离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统.docx

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离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统

离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统

一，技术概述

离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统，根据矿体空间展布情况、矿体厚度变化情况、矿土渗透性能、以及收液系统的工程布置等，设置注液浅井和注液深井间隔分布的注液网络；在注液工序中，采用先注注液浅井，后注注液深井的注液方法，最后共同对注液浅井和注液深井注顶水。

本原地浸取注液系统稀土浸矿率高、母液浓度高、矿土母液残留少、浸矿剂单耗小、操作简单、应用范围广、环保效果显著，同时还解决了浸矿盲区、注液过程边坡的稳定性差的问题，实现了浸矿剂流向、流速及注液强度的可控性。

二，系统基本技术原理

离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统介绍原地浸取注液系统，特别是离子吸附型稀土原地浸取注液系统，属于原地浸取开采技术。

离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统中的术语“顶水”是指在“浸矿液”注入含矿山体，完成“浸矿”过程之后，将按一定比例“固液比”控制的“工业顶水”，不断地从“注液井”注入山体。

在“顶水”作用下，汇合被“交换”出来的稀土，和先期注入的已完成“离子交换”、或尚未完成交换过程的部分浸矿液，形成含稀土母液。

简单的说，在用浸矿剂浸矿过程完成后，使用“上清液”或清水的注液过程，其目的是把矿体中已交换或尚未交换的浸矿液“挤”出。

离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统中的术语“鸡窝状”、“透镜状”、层状”等词是用来形象的说明矿体空间展布的特点。

网络上可以查找到有些论文中使用过“鸡窝状”矿体这个词。

是指矿体的空间展布复杂，在单个含矿山头中存在多个小矿体。

根据现有技术，离子吸附型稀土原地浸取注液技术主要采用岩土工程静压注浆法注液。

静压注浆法注液技术是采用人工挖掘圆井作为注液井的注液方法，首先使用铲子等工具人工挖掘直径约0.6～0.8米（一般需要人在注液井中施工）、直达含矿层以下0.5米深的注液圆井，井间距为3×3米，为了减少注液盲区，在圆井的中间部分，用铲子开挖长宽为0.5×0.5米（或直径为0.5米），直达矿层的注液井。

在浸取注液过程中先注圆井，后为消除盲区再注直达矿层的注液井，最后注顶水，直至矿块生产完成。

现有注液技术在生产中存在以下技术问题：

第一，由于注液顺序不合理，先注主矿体，后为消除盲区对直达矿层的注液井注液，往往因为母液浓度过低或因尾液时间长而无实际利用价值，且无形之中增加了生产成本及单矿块的生产周期；第二，由于后期构造等因素的影响，存在大量的小裂隙，而这些小裂隙必然经过粘土矿物的充填，使得浸矿剂无法到达小裂隙以下与稀土离子发生交换，影响了稀土浸矿的效果；第三，因为离子吸附型稀土特殊的成矿机理，往往在垂直方向上存在较大的渗透性能差异，导致在注液过程中实际的水平方向注液强度难以控制，以及由于在注液过程中矿土结构和渗透性能发生的变化，常导致注液困难，且极易发生塌方等边坡稳定性问题，严重影响生产的正常进行；第四，现有注液技术存在难以与收液系统协调的问题，即难以人为控制注液量；第五，现有注液技术难以适应“鸡窝状”复杂矿体、渗透性差及深埋矿体的注液，使得相应的资源无法使用原地浸取技术开采。

第六，现有注液技术难以对浸矿剂的流向、流速及注液强度作出有效控制，且单矿块开采完后，仍有较多浸矿剂及部分稀土母液保留在山体中，随着时间的推移缓慢渗入地下水中，造成了较大的环境污染问题。

三，系统的主要技术内容

离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统的目的是提供一种原地浸取注液系统，其稀土浸矿率高、减少了母液在矿体中的残留、减少了环境污染、母液浓度高、浸矿剂单耗小、操作简单、应用范围广、环保效果显著，解决了浸矿盲区、注液过程边坡的稳定性差的问题，实现了浸矿剂流向、流速、注液强度的可控性及注液系统与收液系统的联系，同时还解决了深埋矿体、渗透性差矿体以及“鸡窝状”矿体的原地浸取技术问题。

为实现目的，本实用新型提供了一种原地浸取注液系统，其特征在于，该系统包括：

注液网络，其包括交替分布的注液浅井和注液深井；注液浅井的注液装置；注液深井的注液装置；以及注液浅井和注液深井共同注顶水的注液装置。

优选地，所述注液网络还设有中等程度深的注液井。

注液网络上，注液浅井和注液深井的间距为2～3×2～3米。

注液浅井为静压注液的注液井，注液深井为充填密闭中深部注液的注液井。

注液浅井和注液深井的引流管与相应球阀开关、分水管路及注液主管路联通。

注液浅井直径为注液深井直径的3～4倍。

注液浅井的深度为直达含矿层1～2米，注液深井的深度为直达距集液工程控制面4.5～5.5米，或根据下式确定：

注液深井处的见矿厚度+（注液深井处至工程控制面的厚度-注液深井处的见矿厚度）×55％≤注液深井深度≤注液深井处的见矿厚度+（注液深井处至工程控制面的厚注液深井处的见矿厚度+（注液深井处至工程控制面的厚度-注液深井处的见矿厚度）×55％≤注液深井深度≤注液深井处的见矿厚度+（注液深井处至工程控制面的厚度-注液深井处的见矿厚度）×75％。

矿土为中粗砂结构对应注液深井深度取上述计算式的小值，而矿土以粘土矿物和粉砂为主对应注液深井深度取上述计算式的大值。

中等深度的注液井的深度依据下式确定：

中等深度注液井的井深＝（深井深度-相邻浅井深度）/2+相邻浅井深度），或根据下式确定：

中等深度注液井处的见矿厚度+（中等深度注液井处至工程控制面的厚度-中等深度注液井处的见矿厚度）×40％≤中等深度注液井深度≤中等深度注液井处的见矿厚度+（中等深度注液井处至工程控制面的厚度-中等深度注液井处的见矿厚度）×60％。

矿土为中粗砂结构对应中等深度注液井深度取上述计算式的小值，而矿土以粘土矿物和粉砂为主对应中等深度注液井深度取上述计算式的大值。

在技术方案中，根据矿体厚度变化情况、水文工程环境地质情况以及收液系统的布置，设置注液浅井和注液深井间隔分布的注液网络，其中注液浅井以静压注液为主，注液深井以充填密闭中深部注液为主，如渗透能力很好，可对注液深井不使用密闭加压措施；在注液工序中，采用先注注液浅井，后注注液深井的注液方法，当浸矿剂使用完后，共同对注液浅井和注液深井注顶水。

离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统技术方案中，根据矿体空间展布情况、矿体厚度变化情况、矿土渗透性能、以及收液系统的工程布置等，设置注液浅井和注液深井间隔分布的注液网络，也可以根据矿体厚度变化情况（主要针对“鸡窝状”矿体类型）及收液系统的布置设置注液浅井、中等程度深的注液井、和注液深井周期变化的注液网络。

技术方案中注液管路：

注液浅井和注液深井通过引流管与球阀开关、分水管路及注液主管路联通形成注液管路系统。

注液网络的注液井间距的确定：

一般情况下，注液井间距为2.5×2.5米，但如矿土为中粗砂结构，可调整为3×3米，以粘土和细砂为主可调整为2×2米。

技术方案中的注液浅井：

注液浅井直径为30～40cm，深度为直达含矿层1～2米，采用1～1.5寸（3.3cm～5cm）的PVC管引流浸矿剂至注液浅井的底部并进行防坍塌处理，注液浅井采用静压注液方式。

注液浅井施工：

采用特制的洛阳铲施工工具，其为长25～35cm、直径20～30cm、厚1.5～3mm的不锈钢管或相应展开面积及厚度的不锈钢片制作的圆筒，圆筒底部用锯片类带刚性及韧性的材料焊接，制成的洛阳铲，避免人进入注液井中进行施工。

密闭加压注液深井：

密闭加压注液深井直径为10～12cm左右，采用该类资源勘探工具（洛阳铲）施工，深度一般为直达距集液工程控制面4.5～5.5米，也可根据下式确定：

注液深井处的见矿厚度+（注液深井处至工程控制面的厚度-注液深井处的见矿厚度）×55％≤注液深井深度≤注液深井处的见矿厚度+（注液深井处至工程控制面的厚度-注液深井处的见矿厚度）×75％。

根据矿土的渗透性能确定深井的深度，矿土的渗透性差的取大值，渗透好的取小值。

深井平面布置尽可能地靠近集液巷道位置。

注液深井的注液、填充、及密闭方式：

注液采用6～8分（即管径2～3cm）的PVC管引流浸矿剂至注液深井的中下部，注液深井的填充方式采用就地取材的细或粗砂或其它易渗透物质，填充厚度原则上为把注液深井填充至浅井深度处，如实施条件有限，填充厚度至少为超过PVC孔洞部分1米，上部至矿体部分可采用矿土压实填充，并用较稀释水泥砂浆充填20～30cm形成密封层，如渗透性好，可不用填充和密闭。

密闭加压注液深井引流管结构：

引流管下部每隔25～35cm各设置数个孔洞，分数排，引流管下部含孔洞部分进行防堵塞处理，其目的是引流管中下部不堵塞，如渗透性好，则引流管下部可不设孔洞，直接进行防堵塞处理。

中等程度深的注液井，其深度一般可依据下式确定：

中等程度注液井的井深＝（深井深度-相邻浅井深度）/2+相邻浅井深度）。

更一般的可按下式确定：

中等深度注液井处的见矿厚度+（中等深度注液井处至工程控制面的厚度-中等深度注液井处的见矿厚度）×40％≤中等深度注液井深度≤中等深度注液井处的见矿厚度+（中等深度注液井处至工程控制面的厚度-中等深度注液井处的见矿厚度）×60％。

上式的具体实施需要根据矿土的渗透性能确定，渗透性差的取大值，渗透好的取小值。

中等程度深的注液井的作用主要为了解决“鸡窝状”矿体的原地浸取技术问题。

在“鸡窝状”矿体中，使用了中等深度的注液井，解决了注液过程中浸矿剂及矿体中母液的流速和流向的控制问题。

注液深井采用中深部填充密闭加压注液方法，形成密闭的注液管路系统。

当矿土渗透性很好的情况下，对注液深井不填充密闭加压，只需采用深浅结合的注液井布置平面。

注液深井的密闭加压，采用细或粗砂充填注液深井，且为中深部加压。

当注液浅井静压注液至矿体中母液高峰下移至注液深井处于矿体部分长度的一半后停止对注液浅井的注液，开始对密闭加压注液深井大量加压注液，当浸矿剂使用完后，对注液浅井和密闭加压注液深井同时注顶水，直至矿块生产完成。

密闭加压注液深井通过管径2～3cm的PVC管作为引流管直插深井底部，引流管下部每隔25～35cm各设置数个孔洞，分数排，引流管下部含孔洞部分进行防堵塞处理；或在矿层渗透性允许时不设孔洞，直接对引流管下部管口处进行防堵塞处理。

注液浅井采用孔径3.3cm～5cm的PVC管引流，并对注液井进行防坍塌处理。

注液浅井的施工工具，为长25～35cm、直径20～30cm、厚1.5～3mm的不锈钢管或相应展开面积及厚度的不锈钢片制作的圆筒，圆筒底部用锯片类带刚性及韧性的材料焊接，制成特制洛阳铲，所述注液深井使用直径为10～12cm的洛阳铲挖掘。

离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统采用深注液井和浅注液井交替分布的格局，使浸矿剂有效地渗入矿体，改善了因矿体垂直方向渗透性能差异、矿体小裂隙以及侧渗、矿体本身毛细现象和浸矿剂表面张力等因素对浸矿剂的影响，有效地减少了被矿土交换浸矿剂离子而浪费浸矿剂，提高了稀土浸矿率，减少了稀土母液在矿土中的残留，减少了环境污染。

在生产过程中，通过提高浅井的注液井液面至无矿层以下1米的高度（如果注液浅井为深入矿层2米，则注液浅井中注液的液面深度为3米），结合先注盲区的注液方法，可基本消除注液盲区。

离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统均衡了注液强度，降低了通路形成的距离和时间，增加了注液浅井至密闭加压注液深井以及密闭注液深井至工程控制面的压力梯度，加大了浸矿剂的流速，解决了边坡稳定性的问题。

离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统通过控制浸矿剂流向以及通过密闭加压注液深井改变浸矿剂的浸矿部位，达到提高稀土母液浓度的目的。

采用本实用新型的系统可人为控制注液强度，不受制于特定的水文地质条件影响，注液强度在水平方向分布均衡，适应能力强，操作简单，能解决渗透性差的矿体类型的注液问题，特别是，目前公认的难以解决的火山凝灰岩类型、渗透性差类型、“鸡窝状”矿体类型以及深埋矿体类型的离子吸附型稀土原地浸取技术问题。

四，系统特点

1.离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统，其特点在于，该系统包括：

注液网络，其包括交替分布的注液浅井和注液深井；注液浅井的注液装置；注液深井的注液装置；以及注液浅井和注液深井共同注顶水的注液装置。

2.离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统所述的原地浸取注液系统，注液网络还设有中等程度深的注液井。

3.离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统，注液网络上，注液浅井和注液深井的间距为2～3×2～3米。

4.离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统，注液浅井为静压注液的注液井，注液深井为充填密闭中深部注液的注液井。

5.离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统，注液浅井和注液深井的引流管与相应球阀开关、分水管路及注液主管路联通。

6.离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统，注液浅井直径为注液深井直径的3～4倍，注液深井直径10～12cm。

7.离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统，所述注液浅井的深度为直达含矿层1～2米，所述注液深井的深度为直达距集液工程控制面4.5～5.5米，或根据下式确定：

注液深井处的见矿厚度+（注液深井处至工程控制面的厚度-注液深井处的见矿厚度）×55％≤注液深井深度≤注液深井处的见矿厚度+（注液深井处至工程控制面的厚度-注液深井处的见矿厚度）×75％。

8.离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统，所述中等深度的注液井的深度依据下式确定：

中等深度注液井的井深＝（深井深度-相邻浅井深度）/2+相邻浅井深度），或根据下式确定：

中等深度注液井处的见矿厚度+（中等深度注液井处至工程控制面的厚度-中等深度注液井处的见矿厚度）×40％≤中等深度注液井深度≤中等深度注液井处的见矿厚度+（中等深度注液井处至工程控制面的厚度-中等深度注液井处的见矿厚度）×60％。

五，系统的技术效果

离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统的技术效果是：

1）减少了被矿土交换浸矿剂离子而浪费浸矿剂，提高了稀土浸矿率，减少了稀土母液在矿土中的残留，减少了环境污染，提高了稀土的回收率；

2）先注盲区的注液工序，消除了浸矿盲区；

3）均衡了注液强度，解决了原地浸取边坡稳定性问题；

4）人为改变了矿土渗透性能，操作简单，实现了离子吸附型稀土原地浸取系统技术的可控性，扩大了原地浸取系统技术的应用范围。

5）实现了浸矿过程母液浓度的提高。

原材料单耗小，主要体现在三个方面，第一，均衡了注液强度，使得浸矿效果更均匀，浸矿剂使用效率更高。

第二，因深浅注液井的实施，减少了矿土中母液的残留，此处说的残留包括两个方面的意思，一是此部分母液中的原材料得到回收，二是回收了稀土即降低了单耗。

第三，由于浸矿剂流速加快，减少浸矿剂被其它杂质离子交换程度，另一方面，由于实现了注液强度的可控性及与收液系统的联系，增加了母液回收率。

六，附图说明

图1为根据现有技术的注液井矿山使用剖面图；

图2为根据离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统注液井矿山使用剖面图；

图3为图2中注液浅井示意图；

图4为图2中注液深井示意图；

图5为图2中注液深井引流管结构示意图；

图6为配套注液浅井施工工具剖面示意图。

图中：

表土层1，矿体2，注液井3，工程控制面4，注液浅井5，注液深井6，防堵塞物料7，1～1.5寸（3.3cm～5cm）的引流管8，6～8分（管径2～3cm）的引流管9，细粗砂堵实部分10，密封层11，6～8分（管径2～3cm）的引流管防堵塞孔12，防堵塞包扎部分13，带刚性及韧性的不锈钢管或相应展开面积及厚度的不锈钢片或锯片14，不锈钢筒15，连接部螺帽16，螺帽与不锈钢筒连接的钢筋17。

七，实施方式简介

参见附图，离子型稀土矿原地浸矿浸取注液系统实施方法如下：

如图2所示，根据矿体空间展布情况、矿体厚度变化情况、矿土渗透性能、以及收液系统的工程布置等，用特制洛阳铲设置静压注液浅井5和用一般洛阳铲设置密闭加压深井6，形成间隔分布的注液网络；注液井间距一般为2.5×2.5米，但如矿土为中粗砂结构则可调整为3×3米，以粘土及粉砂为主调整为2×2米。

浅井5的井深直达矿层2以下1～2米，深井6的井深与集液工程控制面4的位置有关，其计算方法如实周新型内容部分所述；注液深井6中插入引流管9至底部，用细或粗砂等易渗透物质充填注液深井并用较稀释水泥浆密封，形成密闭加压注液方法。

静压注液浅井5通过PVC管和密闭加压注液深井6的引流管、控制开关、分水管路及注液主管路系统联通。

在注液工序中，先注注液盲区，即本实用新型系统中的注液浅井5，当浅井5注液至一定程度（单个注液井注液总量计算方法原则为：

浅井控制范围面积×相邻密闭加压注液深井矿体部分厚度÷2×矿土饱和含水率），停止对注液浅井5的注液，转入对注液深井6的注液，采用全部打开球阀开关大量注液（需根据注液工程质量等适当调整）；当浸矿剂使用完后，共同对注液浅井5及密闭加压注液深井6注顶水。

如图2所示，浅井5采用特制的直径为20～30厘米的洛阳铲（图6），以探矿形式开挖直径30～40厘米的浅井5，井深为直达含矿层1～2米；深井6采用一般洛阳铲挖掘，直径为10～12厘米左右，井深为直达距集液工程控制面5米左右的深度，深井6布置在尽可能地靠近集液巷道位置。

注液井间距为2.5×2.5米。

如图3所示，先在浅井5的下部放入压实的厚20厘米左右的防堵塞物料7，防堵塞物料7可采用常用的材料，例如柴草等。

为了防止浸矿液对井壁的冲刷，在浅井5的居中位置放入1寸～1.5寸（即直径3.3cm～5cm）PVC引流管8，再把防堵塞物料7塞入引流管8周围并压实。

把水龙头放置PVC引流管8上，水龙头、注液分水管路及主管路联通，PVC引流管8可回收。

防堵塞物料7的作用为防止浅井5坍塌及提供浸矿剂渗透通路；PVC引流管8的作用除防止浸矿剂对井壁冲刷外，也预防了当浅井5的防堵塞物料7的顶部因雨水天气等因素带入泥浆而无法注液至矿土的困境；如PVC[0065]如图4、5所示，深井6一般采用6～8分的PVC引流管9，其下部每隔30cm左右用直径4～5毫米铁钉各设置孔洞12，孔洞12分四排，共8个，每排两个，均匀分布在长度约1.2～1.5米PVC引流管9上，PVC引流管9较难回收。

PVC引流管9用硫酸铵蛇皮袋13包扎引流管孔洞部分插入深井6中，用细砂或粗砂等易渗透物质10充填深井6至浅井5的深度处，细砂或粗砂可就地取材使用。

再用较稀水泥砂浆充填20～30厘米形成密封层11，密封层11可根据矿土渗透性能等实际情况决定密封层实施时机，如渗透性差可在停止对浅注液井5注液前一个星期左右实施密封层施工。

最后接球阀开关、注液分水管路及主管路联通。

当浅井5注液至一定程度（单个注液井注液总量计算方法的原则为：

浅井控制范围面积×相邻密闭加压注液深井矿体部分厚度÷2×矿土饱和含水率），停止对注液浅井5的注液，转入对注液深井6的注液，采用全部打开球阀开关大量注液；当浸矿剂使用完后，共同对注液浅井5及密闭加压注液深井6注顶水，直至停止注液。

浸矿剂流速是通过改变矿体本身的渗透性及改变压力梯度来实现的，改变压力梯度的方法就是深注液井，如没有深注液井，在渗透过程中，其周围全部是矿土，压力梯度很小，而实施了深注液井，在深注液井处的压力为大气压，（针对浅井注液过程而言），在注深井的过程中，由于工程控制面的压力为大气压，且距离大大缩短，压力梯度得到该变。

浸矿剂流向控制的前提是压力梯度的改变，因此，在此技术中就包含了浸矿剂流向的控制。

附图说明：