0 前言

目前，南方离子型稀土大多使用堆浸工艺及少量池浸工艺，由于使用这一工艺就是用机械化设备对山体进行剥、采、运、堆、弃，产量大，周期短，对山体开挖破坏大而且快，造成严重的水土流失^[1]，针对这一问题，国家进行了“九五”科技攻关并取得成功，为了把科技成果转化为生产力，在福建某稀土矿进行了成果的推广应用，通过新工艺的应用，不仅使矿山取得了较好的经济效益，而且还保护了环境，防止了水土流失，实现了“绿色”开采的目的.

根据矿山所提供的地质初查报告，进行了补充地质勘探，选定了一矿块进行原地浸矿试验推广.该矿山具有典型南方离子型稀土矿特征，因此具备代表性.

1 矿床、矿块地质

矿区位于连城县城北东方向约9km处，矿区面积1.54km²，区内有班车通行，交通较为方便.

区域上矿区位于建阳虎档-明溪-长汀华夏沉降带的次一级构造，清流罗口-武平龙井坳陷的连城童子岩向斜东翼南端，轴向北东40°，延长10km，核部出露翠屏山组，两翼保存上古生代地层，东翼最东面(隔川，黄坊-带)为燕山早期第二阶段花岗岩所侵入.

区内除第四系坡残积黄土层履盖于花岗岩之上外，未见其他地层出露，西面(矿区外)出露二叠系下统文笔山组，童子岩组地层，区内构造较简单，仅见一些小断裂，且均为石英脉、石英二长岩脉所充填.区内出露的岩浆岩主要有中粗粒黑云母花岗岩、石英二长岩、石英脉等.

风化壳特征：从地貌看，风化壳成馒头状山形，岩石风化成褐黄灰白，黄红等色，泥-砂质结构，疏松土状构造.主要矿物成分有高岭土、石英砂、亚粘土，少量云母、铁锰质等.风化壳厚度在12~15m，局部18m以上，稀土元素富集成矿，赋存于风化壳中.

矿体产于花岗岩风化壳中，平面上呈不规则的长条带状等，垂直方向呈似层状、透镜状产出.产状一般沿山脊走向展布，顺山坡坡向倾斜，倾角10~30°.矿体长71~290m，厚度2~8.65m.矿体赋存在风化壳上、中部.地表比高一般30~40m，地表植被稀少，表土层厚度0~2m，山脊表土一般较薄.

山脚一般有水沟经过，水流量不大，矿区水文地质条件较简单.

试验矿块平面面积3000m²，矿体厚6m，矿石量2.7万t，矿石REO平均品位0.0924%，地质储量24.95t.

2 矿块工程布置 2.1 注液井布置

注液井布置以沿等高线布排为原则，注井为园形，井深0.8~5.0m，上下相邻两排注井交错布置.网度A×B(m×m)，即排距A，井距B，具体施工时可依地形做适当的调整，因山脊区域无表土，还开挖了许多0.5m深的注液浅坑，本矿块共布注液井：深井452个，浅坑421个.

2.2 收液巷道及导流孔工程

通过巷道及密集导流孔形成人工假底，达到强制收液目的.巷道采用人工开挖，断面呈梯形.每米用Φ0.10m左右木料(松木或杂木)支护，上用木板或粗树棍衬垫，为了防止巷道片帮，两帮可以用树棍和树枝拦护，打完导流孔后，巷道、导流孔须进行技术处理.试验矿块巷道共布4条，总长376m.导流孔方向一般垂直于巷道，局部适当调整，导流孔总长12704m.导流孔孔口低，孔底高.(矿块工程布置见图 1).

2.3 管路工程

(1) 注液管路.管路采用塑料管，主管路用塑管，支管路用ϕ8分塑管，用“非”形管分排.各注井闸阀采用8分塑料球阀.供液、注液主管分硫铵管和清水管二条系统，每条系统均装总阀.每个“非”形管前装塑阀控制.

(2) 收液管路.用塑管把各巷道里流出的母液送至水冶车间母液中转池.

2.4 水冶车间

池子依山坡呈梯段布置.最上平台是除杂池，3个，每个120 m³，第二平台为沉淀池3个，每个120 m³，第三平台洗涤池1个60 m³，第四平台2个配液池，每个容量120 m³，平台高度3~4m.每个池子出口布置3根ϕ4″PVC管.除杂池、沉淀池，洗涤池用吊管控制水位，放水均采用自流方法，以方便操作管理.母液中转池1个60 m³，碳铵池2个，每个20 m³.工棚8间，每间20m².

2.5 其它工程

变压输电工程：变压器容量100kVA.

避水沟工程：在每条巷道口山上部位挖一避水沟，沟断面尺寸：0.3m(宽)×0.2m(深)，在每个注液井井口上半圈挖一小避水沟，以防雨水把泥沙冲入井内.在水冶车间周围山上挖避水沟，沟断面0.4m (宽)× 0.4m(深).

观(监)测井工程：根据地形，在试验矿块3个凹地形中挖观测井，直径0.8m，深度见到潜水为宜.

山顶高位池：2个，硫铵池、清水池各1个，每个60 m³，池内水位采用自动控制装置控制.

观测沟：以3条巷道下的山脚水沟为观测沟.

灼烧车间：建2座1 t/窑的灼烧窑，1个有顶棚的装窑场所，1个有顶棚的堆放灼烧钵子和煤的工棚.

道路工程：用钩机从村里修了一条通往水冶车间的道路，以便用车运输原材料和矿产品.

3 原地浸矿工艺浸矿机理

离子型稀土原地浸矿是用浸矿液从天然埋藏条件下的非均质矿体把呈吸附态的稀土离子交换浸出并回收稀土元素的新型采矿方法^[2].据离子型稀土矿床的成矿理论，离子型稀土矿是含稀土岩浆型花岗岩的原生矿在合适的条件下，经风化淋积而形成的.在成矿过程中，该类型矿石中90%左右的稀土矿物呈阳离子状态吸于高岭石、白云母等粘土矿物表面.这些具交换状态的稀土阳离子遇到交换势能更大的阳离子时，就可被其交换下来，反应式如下：

当以硫铵作浸矿液时, 其交换机理是:

在原地浸矿中，浸矿液通过注液井，在一定的水头压力下，连续不断地注入矿体，溶液中交换势更大的阳离子与呈吸附态的稀土离子发生交换作用，使稀土离子进入浸出液.这个多向固液交换体系的过程是：渗透→扩散→交换→再扩散→再渗透，扩散动力是浓度差.不断注入矿体中的溶液(或顶水)挤出已发生交换作用的稀土浸出液.

矿石是由颗粒矿物和孔隙组成的非均质体，在任何一个均质体中，质量传递都要经历两个阶段，即起反应的分子移至正在发生反应的表面，产生非均质化学反应，以及已作用过的分子离开反应区.因此要求选择合适的浸矿液.而就扩散过程而言，扩散速度与反应剂的扩散系数，沿扩散方向浸矿液和浓度梯度，液-固相界面的面积等有关.因此，要求浸矿液具有合适的浓度，合适的固液比，矿石有一定的渗透性，注液要维持一定的水头压力以保证溶液流速，并要不断的注液，包括注顶水，以便扩大并不断更新液固界面的面积.可见，在离子型稀土原地浸矿工艺中只要满足了以上要求，就能够用浸矿液从矿体中浸出稀土^[3].

根据地下水动力学的理论，稀土矿的原地浸矿，由于浅井注液最终会形成稳定的渗透锥体，渗浸的范围也就会局限在一个稳定的范围以内，因此在这个稳定的范围之内，只要在注井的布置、集液工程的设置以及作业矿块顺序等方面，考虑到渗透锥体的范围就行.如果存在隔水层，且它在坡脚出露，由于沿其层面流的浸出液会从坡脚流出，这时，只要在坡脚设置集液沟，就可将浸出液汇集回收，这就是自然收液方案.但是，如果矿体底板隔水层深度很大，在坡脚低于当地侵蚀基准面，或在坡脚处矿体底界面在潜水面以下，或隔水层(或矿体底板)起伏变化，倾向也变化，或存在较大的断裂、破碎带等泄漏通道，这时就不能仅靠集液沟集液井自然收液，必须采取人造底板收液措施，否则浸出液将严重流失.

4 原地浸矿工艺流程：

原地浸矿工艺流程如图 2.

5 矿块注液与收液

采用网井布液，集液巷道和密集导流孔人工底板收液的技术路线^[4-8].

(1) 注液.本矿块采用硫铵配制浸矿剂，3月16日开始注液，3月16日至3月31日按A%浓度注液，4月1日至4月2日按B%注，4月3日开始C%注，而后浓度逐渐降低至D% ^[9-10]，浸矿剂共配制14000m³，耗硫铵139.6t，于4月18日停止注浸矿剂.而后开始注顶水，至7月31日全面停注，历时4个半月.注液顺序从上到下，先注顶部矿段，再注中部，最后注下部矿段，同时结束注浸矿剂，同时注顶水.每个注井液面控制在表土与矿土界面以下，每个井里需放入蕨类、树枝，以防塌井、滑坡^[11].

(2) 收液.通过密集导流孔及巷道形成人工收液假底，可绝大部分地回收母液，流出的母液经管路送至车间处理.试验矿块于3月16日开始注液，3月21日开始7号、8号巷道有母液流出，而后所有巷道均有母液，综合母液浓度REO从0.1g/L开始逐渐升高至1.2g/L，4月20日，达到稀土峰值，6号外巷道REO浓度达到1.73g/L，(NH₄)₂SO₄浓度5g/L.此后母液浓度逐渐下降，5月20日REO0.5g/L，6月13日0.3g/L.注液稳定时，每天注450m³，收母液400m³，母液回收率达88%，整个试验矿块回收氧化稀土20.8t (滴定数)，稀土资源回收率83.37%.

(3) 监测.通过观测井、沟可以观测到是否有母液泄漏，试验矿块没有发现有泄漏.

(4) 母液浓度(REO)与时间关系曲线见图 3.

由图 3表明：3月16日开始注液，3月21日母液流出，到4月20日达到高峰期，曲线斜率大，高峰时间短，峰后浓度下降也快，反向斜率也大，说明稀土阳离子交换快，矿石渗透性好，母液浓度(REO) 0.8g/L以上的高峰期，其产量几乎占总量的50%. 0.5g/L以下的低浓度拖得很长，符合一般稀土矿石的浸出规律.

6 主要技术经济指标

(1) 主要技术经济指标.主要技术经济指标见表 1.

(2) 效益概算.根据矿山各技术经济指标及目前原材料价格，计算出每吨混合氧化稀土产品成本5万元.根据矿产品配分情况, 目前按每吨售价8万元计，每吨混合氧化稀土利润约3万元，按年产100 t计, 则可获利300万元，经济效益显著.

7 安全管理

安全管理：在采用原地浸矿新工艺矿山中要加强安全管理工作，坚决贯彻“安全第一，预防为主”的安全生产方针.建立健全安全生产责任制和各项安全规章制度，其中包括建立矿长及矿山各级领导、各职能部门、各工程技术人员的安全生产责任制和生产工人对安全工作应负的责任以及各工种岗位安全生产规章制度.在巷道掘进、局部爆破、地压观测、巷道内用电安全、钻孔、巷道内排水、滑坡的预防、酸性物质的使用方面，须按有关操作规程进行操作.

8 结语

通过原地浸矿新工艺在离子型稀土矿的推广, 虽然取得了成功, 企业获得显著经济效益, 可在同类矿山借鉴，对中钇富铕“鸡窝状”严重的稀土矿山，采用原地浸矿工艺还是存在一定难度，但可以通过调整工艺方法、参数，解决难点，给矿山企业创造经济效益和社会效益.