一种离子型稀土矿原地浸矿模型的制作方法
一种离子型稀土矿原地浸矿模型的制作方法
背景技术
中国的稀土资源储量和产量位居世界第一，尤其离子吸附型稀土资源是我国独特宝贵的、不可再生的战略资源。稀土是高新技术领域的重要支撑材料，是“工业味精”，我国已将离子吸附型稀土资源列为保护性开采的特殊矿种。
原地浸矿工艺是开采离子型稀土矿的采矿工艺，是集采、选、冶于一体的新型采矿方法。原地浸矿工艺不需开挖山体，不破坏地表植被，无工业固体废渣排放，工业用水、余液进入闭路循环，可提高工艺技术水平及资源利用率，降低生产成本，有利于组织规模化工业生产，该工艺简单、可靠、易推广。开采工艺依据所采用的浸取剂，分为有铵工艺(即硫酸铵或氯化铵等)，无铵工艺(硫酸镁、硫酸铝或氯化钠等)。无论有铵工艺还是无铵工艺，各自均有优缺点，出发点只是考虑浸矿后部分稀土母液泄漏是否造成地下水氨氮超标，矿土土壤中是否残留铵离子。无铵的镁盐、钠盐作为浸矿剂在浸矿后，虽无氨氮超标问题，但也会造成土壤板结。有铵、无铵浸矿剂的使用除了存在环保、水保问题外，浸矿后所得的稀土产品在成本、质量上也会有所差异。如果直接在工业场地山头上进行原地浸矿工艺生产，就不能采用最优的工艺参数服务矿块浸采。为了更好地保护环境、提高资源的综合利用水平，直观地分析研究各种浸矿剂在稀土矿土中的渗流规律及浸矿效果，市场亟需一种直观的浸矿参数获取及分析方法，以便科学地获取各种浸矿参数和稀土回收率，科学地指导工业场地的稀土生产。
技术实现思路
本发明提供了一种离子型稀土矿原地浸矿模型，包括以下步骤：
- 采集目标矿区现场表土及矿土，并获取其理化特征参数；
- 采用有机玻璃搭架无顶储土框，然后依次铺设低品位矿土层、矿土层和表土层，表土层表面设有注液孔，低品位矿土层设有穿过储土框的收液管；
- 将浸取剂均匀地注入注液孔，实时监测浸矿渗流过程的动态数据，并收集浸出的前液和各时间段的稀土母液，计算稀土浸取率及浸矿成本；
- 调整注液孔网参数，获取多组稀土浸取率及浸矿成本，优化获取浸矿参数，并通过宏观实验验证，即得。
优选方案
- 理化特征参数包括密度值和品位。
- 储土框为正方体，其边长为120～180cm。
- 低品位矿土层的密度与原生矿土的密度相同，其厚度为40～70cm。
- 矿土层的品位与原生矿土品位相同，其厚度为30～50cm。
- 表土层与目标矿区表土密度相同，其厚度为8～12cm。
- 注液孔的网度为10cm×10cm～20cm×20cm，采用PVC管铺设。
- PVC管露出表土层的高度为2～4cm，插入深度为15～20cm。
- PVC管直径为4～8分，其底部还均匀开设有φ4mm小孔，用于浸取剂导流。
- 收液管采用直径为4～8分的PVC管等间距单排铺设，其距离储土框底部的距离为1～4cm，插入储土框内的长度为140～160cm，露出储土框的长度为20～30cm。
- 收液管插入储土框内的部分还均匀开设有φ4mm的小孔，用于收集稀土母液。
- 储土框上方还设有高液池，其通过阀门控制浸取剂流速。
- 储土框下方还设有收液池。
- 浸矿渗流过程的动态数据包括水压、应力、位移、表土稳定性和浸矿盲区。
- 稀土母液的浓度通过EDTA滴定测得。
计算方法
稀土浸取率的计算过程为：
式1：m＝v1ρ1α
式2： q＝v2ρ2
式3：η＝(q/m)×100％
式1～3中：m为稀土量，量纲为g；v为矿土体积，量纲为m3，ρ1为矿土密度，量纲为g/m3，α为矿土品位(％)；q为浸出稀土量，量纲为g；v1为母液体积，量纲为l，ρ2为母液浓度，量纲为g/l；η为稀土浸取率。
浸矿成本的计算过程为：
式4：t＝(t/q)
式5： c＝(t×p)/q
式4和式5中：t为单耗，t为浸矿剂原材料总消耗量，q为浸出稀土量，p为浸矿剂单价，c为每生产出一吨稀土所需浸矿剂成本。
技术效果
本发明所提供的原地浸矿模型从注液孔进行注液，以储土框模拟原地浸矿过程，进而实时监测掌握浸矿液的渗流场规律，进而建立注液孔孔网参数与浸出稀土母液收液参数的相关性关系，进而优化浸矿工艺流程，有效解决了原地浸矿工业生产时，不同浸矿剂在矿土中的渗流规律、浸矿效果及稀土回收率等浸矿参数的问题，从而在保证稀土浸取率的前提下，大幅降低浸矿剂成本。
本发明所提供的原地浸矿模型针对离子吸附型稀土矿，采用目标矿区现场表土及矿土制作室内浸矿模型，从而直接监查不同浸矿剂浸取下矿土饱和状态，获取注液盲区大小、表土层形变、稀土母液回收率、浸取率和原材料单耗等数据，在避免放大效应的同时获取原矿浸取的原始数据，实现了对现场工艺生产的指导作用。