离子型稀土堆浸渗流效率实时监测方法

技术领域

本发明属于离子型稀土浸矿开采技术领域，具体涉及一种离子型稀土浸矿渗流效率的实 时监测方法。

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。

离子型稀土原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原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，南方离子型稀土原矿山正在推广应用原地浸 矿开采工艺。但是在一些工业园区等大型建设场地平整时，由于原本要进行场地平整大量开 挖，而挖方体稀土离子含量较高，具有开采价值时，仍将挖出的矿体采用堆浸工艺进行稀土 开采。部分低渗透性的矿山，原地浸矿效率低下，也采用堆浸开采。

硫酸铵堆浸工艺根据地形选择堆浸场，将矿石破碎制粒堆积铺在有不透水底垫的堆浸场 上，在矿石顶部泵入硫酸铵溶液，硫酸铵溶液入渗到矿石内后形成浸出液，浸出液经过收集 沟流出收集。然后进行定期喷淋收取浸出液，采用碳酸氢铵沉淀，洗涤灼烧后就能制得高纯 度氧化稀土。浸矿开采的过程就是渗流过程，渗流效率的高低直接决定开采效率。但浸矿过 程中堆场内矿体渗流状况看不见摸不着，无法探知渗流效率，也就无法知道开采效率，更无 法决策后续是否需要采取措施，采取什么措施进行处理。当矿体堆积密度过大，矿体表面的 硫酸铵溶液通过矿体渗流出来的速度越慢时，同样的原矿开采需要的时间就更多，开采周期 越长，对应的各种成本将大幅增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术无法有效监测离子型稀土堆浸渗流效率的问题。

本发明是采取一种监测手段，实时对浸矿过程中矿体含水量进行监测，通过含水量推算 该矿体饱和程度，结合室内试验得到的饱和度与渗透系数之间关系推算渗透系数，实时了解 渗流效率，为高效提取浸矿提供决策依据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种离子型稀土浸矿渗流效率的实时 监测方法，该方法包括如下步骤：

a.在堆矿池内按一定压实密度ρ

b.通过室内李氏瓶比重试验测定稀土原矿比重γ，通过室内土-水特征曲线实验得到矿体 中剩余饱和度S

c.由比重γ、压实密度ρ

d.由步骤b得到的剩余饱和度S

e.由孔隙尺寸分布指标λ，根据公式：

f.由步骤b得到的饱和渗透系数k

g.由步骤b得到的饱和渗透系数k

进一步的是，上述步骤a中，保持稀土原矿顶部的硫酸铵溶液积液深度为0.3-0.7m。

进一步的是，上述步骤a中，矿体内部埋设多个水分传感器，所述水分传感器沿矿体内 部高度均匀埋设。

进一步的是，上述步骤a中，所述数据采集解析器通过GPRS将数据传至互联网终端。

本发明的有益效果是：实时监测离子型稀土堆浸开采中的渗流效率，以监测离子型稀土 堆浸的开采效率，便于掌握开采过程中的开采情况。掌握渗流效率及开采进度可以及时监测 到对离子型稀土堆浸过程中出现的异常情况，同时掌握渗流效率也方便调控浸液的补入，提 高开采效率，缩短开采周期，减少开采成本。实时监测离子型稀土堆浸开采中的渗流效率， 打破以往完全凭经验开采的状态，为绿色高效开采提供有力支撑。

附图说明

图1为本发明离子型稀土堆浸渗流效率实时监测方法中水分传感器的一种埋设方式示意 图。

图中标记为：1是稀土原矿，2是硫酸铵溶液，3是收集沟，4是不透水薄膜，5是水分传感器，6是数据采集解析器。

具体实施方式

本发明的技术方案，具体可以按照以下方式实施。

提供一种离子型稀土浸矿渗流效率的实时监测方法，该方法包括如下步骤：

a.在堆矿池内按一定压实密度ρ

b.通过室内李氏瓶比重试验测定稀土原矿(1)比重γ，通过室内土-水特征曲线实验得到 矿体中剩余饱和度S

c.由比重γ、压实密度ρ

d.由步骤b得到的剩余饱和度S

e.由孔隙尺寸分布指标λ，根据公式：

f.由步骤b得到的饱和渗透系数k

g.由步骤b得到的饱和渗透系数k

为保证稀土原矿(1)的顺利开采，节省开采成本，上述在堆矿池内铺稀土原矿(1)之前， 需要对堆矿池做防水措施；上述均匀铺设的稀土原矿(1)应破碎成颗粒状。

优选的是，防水措施指在堆矿池内铺一层不透水薄膜(4)或不透水底垫。

为保证水分传感器(5)顺利监测到水分，上述步骤a中，保持稀土原矿(1)顶部的硫酸铵 溶液(2)积液深度为0.3-0.7m。

上述步骤a中，矿体内部埋设多个水分传感器(5)，所述水分传感器(5)沿矿体内部高度 均匀埋设。

优选的是，矿体内部埋设水分传感器(5)的数量根据矿体深度确定为3-8个。

上述步骤a中，所述数据采集解析器(6)通过GPRS将数据传至互联网终端。

上述压实密度ρ

在稀土原矿(1)顶部泵入硫酸铵溶液(2)后，硫酸铵溶液(2)在重力、基质吸力等相关力的 作用下入渗到稀土原矿(1)体内，铵根离子与稀土离子发生交换反应形成母液，母液经过收集 沟(3)流出收集。

上述步骤b中，所述室内李氏瓶比重试验依据标准为《土工试验方法标准》(GB/T50123-2019)。

上述步骤b中，所述剩余饱和度S

上述步骤b中，所述稀土原矿(1)饱和渗透系数k

上述步骤c中，所述矿体饱和度范围为0＜S＜100％，矿体饱和度S越大，稀土原矿(1) 中空气在孔隙中占比越小，母液在孔隙中占比越大，母液渗流速度越大，渗流效率越高。

上述步骤d中，所述有效饱和度S

上述步骤e中，稀土原矿(1)为土，因此所述稀土原矿(1)孔隙尺寸分布指标λ为2。

下面通过实际的例子对本发明的技术方案和效果做进一步的说明。

实施例

福建龙岩市某离子型稀土堆浸浸取项目，堆场高8米，稀土原矿(1)6万立方米，在稀土 原矿(1)堆矿时沿高度分别在距堆场底部1m、3m、5m、7m埋设水分传感器(5)5-4、5-3、5-2、 5-1，如图1所示，埋设水分传感器(5)位置分别用环刀法测定其压实密度ρ

水分传感器(5)在矿体外通过集线器连接，并通过GPRS将数据实时传至互联网终端。通 过水泵在原矿顶部泵入深度为0.5m，浓度为3％的硫酸铵溶液(2)，水泵随时补入下渗的硫酸 铵溶液(2)，以保证顶部积液始终在0.5m左右，硫酸铵溶液(2)密度ρ

通过室内李氏瓶比重试验测定稀土原矿(1)比重γ为2.7，通过室内土-水特征曲线实验 得到在此密度下矿体中剩余饱和度S

随着硫酸铵溶液(2)的入渗从上至下水分传感器(5)数据依次逐渐增大，表示溶液逐步深 入到原矿中，当开始浸矿1天时，水分传感器(5)5-1显示此高度处体积含水率θ为42.5％， 水分传感器(5)5-2、5-3、5-4读数无显著变化，体积含水率θ分别为14.4％、14.4％、14.4％。 此时硫酸铵溶液(2)入渗已过水分传感器(5)5-1但尚未达到水分传感器(5)5-2。

由比重γ、压实密度ρ

由剩余饱和度S

稀土原矿(1)为土，因此稀土原矿(1)孔隙尺寸分布指标λ为2，由孔隙尺寸分布指标λ， 根据公式：

由饱和渗透系数k

由饱和渗透系数k

因此水分传感器(5)5-1以上渗透系数k

当浸矿持续到第7天时，水分传感器(5)5-1、5-2、5-3、5-4显示的体积含水率大致相 当，分别为51.1％，50.9％，50.9％，51.1％，相对应的水分传感器(5)位置处的渗透系数大致 相当，均值为1.79×10