[发明专利]离子型稀土原地浸矿的浸矿剂浓度计算方法

说明书

本发明涉及一种离子型稀土原地浸矿的浸矿剂浓度计算方法，本发明包含6个步骤，分别为：(1)确定矿体的离子交换模型；(2)计算离子交换模型的选择系数；(3)计算矿体的平均孔隙流速；(4)考虑对流‑弥散过程计算浸矿剂阳离子离子和液相稀土离子的浓度；(5)考虑离子交换过程计算液相浸矿剂阳离子和液相稀土离子的浓度；(6)计算浸矿剂的浓度。本发明在测试实际矿体溶质运移参数和品位的基础上，利用所建立的计算方法，可以计算出离子型稀土原地浸矿的浸矿剂浓度，为原地浸矿确定浸矿剂的浓度提供依据。本发明在保证稀土浸取率的前提下减少了浸矿剂的用量，降低了开采成本，避免过量浸矿剂对环境的污染，有利于水资源的保护。

技术领域

本发明属于原地浸矿领域，涉及离子型稀土原地浸矿的浸矿剂浓度计算方法。

背景技术

稀土尤其是重稀土是重要的战略性资源，南方离子型稀土矿是重稀土的主要来源。由于原地浸矿工艺具有不破坏植被、开挖工程量少等优点，成为国家大力推广应用的开采离子型稀土矿的主要工艺。原地浸矿工艺的流程为先在矿块布置注液孔网、收液工程，以硫酸铵溶液作为浸矿剂，向注液孔网注入硫酸铵溶液，硫酸铵溶液在矿体中渗透，硫酸铵溶液中的铵根离子与吸附在稀土矿上的稀土离子发生离子交换，使稀土离子进入溶液，形成母液，由收液工程收集母液，采用除杂沉淀剂处理母液，实现资源回收的目的。

硫酸铵溶液中的铵根离子与吸附在稀土矿上的稀土离子发生离子交换是原地浸矿回收稀土的关键过程之一。研究表明，铵根离子交换稀土离子是一个可逆离子交换过程，硫酸铵溶液的浓度对离子交换效率影响很大，若硫酸铵溶液的浓度较低，离子交换不充分，资源浸取率低；若硫酸铵溶液的浓度过高，一方面，增加开采成本，另一方面，增加矿区的硫酸铵残留量，开采完成后，在降雨等作用下，残留的硫酸铵流入周边水体，引起地表水和地下水的氨氮超标。因此，合理确定硫酸铵溶液的浓度对原地浸矿工艺开采离子型稀土矿的具有重要作用。

现阶段，硫酸铵溶液的浓度主要有两种确定方式：(1)设计人员根据前期开采的经验确定硫酸铵溶液的浓度，由于地质条件的复杂性，不同矿区的地质条件不同，直接通过经验确定硫酸铵溶液的浓度往往不在合理的范围内；(2)通过室内柱浸试验确定硫酸铵溶液的浓度，通过试验发现，浸矿过程的溶质运移的力学参数具有明显的尺度效应，通过室内试验难以准确确定现场原地浸矿的硫酸铵溶液浓度。

发明内容

本发明的目的是提供一种离子型稀土原地浸矿的浸矿剂浓度计算方法，节省了浸矿剂用量，有利于环境保护。

本发明的技术方案：一种离子型稀土原地浸矿的浸矿剂浓度计算方法，包括以下步骤：

第一步：确定矿体的离子交换模型，

(1)离子型稀土矿样的杯浸试验，进行浸矿剂浓度为1.0g/L～20.0g/L浸取稀土矿样的杯浸试验，测试对应浸出液中稀土离子浓度，得到浸矿剂浓度与浸出液中稀土离子浓度的关系曲线；

(2)采用离子交换模型拟合浸矿剂浓度与浸出液中稀土离子浓度的关系曲线，选择平均相对误差最小的离子交换模型作为描述浸矿剂浸取稀土矿样的离子交换模型；

第二步：计算离子交换模型的选择系数，

以选择系数作为未知数，采用第一步确定的离子交换模型拟合浸矿剂浓度与浸出液中稀土离子浓度的关系曲线，得到矿样的离子交换模型的选择系数；

第三步：测试矿体的平均孔隙流速，

采用现有的方法测试现场矿体的饱和渗透系数，矿体的达西流速在数值上等于饱和渗透系数，对现场矿体进行取样，采用现有的方法测试矿体的孔隙率，根据关系式(1)确定现场矿体的平均孔隙流速；

关系式(1)：

u＝v/n (1)，

关系式(1)中：u为平均孔隙流速，v为达西流速，n为孔隙率；