一種離子吸附型稀土原地浸礦的方法及其浸礦系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于原地浸礦開采技術，具體涉及一種離子吸附型稀土原地浸礦的方法及其浸礦系統。
【背景技術】
[0002]中國稀土占已探明的世界稀土儲量的80%，是我國的優勢礦產資源和戰略資源。南方以重稀土為主，北方以輕稀土為主。其中，南方離子型吸附型稀土礦床類型為“風化殼型”，富含釔、鏑、鋱等現代高新技術和國防等尖端領域所必需的中重稀土元素。
[0003]風化殼淋積型稀土礦主要分布在我國南方的江西、福建、湖南、廣東、廣西和云南等六省區，其原巖多為含稀土的花崗巖和火山巖，山體的切割深度一般較小；潛水位一般較高，原巖風化形成高嶺土、蒙脫石等粘土礦物，稀土礦物風化形成稀土離子吸附在粘土礦物而形成風化殼淋積型稀土礦。離子吸附型稀土風化殼礦床中約75% — 95%的稀土元素呈陽離子狀態吸附在如高嶺土、蒙脫石中，其余10%的稀土元素呈礦物象、類質同象和固體分散象的形態存在，目前為獲得離子型稀土離子多采用硫酸銨浸取液來浸溶礦石。
[0004]離子吸附型稀土礦的開采技術經歷了池浸工藝、堆浸工藝和原地浸礦的發展經程，上世紀七十年代開始采用池浸工藝和堆浸工藝，池浸工藝、堆浸工藝需剝離稀土礦山表土層并開挖礦石，已造成嚴重的水土流失、生態破壞、環境污染等問題，現這兩種工藝在離子型稀土礦的開采中已被淘汰。原地浸礦工藝不需剝離稀土礦山表土、不需開挖礦石，在稀土礦山上用人工開挖注液井，將浸礦溶液即硫酸銨溶液經注液井注入天然埋藏條件下的風化礦體，浸礦劑溶液中的陽離子在靜壓滲浸條件下將吸附在粘土表面的稀土離子交換下來形成母液，設置集液槽等收液工程系統，母液從收液工程系統流出，再用草酸沉淀母液中的稀土，因此，“原地浸礦”工藝和池侵、堆浸工藝相比在環境保護是一大進步。
[0005]中國專利公開號CN103509944A，公開日2014年I月15日，發明創造名稱為“一種風化殼淋積型稀土礦原地浸出稀土礦的方法”，該申請公開了一種風化殼淋積型稀土礦原地浸出稀土礦的方法，包括以下步驟:在礦體上打孔，其深度通過腐植層，穿過全風化層直達半風化層，并在孔中插入上下開口的導管直達半風化層的深度，向導管中注入浸礦液；在基巖上開導流槽用于導流稀土浸出液流入集液，只沿著礦體的山脊呈網狀分布打孔，孔距為2-3m。其不足之處是注液井數量過多，易成為雨水入滲通道從而誘發滑坡災害。
[0006]現有的原地浸礦技術需采用人工開挖注液井、集液巷道等工作，存在以下不足:
[0007](I)人工開挖的注液井(豎井)成為雨水通道，易引發稀土礦山山體滑坡。
[0008]原地浸礦時因需人工用洛陽鏟開挖大量的注液井，滿山遍布的注液井不僅是注液的通道，也是雨水的通道，大量浸礦液及雨水通過注液井注入地下礦層以及浸礦液對礦體的長時間浸泡、侵蝕作用，而離子型稀土礦的原巖主要為含礦花崗巖，原礦外形似土，強度較低，雨水及注液對山體原有的巖土應力平衡狀態造成破壞，地層擾動明顯，對斜坡穩定性、土的物理力學性質影響很大，倘若礦體浸礦周期較長，從注液井下滲的雨水及浸礦液將使礦體加重，增加向下的下滑力而使得山坡上出現大小不等的裂縫，甚至引起注液井的坍塌而誘發滑坡，采場滑坡事故也常在原地浸礦采礦過程中發生，對人民群眾的生命財產造成嚴重危害，也嚴重影響原地浸出工藝提取稀土的經濟效益和環境效益。
[0009](2)人工開挖注液井施工效率低，井深由人工控制也降低了浸礦效率。
[0010]現有技術進行離子吸附型稀土原地浸礦前，需人工用洛陽鏟開挖注液井，注液井直徑通常在0.3米一0.5米，間距1.5米一2.5米，一個稀土礦山需挖數百甚至上千的注液井，工人勞動強度大、施工效率低、工程施工周期長、施工費用高。
[0011]離子吸附型稀土礦山根據層位可分為腐植層、全風化層、半風化層和基巖。腐植層在礦體的地表，厚度一般在0.3米一5.0米，稀土含量很少。全風化層在腐植層之下，厚度一般在1.5米一40.0米，是稀土的主要富集層，稀土品位RE203可達0.04一0.2%，是稀土的主要來源；半風化層在全風化層之下，厚度一般在0.3米一3.0米，是稀土的次要富集層，稀土品位RE203在0.04 — 0.08%，是稀土的主要來源之一；基巖在半風化層下。在實際施工時，由于洛陽鏟開挖深度有限，以贛南為例，大多情況下用洛陽鏟開挖的深度不超過5米，這樣可能會造成注液井并未進入全風化層，而是位于滲透性差、稀土含量少的腐植層，使得部分注液并未進入全風化層，造成注液的浪費并降低了浸礦效率。
[0012](3)人工挖掘集液巷道費用高、存在安全隱患。
[0013]現有技術進行離子吸附型稀土原地浸礦母液回收技術中，通常采用挖掘巷道的人工假底收液工藝，集液巷道根據礦體形狀等因素設計，其高度一般在I一2米、寬度一般在0.8 — 1.8米，進入稀土礦山山體深度一般在5—15米，土石方工程量較大。集液巷道的施工由人工挖掘，根據巷道圍巖等情況決定是否采取支護措施，然后在巷道中實施其它的收液工程。人工挖掘集液巷道的工期長、費用高、排放渣土多，同時存在冒頂、片幫等安全隱患。

【發明內容】

[0014]本發明的目的是針對現有技術存在的上述不足，提供一種離子吸附型稀土原地浸礦的方法及其浸礦系統，提高離子吸附型稀土原地浸礦的效率和安全性，用非開挖定向鉆機進行機械鉆孔代替人工開挖注液孔和集液巷道，使注液孔數量減少且將注液孔變為曲線管埋設在礦山體，減少了雨水入滲通道，避免原地浸礦誘發山體滑坡，施工簡單、施工周期短、成本較低，提高安全性、減少廢土的排放、保護生態環境。
[0015]為達到上述目的，采用的技術方案如下:一種離子吸附型稀土原地浸礦的方法，包括以下步驟:
[0016]第一步，用非開挖定向鉆機在離子吸附型稀土礦山上鉆出注液孔，所鉆注液孔的數量在二條以上，注液孔之間相互平行；每條注液孔環繞山體呈弧形，鉆孔開孔角度為25±2°，到達角度為30±2°，鉆孔穿過腐植層進入全風化層再鉆出腐植層，鉆孔中間點即最低點距全風化層頂層0.3-0.5米；鉆孔采用泥漿護壁；
[0017]第二步，安裝注液管，用非開挖鉆機將注液管從已鉆好的注液孔出口回拖至進口 ；按第一步完成注液孔后，在鉆孔出口卸下導向鉆頭，接上回擴器進行回擴，回擴過程中加大泥漿泵量，回拖時，管線前端帶一個Φ200毫米的擴大頭進行回拖，同時將注液管用非開挖定向鉆機拖入鉆孔；
[0018]第三步，在注液孔下方的山腳下，用非開挖定向鉆機鉆出水平的集液孔，在集液孔內裝設集液管；鉆孔采用泥漿護壁、回轉鉆進工藝，集液孔交匯于基巖面與半風化層交界處，孔位水平且垂直于注液孔，集液孔的數量布置在3個以上，鉆孔間距20—25米，深度6—15米；鉆孔完成后，在鉆孔內放入集液管；
[0019]第四步，挖設集液溝，在山腳下挖集液溝，將集液管的出液端連通起來，集液溝上蓋上水泥板；
[0020]第五步，挖設集液池，集液池設置在集液溝兩端，其位置稍低于集液溝；
[0021 ] 第六步，布置注液池并注浸礦液，
[0022]在位于注液管上部的山坡上布置注液池，注液池出口連接有流量計和注液開關，浸礦液由注液池流出再滴入注液管。
[0023]所述的泥漿配合重量比為:水:膨潤土:潤滑劑！Na2CO3S 1:0.1: 0.002:0.003。
[0024]所述的注液孔間距為3— 6米，下一條注液孔比上一條注液孔長3— 6米。
[0025]所述的注液管為聚氯乙稀管，管壁上每隔I一2米開有一圈出液孔，每一圈上均勻布置6個出液孔，出液孔直徑I一2厘米，注液管壁外包有一層過濾網。
[0026]所述的集液管為雙層聚氯乙稀管，集液管的長度與集液孔一致，集液管外管直徑80厘米、厚度10毫米，集液管內管直徑40厘米、厚度10毫米，集液管外管和集液管內管上都開有濾液孔，濾液孔直徑I一2厘米，集液管內管和集液管外管之間填充濾石，集液管外管的周圍包有一層過濾網。
[0027]所述的集液溝用磚砌筑、用水泥砂漿抹平，集液溝寬度0.5—1.0米、深度0.5—0.9 米。
[0028]所述的集液池池底和池壁用磚砌筑，用水泥砂漿抹平，集液池深度2.2米、長度6.1米、寬度9.5米。
[0029]所述的浸礦液采用質量百分比2.2—2.8wt%硫酸銨溶液。
[0030]一種離子吸附型稀土原地浸礦的浸礦系統，包括布置于山坡上用非開挖定向鉆機鉆出的二條以上的注液孔，注液孔間距為3— 6米，下一條注液孔比上一條注液孔長3— 6米；注液孔環繞山體呈弧形并相互平行；其開孔角度為25±2°，到達角度為30±2°，穿過腐植層進入全風化層再鉆出腐植層，中間點即最低點距全風化層頂層0.3-0.5米；孔壁有泥漿護壁；在注液孔中鋪設有用非開挖定向鉆機完成的注液管，注液管上布有出液孔，管壁外包有一層過濾網；
[0031]在注液孔下方的山腳下，設置有用非開挖定向鉆機鉆出的水平集液孔，集液孔交匯于基巖面與半風化層交界處，孔位水平且垂直于注液孔，集液孔的數量布置在3個以上，孔間距20— 25米，深度6 —15米，孔壁有泥漿護壁；在集液孔內裝設帶濾液孔的集液管；
[0032]在集液孔下方的山腳下設有集液溝，集液管的出液端連通集液溝，集液溝上蓋有水泥板；
[0033]在集液溝兩端設有集液池，其位置稍低于集液溝；
[0034]在位于注液管上部的山坡上布有注液池，注液池出口連接有流量計和注液開關，浸礦液由注液池流入注液管。
[0035]所述的集液管為雙層聚氯乙稀管，長度與集液孔一致，集液管外管直徑80厘米、厚度10毫米，集液管內管直徑40厘米、厚度10毫米，集液管外管和集液管內管上都開有濾液孔，濾液孔直徑I一2厘米，集液管內管和集液管外管之間填充濾石，集液管外管上包有一層過濾網。
[0036]本發明的有益效果:
[0037](I)用非開挖定向鉆機進行機械鉆孔代替人工開挖注液孔，注液管設于地下，消除了雨水入滲對稀土礦山坡體穩定的影響，有利于防止原地浸礦誘發滑坡災害的發生。
[0038](2)用非開挖定向鉆機進行機械鉆孔代替人工開挖集液巷道，施工簡單、施工周期短、成本較低，提高安全性。
[0039](3)注液管可直達全風化層，浸礦液快速到達高品位稀土礦層，避免了浸礦液的浪費，提高浸礦效率。
[0040](4)用非開挖定向鉆機進行機械鉆孔代替人工開挖注液孔和集液巷道，施工自動化程度高，質量易于保證，使注液孔數量減少，減少廢土的排放、保護生態環境。
【附圖說明】
[0041]圖1是本發明稀土礦山原地浸礦實施情況示意圖