[实用新型]原地浸矿渗流试验系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种原地浸矿渗流试验系统，适用于研究原地浸矿溶液渗流过程、渗流规律和优化收液工程布置，通过准确控制注液压力，调节收液管孔径、密度及位置，控制底板渗漏量和渗漏裂隙位置，实现研究不同地地质条件和工艺参数下离子型稀土原地浸矿渗流过程和渗流规律，为合理确定实际注液速度和优化收液工程布置提供试验平台。

背景技术

稀土是镧、铈和镨等17种稀有元素的总称，是一组同时具有电、磁、光以及生物等多种特性的新型功能材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料。稀土用途广泛，需要使用稀土的功能材料种类繁多，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。江西、广东等南方五省的离子型稀土属中重稀土资源，至今仅在我国发现，经济价值极高，十分宝贵，已被我国政府列为实行国家保护性开采特定矿种。

离子型稀土矿的开采工艺经历了池浸工艺和堆浸工艺，现已发展到原地浸矿。原地浸矿开采离子型稀土的工艺是在稀土矿体区域布置注液井网，通过注液井向矿体注入浸取剂溶液，使其与稀土离子发生交换反应形成母液，母液从收液工程流出，用草酸沉淀母液中的稀土，实现资源回收的目的。由于原地浸矿开采过程中不需剥离表土，不开挖与搬运矿体，达到不破坏植被，环境污染小，稀土资源回采率大幅提高的目的，被称为“绿色高效”的开采工艺，取得了较好的社会和经济效益。目前，南方离子型稀土矿山正在推广应用原地浸矿开采工艺。

如何高效回收母液是原地浸矿工艺面临的核心技术难题之一，特别是开采地质条件复杂、底板裂隙发育的稀土矿体。大部分稀土矿山没有完好底板，如赣南70%的稀土矿山中不具备完好底板，因而收液技术直接决定原地浸矿工艺的生命力。为此开展了大量的技术研究工作，先后提出了水封闭法和负压法等收液技术等。

矿体赋存条件不同，实施原地浸矿工艺时，所布置开采工程及其参数也不同。根据矿体赋存和矿区地质条件，主要分为全覆式和裸脚式稀土矿山。对于全覆式稀土矿山，目前被工程实践证明收液效果最好的是导流孔—收液巷道组合收液技术，但是该收液技术运用于中钇富铕“鸡窝状”严重的稀土矿山时，因导流孔布置不合理，导致收液效果不理想，不仅浪费了宝贵的稀土资源，还造成了土壤和地下水系的污染，给矿区周边地区的生产和生活带来危害。对于裸脚式稀土矿山，因裂隙渗漏导致相当部分的母液流失，有些矿山甚至大部分母液无法回收，而目前还没有有效渗漏裂隙探测和评价技术手段，给推广原地浸矿工艺带来了困难。不管是全覆式还是裸脚式稀土矿山，对于复杂地质条件下实施原地浸矿时，收液效果不甚理想，甚至还容易引起地质灾害和环境污染等问题。究其原因，主要是离子型稀土矿床复杂和对于原地浸矿的基础研究不够，特别是浸取剂溶液在贫杂矿体中的扩散和渗流的过程、规律、机理研究不够，难以建立相应的原地浸矿模型来指导工业生产，直接影响到原地浸矿技术在稀土矿山的应用，需要针对不同地域的稀土矿进行浸取水动力学、浸取动力学及浸取传质过程的研究，建立相应的数学模型。对于稀土原地浸矿的收液问题，由于浸取水动力学理论研究落后于收液技术发展，导致主要依靠经验布置导流孔和收液巷道，缺乏理论指导，具有一定的盲目性。因此常常出现导流孔和收液巷道布设位置不对；导流孔收液失效或者导流孔收液效果不能满足要求；或者为保证收液效果而盲目加密、增多导流孔数量等情况，造成不必要的浪费。

稀土原地浸矿开采过程是一个溶液在稀土矿山渗流的过程，渗流规律控制了开采的各个技术环节。溶液在矿体和土层的渗流规律受到矿物性质、矿体颗粒大小及级配、孔隙比、饱和度、渗漏裂隙等因素的影响。目前对常见岩土类材料的渗流规律进行了较深入的研究，但稀土矿层的渗流规律研究较少。由于稀土矿层具有自身的特性，溶液渗流过程与离子交换相互耦合，同时不可避免地改变土体微观结构，进而导致土体的土性参数发生变化，另外，溶液在稀土矿体的渗流过程中还受到复杂多变的渗漏裂隙、密集导流孔和收液巷道的影响，很难将一般岩土体的渗流规律直接运用到稀土矿的原地浸矿工艺。

综上所述，原地浸矿工艺可以很好解决稀土资源绿色开采问题，但是目前该工艺仅适用于开采有完整底板的矿体，收液技术限制了该工艺的进一步推广。开展底板裂隙发育条件下导流孔和收液巷道对稀土原地浸矿渗流控制机制的研究，将有助突破限制原地浸矿工艺推广的瓶颈。