管插入所述阳极注液孔中；
在所述稀土矿山体的山脚地面开设出与所述阴极集液管匹配的阴极集液孔，再将所述阴极集液管插入所述阴极集液孔中。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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