[发明专利]离子型稀土原地浸矿硫酸铵注液质量浓度的计算方法

说明书

本发明涉及离子型稀土原地浸矿硫酸铵注液质量浓度的计算方法，适用于原地浸矿浸取剂溶液的参数设计。本发明包括第一步：杯浸试验；第二步：计算矿体化学平衡常数K和反应物的摩尔比n；第三步：测试土体参数；第四步：计算稀土原矿品位对应的稀土离子浓度；第五步：计算硫酸铵理论注液质量浓度；第六步：计算硫酸铵实际注液质量浓度。本发明综合考虑各种情况，以化学平衡常数为出发点，考虑现场实际情况，提出了硫酸铵溶液注液质量浓度的计算方法，为合理添加浸取剂硫酸铵溶液的注液质量浓度提供了理论基础。应用本发明确定的浸取剂硫酸铵溶液注液质量浓度科学合理，与预计得到的稀土浸取率误差仅在5％以内。

技术领域

本发明涉及离子型稀土原地浸矿硫酸铵注液质量浓度的计算方法，适用于原地浸矿浸取剂溶液的参数设计。

背景技术

原地浸矿工艺具有资源回收率高、绿色、环保、适应性强等优点，对于成矿面积非常大和单位面积内资源量非常小的离子型稀土资源，原地浸矿工艺具有难以被其它工艺完全替代的优势，已成为国家大力推广应用的离子型稀土矿开采工艺。原地浸矿的工艺是在稀土矿体区域内按照一定的孔网参数布置注液孔，通过注液孔向矿体注入浸取剂溶液，使其与稀土离子发生交换反应，再在注液孔注入上清液，稀土离子进入上清液中形成稀土母液，稀土母液从收液工程流出，用沉淀剂沉淀母液中的稀土，实现资源回收的目的。

显然注液时浸取剂浓度对原地浸矿的资源回收率具有重要影响，主要包括两方面：一方面，注入的浸取剂浓度过低，在矿土中的浸取剂含量就较低，不能与矿土中的稀土离子发生充分反应，矿土中剩余大量可以被交换出来的稀土离子，降低了资源回收率；同时过低的注液浓度导致在矿层下端溶液中硫酸铵含量偏低，易引起矿体对母液中稀土离子产生再吸附作用，降低资源回收率；较低的注液浓度意味着较长的注液时间，会影响工程的工期，增加生产成本。另一方面，加入的浸取剂浓度过大，既浪费了生产原料，增加了生产成本，也会造成更多的氨氮等废水在矿土中的残留，破坏生态环境。

原地浸矿过程是一个浸矿剂迁移进入矿体、离子交换和稀土离子迁移流出地表的过程。目前的研究表明，浸取剂的浓度既决定了浸矿速度的快慢，也决定了母液中稀土离子的含量，同时还会影响浸取剂的消耗量。浸取剂浓度高，浸矿速率快，母液中稀土离子含量高，浸取剂消耗量大；浸取剂浓度低，浸矿速率慢，母液中稀土离子含量低，浸取剂消耗量低。

原地浸矿的离子交换过程是可逆反应，将具体某一地方的离子型稀土矿土作为一个整体，得到浸取剂(用铵盐表示)与稀土离子的反应方程式：

关系式(1)中：BgRE_(ads)为吸附态的稀土离子化合物；为溶液中的铵根离子；NH_4(ads)为吸附态的铵根离子；为溶液中的稀土离子；n为反应物的摩尔比。

化学平衡常数:

关系式(2)中：K为化学平衡常数；为溶液中游离的稀土离子摩尔浓度，单位：mol/L；为溶液中铵根离子摩尔浓度，单位：mol/L；为吸附态的稀土离子摩尔浓度，单位：mol/L；为吸附态的铵根离子摩尔浓度，单位：mol/L。

可以通过关系式(2)的化学平衡常数，计算具体某一种离子型稀土原地浸矿过程中的硫酸铵的注液质量浓度。

在推广原地浸矿工艺的10余年中，工程技术人员根据他们的工作经验总结了关于硫酸铵注液浓度的规律：一般原地浸矿的硫酸铵注液质量浓度为2％～4％。在实际的注液过程中硫酸铵的注液浓度更多的依赖技术人员的经验，缺少相应的理论依据。因此从理论上建立一套科学合理的计算硫酸铵注液质量浓度的方法，既可以克服经验主义的问题，也能够为工程的标准化提供可靠的依据，对现实生产具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种离子型稀土原地浸矿硫酸铵注液质量浓度的计算方法。