通电控制稀土浸出液渗流方向的方法

技术领域

本发明属于采矿技术领域，尤其涉及通电控制稀土浸出液渗流方向的方法。

背景技术

离子吸附型稀土矿中稀土主要以离子态或水合羟基离子的形式存在，能够被其它电解质交换浸出。目前，离子吸附型稀土矿的主流开采技术是硫酸铵原地浸出工艺，该工艺在矿山表面布置注液系统，在采矿体外围(山脚)基岩出漏或基岩盖层较薄位置设置收液系统(集液沟)，依靠重力作用，浸出液渗流至集液沟。但是，对于矿体底板埋藏较深，低于当地浸蚀基准面、与当地潜水面交会，底板起伏程度大，发育集中密集的渗漏性断裂裂隙带，底板开放性的矿床仅依靠自然重力收液的方法，将会使绝大部分母液流失。针对原地进出工艺浸出液渗漏的问题，提出了一系列人工强制封底收液措施：

汤洵忠提出“以水制水，以水封闭”的水封闭工艺(CN89105818.4)。在采场的上方、左方、右方设置注水井，往注水井中加水，使上、左、右三面形成与母液水位相同的水幕，使浸取液不能向外伸出，而只能沿向下的方向流入集液沟被收集。这种方法显著的缺点是需要消耗大量的水资源。

舒荣波提出采用注浆技术在发育不良的基岩底板构建防渗层(CN110055414A)，防止浸出液通过基岩底板进入地下水造成稀土资源损失。这种方法需要在矿山底部实施钻孔和注浆，工艺复杂、工程量大、运行成本高，且容易造成山体崩塌。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供通电控制稀土浸出液渗流方向的方法，防止浸出液泄漏至地下水造成稀土损失，同时污染环境。

本发明采用如下技术方案：

通电控制稀土浸出液渗流方向的方法，包括：

开挖至少一个注液井，在稀土矿山顶部分别挖出不同深度的注液井；

开挖至少一个集液孔，在稀土矿山体底部开挖集液孔，集液孔的位置高于基岩0.1-0.5米，集液孔的位置并且在基岩底板的断层、裂隙和破碎带之上；

布置至少一个集液管，集液管插入集液孔内，集液管为导电材料制成，并充当阳极电极；

开挖至少一个集液沟，在稀土矿山底部开挖集液沟，集液沟的开设方向与集液孔的开设方向不同，集液沟与集液管的出液口相连通；

在集液沟的出口位置布置阴极电极；

在稀土矿山底部开挖集液池，集液池连接集液沟；

阳极电极与电源正极相连，阴极电极与电源负极相连；

向注液井中注入浸取剂，当浸取液运移至高于基岩上方0.1-0.5米时，在阳极电极和阴极电极之间通直流电。

其中，稀土矿山山体是指风化壳淋积型稀土矿山，包括山脚下的地面。

进一步的实施方式是，在稀土矿山底部开挖集液池，集液池连接集液沟，集液池位置低于集液沟0.1-3.0米，底部低于基岩顶面或潜水层0.1-2.5米。

进一步的实施方式是，浸取剂种类为铵盐或镁盐，所述铵盐为硫酸铵、氯化铵、硝酸铵中的一种或多种，所述镁盐为硫酸镁或氯化镁中的一种或多种。

进一步的实施方式是，集液管的形状为圆管状，顶部具有进液孔和两侧具有出液孔，集液管包裹过滤件，过滤件为滤布或滤网或土工布，出液孔大小与过滤件及顶部进液孔相同，进液孔直径是5-20厘米。

进一步的实施方式是，集液管的形状为方管状，顶部具有进液孔和两侧具有出液孔。

进一步的实施方式是，集液管的形状为方槽，两侧具有出液孔。

进一步的实施方式是，集液沟的开设方向与集液孔的开设方向相交。

进一步的实施方式是，集液沟的数量为4-20条，均连通至开设的集液孔的出液口。

进一步的实施方式是，集液管的长度为5-20米，集液管为圆管时的内径为10-80厘米。

进一步的实施方式是，集液管的数量为1根或多根，当集液管为多根时，从山体中心向两侧集液管上施加的电压逐次递减，集液管上施加的电压大小是5-200V。

本发明的有益效果：

1.不需要人工构建防渗层，能够减少浸取液泄漏，降低稀土损失，防止水土污染。

2.集液沟中收集到的母液水量降低了，部分浸出液泄漏至其基岩或进入潜水层，但母液浓度提高了，总的稀土收集量提高了，这是由于稀土和稀土水合离子在电场力作用下的定向电迁移和电渗，已经运移至阴极集液沟内，少部分随重力泄漏掉的水中已经几乎不含有稀土离子，较少的稀土母液、较高的稀土浓度有利于运输以及下一步稀土提纯。

附图说明

图1为本发明的一种实施方式的纵向剖面图；

图2为本发明集液管结构示意图；

图中：

1-注液井；

2-注液管；

3-浸析带；

4-集液管；

401-进液孔；

402-出液孔；

5-集液沟；

6-阴极电极；

7-集液池；

8-基岩；

9-集液孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的一些实施方式提供了通电控制稀土浸出液渗流方向的方法，包括：

在稀土矿山体顶部开挖注液井1，在稀土矿山体底部开挖集液孔9，集液孔9的位置高于基岩0.1-0.5米，集液孔9并且在基岩8底板的断层、裂隙和破碎带之上；

将集液管4插入集液孔9内，集液管4为导电材料制成，并充当阳极电极；

在稀土矿山底部开挖集液沟5，集液沟5的开设方向与集液孔9的开设方向不同，集液沟5与集液管4的出液口相连通；

在集液沟5的出口位置布置阴极电极6；

在稀土矿山底部开挖集液池7，集液池7连接集液沟5；

阳极电极与电源正极相连，阴极电极6与电源负极相连。

向注液井1中注入浸取剂，当浸取液运移至高于基岩8上方0.1-0.5米时，在阳极电极和阴极电极之间通直流电。

其中，稀土矿山山体是指风化壳淋积型稀土矿山，包括山脚下的地面。

上述方法中，研究人员发现，浸取后母液中的稀土主要以离子或羟基水合离子形式存在，直流电源作用下，电源正极和电源负极之间产生电场力，电场力能够驱动金属离子定向迁移，并带动与金属离子结合的水分子形成电渗流，电渗流的迁移方向和速度可由电源正负极方向和电场强度控制。

具体地，一些实施方式中，通电控制稀土浸出液渗流方向的方法具体包括：

一些实施方式中，在稀土矿山体顶部开挖注液井1包括：在稀土矿山山体顶部不同等高线位置开挖不同深度的注液井1，注液井1内可插入注液管2，注液管2的大小和深度需和注液井1相匹配，以使注液管2能够插入注液井1内。一些实施方式中，注液管2的管壁开设有多个出液孔，从而使得液体可以从多个出液孔进入到注液井内，进一步扩散到矿山山体中对稀土进行浸取。

一些实施方式中，在稀土矿山体底部开挖集液孔9包括：集液孔9的数量为多根，浸取稀土后得到的浸取液在重力作用下，移动至集液孔9内后，可以通过集液管4的顶部进液孔401进入，在电渗作用下金属离子结合的水分子形成电渗流，从集液管4两侧出液孔402流出，电渗流沿着阳极向阴极的方向运移至集液池7。

一些实施方式中，在集液孔9内设置集液管4包括：具体实施时，集液管4的形状可为圆管状，顶部具有进液孔401和两侧具有出液孔402，集液管4包裹过滤件，滤件为滤布或滤网或土工布，出液孔402大小与过滤件及顶部进液孔相同，进液孔401直径是5-20厘米，如图2所示。

或者具体实施时，集液管4的形状为方管状，顶部具有进液孔401和两侧具有出液孔402。或者具体实施时，集液管4的形状为方槽，不具有顶部进液孔401，但两侧具有出液孔402。具体实施时，集液管4的深度依据矿山的大小而定，一般设置为5-20米，集液管4为圆管状时的内径为10-80厘米，集液管4的数量为1根或多根，当集液管4为多根时，从山体中心向两侧集液管4上施加的电压逐次递减。集液管4上施加的电压大小是5-200V。

一些实施方式中，在电渗作用下，集液管4的浸出液向阴极电极6一侧流动，浸出液在集液孔9内汇聚进入集液管4内时，浸出液的流动容易造成土壤胶体颗粒的聚集或沉降，这样容易对造成顶部进液孔401的堵塞，因此在集液管4上设有过滤件，其能够有效过滤聚集的土壤胶体颗粒，从而保证开采过程中能够持续稳定的进行，过滤件可以预先安装固定在集液管4的管壁上，再将集液管4插入集液孔9内。

一些实施方式中，在稀土矿山底部开设集液沟5包括：具体实施时，集液沟5的开设方向与集液孔9的开设方向相交。具体实施时，集液沟5的数量为4-20条，均连通至纵向开设的集液管4的出液口，进而收集从阳极电极一侧流出的稀土浸出液。具体实施时，集液沟5还与更低处的集液池7相连通。具体实施时，集液池7位置略低于集液沟0.1-3.0米，集液池7底部略低于基岩顶面或潜水层0.1-2.5米。

稀土浸取液为本领域技术人员能够实现稀土提取的浸矿液。一些事实方式中，浸取液种类为铵盐或镁盐，所述铵盐为硫酸铵、氯化铵、硝酸铵中的一种或多种，所述镁盐为硫酸镁或氯化镁中的一种或多种。优选的，浸取剂浓度范围0.05-0.2mol/L，浸取剂用量为矿山中可交换稀土离子含量的1-5倍。

一些实施方式中，阳极电极与电源正极相连，阴极电极6与电源负极相连。当浸取液运移至高于基岩8上方0.1-0.5米时，在阳极电极和阴极电极之间通直流电。具体实施时，直流电源的电流密度J＝20-200A/m

如图1所示，恰好剖切在一条集液沟5上，多座注液井1垂直于稀土矿山体表面的切面开挖，注液管2安装于其内部，在稀土矿山体底部开挖集液孔9，集液孔9位置略高于基岩8，并且在基岩8底板的断层、裂隙和破碎带之上，集液管4插入其内，集液管4为导电材料制成并充当阳极，在稀土矿山底部开挖集液沟5，深度连通至集液管4出液口，在集液沟5出口布置阴极电极，在稀土矿山底部开挖集液池7，集液池7连接集液沟5，集液池7位置略低于集液沟5，底部略低于基岩8顶面或潜水层。

下面结合具体矿山实例进行详细描述。

以下实施例选用的矿山为广东省梅州市仁居矿区。

实施例1

(1)矿山布置：在稀土矿山体上钻二十个注液井1；在山脚下打1条集液孔9，位于基岩8上方0.5米，并在集液孔9内设置集液管4；集液管4为导电塑料制成，连接电源阳极，集液管4为圆管状，内径为20厘米，进液孔401直径为10厘米；在稀土矿山底部挖开4条集液沟5，并连通至集液管4出口，在集液沟5出口位置设置电源阴极；在集液沟5下方3米设置集液池7。

(2)原地浸矿：向注液管2中注入摩尔浓度为0.05mol/L的硫酸铵溶液。

(3)母液收集：当浸取液运移至高于基岩8上方0.5米时，在阳极电极和阴极电极6之间加30V电势差，通直流电。使液体沿阳极集液管4向阴极集液沟5出口移动，最终导入集液池7收集稀土母液。

15天收集了母液4.38吨，稀土浸出率为65.3％。而以条件相同不采用通电控制稀土浸出液电渗流方向的传统方法，母液收集了4.75吨，稀土浸出率为37.1％。本实施例相比于传统方法，母液收集量降低了7.8％，但稀土浸出率提高了28.2％。其原因是母液中稀土离子沿电渗流方向从阳极集液管运移至阴极集液沟5出口。

实施例2

(1)矿山布置：在稀土矿山体上钻二十个注液井1；在山脚下打3条集液孔9，位于基岩上方0.1米，布置在中心1条，两侧各1条，并在集液孔9内设置集液管4；集液管4为导电塑料制成，连接电源阳极，集液管4为方管状，内径为30厘米，进液孔401直径为15厘米；在稀土矿山底部挖开6条集液沟5，并连通至集液管4出口，在集液沟5出口位置设置电源阴极6；在集液沟5下方3米设置集液池7。

(2)原地浸矿：向注液管中注入摩尔浓度为0.10mol/L的硫酸铵溶液。

(3)母液收集：当浸取液运移至高于基岩8上方0.5米时，从山体中心向两侧集液管4上施加的电压依次为60V和30V，通直流电。使液体沿阳极集液管4向阴极集液沟5出口移动，最终导入集液池7收集稀土母液。

15天收集了母液7.56吨，稀土浸出率为89.4％。而以条件相同不采用通电控制稀土浸出液电渗流方向的传统方法，母液收集了8.39吨，稀土浸出率为55.3％。本实施例相比于传统方法，母液收集量降低了9.9％，但稀土浸出率提高了34.1％。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。