CN110066919B - 一种离子型稀土开采用真空抽提装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离子型稀土开采用真空抽提装置及方法，所述真空抽提装置包括：地下抽提井、抽气设备、控制设备和洗井设备；地下抽提井为多个地下抽提井，地下抽提井深入离子稀土矿矿体，且具有自脱牵引器、泥沙过滤筒、多孔套管、抽提管和固井套管等多个组件；抽气设备包括真空泵、水气分离器和抽气管路；控制设备包括控制器、真空度传感器和电磁阀；本发明中的抽气设备为地下抽提井提供真空负压环境，从而将矿体内的浸液和气体抽离至地面，能有效疏通浸液渗流通路，解决浸液渗漏造成的资源损失和环境污染问题，提高离子型稀土浸出效率和资源回收率，在一定程度上减少山体滑坡事故的发生。

Description

一种离子型稀土开采用真空抽提装置及方法

技术领域

本发明属于离子型稀土开采技术领域，具体涉及一种离子型稀土开采用真空抽提装置及方法。

背景技术

离子型稀土矿又名风化壳淋积型稀土矿，最早是在我国赣南地区被发现的一类富含中重稀土的矿产资源。离子型稀土矿中的稀土主要赋存于高岭土、伊利石等黏土矿物中，并以水合或羟基水合阳离子的形态吸附于黏土矿物表面，可经化学和生物作用解离出稀土离子，目前多采用原地浸出工艺提取稀土资源。

原地浸出工艺既不剥离表层覆土，也不开挖矿山，而是直接开注液孔穿透表层覆土并布置注液井网，将浸液注入到拟开采区域的全风化稀土矿层，铵/镁/氢等离子与吸附在黏土矿物表面的稀土离子发生交换反应，浸液通过自然重力渗透作用穿透山体并经又积液巷道等汇集到积液池，再通过沉淀/萃取方式将稀土分离提取，浸液返回山体继续浸出。现有的原地浸出过程对浸出液和渗流的人为控制程度较低，大量的浸出液经由半风化层、矿体边侧和积液巷道等进入矿区周边土壤和水系，造成水体污染、富营养化和盐碱化等，严重威胁当地生态环境，同时也造成大量宝贵的稀土资源浪费。

真空技术是建立低于大气压力的物理环境，以及在此环境中进行工艺制作、物理测量和科学试验等所需的技术。随着真空获得技术的发展，真空应用日渐扩大到工业和科学研究的各个方面，例如利用真空来夹持、提升和运输物料，排除物料中吸留或溶解的气体或水分，以及吸尘或过滤等等。真空抽提是利用真空造成的负压环境来快液体渗流速度并控制渗流方向的一种工程技术，在物料过滤、地下水抽提、石油开采等领域应用广泛。由于制造真空环境需要配备合适的、抽气性能良好的真空设备，增加技术难度和生产成本，目前尚未见在南方离子型稀土矿山开发中采用真空抽提技术的应用实例。

发明内容

本发明是为解决离子型稀土矿山现有原地浸出工艺实施过程中存在的资源损失和环境污染问题，提供一种强化渗流过程控制和浸液回收的真空抽提装置及方法，该装置和方法适用于离子型稀土矿原地开采工艺，通过真空抽提技术实现浸出液渗流的方向引导，减少浸液重力渗流进入地下水造成宝贵稀土资源的损失，降低原位浸出工艺对矿山周边土壤和水体的污染，提高资源开采效率和回收率，协助控制原地开采工艺的环境影响，在一定程度上减少山体滑坡事故的发生。

为解决上述资源损失和环境污染问题，本发明的技术方案如下：

一种离子型稀土开采用真空抽提装置，包括地下抽提井、抽气设备和控制设备；

所述地下抽提井深入离子稀土矿矿体，用于稀土浸出液与颗粒矿石的分离，稀土浸出液随着真空抽提操作进入到地下抽提井；

所述抽气设备，通过真空抽提操作将稀土浸出液协同空气汇集到地下抽提井内，然后进一步真空抽提操作，使得稀土浸出液协同气体进入抽气管路，然后进行水气分离；

所述控制设备，用于监控和比对地下抽提井内的真空度，使得地下抽提井内的真空度低于预设值时，进行真空抽提操作，以实现稀土浸出液的真空抽提。

所述真空抽提装置可以包括若干个地下抽提井，每个地下抽提井包括自脱牵引器、泥沙过滤筒、多孔套管、限位固定环、技术套管、抽提管、注水管、封头和固井套管等多个组件，其中：所述技术套管的一端设置有封头，封头外固定设置有固井套管，技术套管的管口内设置抽提管；所述技术套管的另一端与多孔套管固定连接，连接处的管外设置有限位固定环，多孔套管管外套接有泥沙过滤筒，泥沙过滤筒的端面紧贴限位固定环的端面，多孔套管深入矿体的端部设置有自脱牵引器。

进一步的，所述多孔套管根据深入矿体的情况可以设计多个，彼此之间固定连接，均匀布置的大量小孔，可以使得稀土浸出液和气体汇集进入抽提管。所述泥沙过滤筒则具有孔径小、孔隙率高、结构强以及耐酸碱腐蚀等特点。

所述地下抽提井根据矿体情况，斜向设置，或者垂向设置。

所述抽气设备包括真空泵、水气分离器和抽气管路，抽气管路分为抽气主管和抽气支管；所述抽气主管用于连接水气分离器，抽气支管用于与地下抽提井上的抽提管相连并抽排其中的浸出液和气体；地下抽提井中的浸出液和气体经由水气分离器处理后，气体被真空泵抽排进入大气，浸出液送往稀土回收工艺。

所述控制设备包括控制器、真空度传感器和电磁阀，控制器通过电缆与真空度传感器和电磁阀连接，真空度传感器置于地下抽提井内，电磁阀安装于与地下抽提井连接的抽气支管上。

所述真空抽提装置还设置有洗井设备，洗井设备包括注水管、水管、水泵和排泥管，注水管与抽提管同向设置于技术套管的管口内，注水管与水管连通，水管与水泵相连，排泥管固定于封头上且位于技术套管和固井套管之间。当地下抽提井内淤泥较多影响抽提效果时，连接洗井设备；清水经由水泵、水管和注水管进入地下抽提井冲洗，并经由排泥管排除井中淤泥。

本发明提供的一种离子型稀土开采用真空抽提方法，包括如下步骤：

在离子型稀土矿原地置换浸出过程中，通过真空抽提操作，稀土浸出液协同气体穿过泥沙过滤筒进入多孔套管内，大量稀土浸出液携带的矿物颗粒被截留于泥沙过滤筒外；

稀土浸出液协同气体在真空负压作用下，通过地下抽提井内的抽提管进入抽气支管，然后经过多个地下抽提井的抽气支管汇入抽气主管；进而稀土浸出液和气体进入水气分离器中进行分离，稀土浸出液在水气分离器的底部流出进入稀土回收流程，气体在水气分离器的顶部由真空泵抽离排入大气；

进一步地，通过地下抽提井内的真空度传感器测定井内真空度，测定值经由电缆传输至控制器比对；当地下抽提井内真空度高于预设值时，由控制器关闭对应地下抽提井上的电磁阀；当地下抽提井内真空度低于预设值时，由控制器开启对应地下抽提井上的电磁阀，通过降低真空泵负载以实现真空抽提操作。

本发明的有益效果如下：

1、本发明可以强化对离子稀土原地浸出过程中的渗流控制，减少稀土浸出液重力渗流进入地下水造成宝贵稀土资源的损失；将矿体内存在的包气带抽出，解决矿体包气带对渗流场的负面影响，使得包气带中的稀土资源得以释放；从而提高稀土资源开采效率和回收率；

2、本发明控制稀土浸出液向地下水和周边的扩散量，协助减少原位浸出工艺对矿山周边土壤和水体的污染；

3、由于真空抽提作用，将显著降低矿体浸润面，从而降低稀土浸出液汇集区域山体自然滑坡的概率；

4、本发明的应用推广可显著目前改善南方离子型稀土资源开发中的环境污染问题，技术应用增加的资源开采效率和回收率可覆盖设备、管理等投入，不对企业造成额外的经济负担；本发明特别适合底板发育不良、渗透性较差的离子型稀土矿山。

附图说明

为更好的解释本发明的技术内容，提供以下附图：

图1为本发明的地下抽提井的结构示意图。

图2为本发明的真空抽提装置的实施示意图。

其中，附图标记为：1抽提管，2注水管，3封头，4排泥管，5固井套管，6技术套管，7限位固定环，8泥沙过滤筒，9多孔套管，10自脱牵引器，11矿体及渗流场，12地下抽提井，13抽气管路，14水气分离器，15真空泵，16控制器，17真空度传感器，18电磁阀，19水泵。

具体实施方式

本发明公开的一种离子型稀土开采用真空抽提装置及方法主要适用于底板发育不良、开采环境复杂及渗透性较差等稀土矿山。通过数个地下抽提井12构成的井阵实现对离子型稀土原地浸出渗流场的强化控制，调控浸液流向，加快渗流速度，减少浸液损失。同时在真空环境条件下，矿体内包气带构成的浸液格栅被瓦解，扩大浸液渗流区域，提高资源回收率。进而由于地质构造形成的积液区内浸液得以回收，进一步提高了资源回收率。

如图2所示，一种离子型稀土开采用真空抽提装置，包括地下抽提井12、抽气设备和控制设备；所述地下抽提井12深入离子稀土矿的矿体及渗流场11，用于稀土浸出液与颗粒矿石的分离，稀土浸出液随着真空抽提操作进入到地下抽提井12；所述抽气设备，通过真空抽提操作将稀土浸出液协同空气汇集到地下抽提井12内，然后进一步真空抽提操作，使得稀土浸出液协同气体进入抽气管路13，然后进行水气分离；所述控制设备，用于监控和比对地下抽提井12内的真空度，使得地下抽提井12内的真空度低于预设值时，进行真空抽提操作，以实现稀土浸出液的真空抽提。

所述真空抽提装置可以包括若干个地下抽提井12，每个地下抽提井12包括自脱牵引器10、泥沙过滤筒8、多孔套管9、限位固定环7、技术套管6、抽提管1、注水管2、封头3和固井套管5等多个组件，其中：所述技术套管6的一端设置有封头3，封头3外固定设置有固井套管5，技术套管6的管口内设置抽提管1；所述技术套管6的另一端与多孔套管9固定连接，本实施例中可以设计为螺纹连接，连接处的管外设置有限位固定环7，多孔套管9管外套接有泥沙过滤筒8，泥沙过滤筒8的端面紧贴限位固定环7的端面，多孔套管9深入矿体的端部设置有自脱牵引器10，如图1所示。

进一步的，所述多孔套管9根据深入矿体的情况可以设计多个。

所述地下抽提井12根据矿体情况，斜向设置，或者垂向设置。

所述抽气设备包括真空泵15、水气分离器14和抽气管路13，抽气管路13分为抽气主管和抽气支管；所述抽气主管主用于连接水气分离器14，抽气支管用于与地下抽提井12上的抽提管1相连并抽排其中的浸出液和气体；地下抽提井12中的浸出液和气体经由水气分离器14处理后，气体被真空泵15抽排进入大气，浸出液送往稀土回收工艺。

所述控制设备包括控制器16、真空度传感器17和电磁阀18，控制器16通过电缆与真空度传感器17和电磁阀18连接，真空度传感器17置于地下抽提井12内，电磁阀18安装于与地下抽提井12连接的抽气支管上。

所述地下抽提井12还设置有洗井设备，洗井设备包括注水管2、水管、水泵19和排泥管4，注水管2与抽提管1同向设置于技术套管6的管口内，注水管2与水管连通，水管与水泵19相连，排泥管4固定于封头3上且位于技术套管6和固井套管5之间。当地下抽提井12内淤泥较多影响抽提效果时，连接洗井设备；清水经由水泵19、水管和注水管2进入地下抽提井12冲洗，并经由排泥管4排除井中淤泥。

具体地，所述地下抽提井12的安装步骤为：①在离子型稀土矿山的设计位置打钻开孔（开孔向下倾斜一定角度），并逐步安装固井套筒5；②打钻开孔完毕后，逐段组装自脱牵引器10、多孔套管9、泥沙过滤筒8、限位固定环7和技术套管6，并沿固井套筒5逐段推入抽提孔内；③退出并保留抽提孔进深5-10米内固井套筒5，将抽提管1***技术套管6内，在封头3上连接内部的抽提管1、注水管2和排泥管4；④最后连接封头3、技术套管6和固井套筒5。

如图2所示，本发明采用真空抽提技术的实施步骤为：

①完成设备连接和调试。具体地，在稀土矿山的设计位置按照上述地下抽提井12的安装步骤完成地下抽提井12的组装，进而安装真空度传感器17和电磁阀18，进一步将数个地下抽提井12的抽提管1与抽气管路13、水气分离器14、真空泵15、控制器16逐个连接，完成真空密封测试和设备调试。

②浸液真空抽提实施。离子型稀土矿体内液体和气体在真空负压下汇集于地下抽提井12，然后通过抽气管路13进入水气分离器14；进一步空气在水气分离器14的顶部由真空泵15抽离排入大气，稀土浸出液在水气分离器14的底部流出进入稀土回收工序。

③地下抽提井12自控与维护。为优化真空泵15负载，当地下抽提井12内真空度高于预设值时，由控制器16关闭对应地下抽提井12上的电磁阀18；当地下抽提井12内真空度低于预设值时，由控制器16开启对应地下抽提井12上的电磁阀18。进一步当地下抽提井12内淤泥较多影响抽提效果时，临时连接洗井设备；清水经由水泵19和注水管2进入地下抽提井12冲洗，并经由排泥管4排除井中淤泥。

步骤①中的真空密封测试、设备调试参照行业标准及设备使用说明进行。

步骤②、③中的真空范围为低真空，具体负压范围为10⁵Pa至10²Pa。

Claims (5)

1.一种离子型稀土开采用真空抽提装置，其特征在于：包括地下抽提井、抽气设备和控制设备；

所述地下抽提井深入离子稀土矿矿体，用于稀土浸出液与颗粒矿石的分离，稀土浸出液随着真空抽提操作进入到地下抽提井；

所述抽气设备，通过真空抽提操作将稀土浸出液协同空气汇集到地下抽提井内，然后进一步真空抽提操作，使得稀土浸出液协同气体进入抽气管路，然后进行水气分离；

所述控制设备，用于监控和比对地下抽提井内的真空度，使得地下抽提井内的真空度低于预设值时，进行真空抽提操作，以实现稀土浸出液的真空抽提；

进一步的，所述真空抽提装置设置若干个地下抽提井，每个地下抽提井包括自脱牵引器、泥沙过滤筒、多孔套管、限位固定环、技术套管、抽提管、注水管、封头和固井套管，其中：所述技术套管的一端设置有封头，封头外固定设置有固井套管，技术套管的管口内设置抽提管；所述技术套管的另一端与多孔套管固定连接，连接处的管外设置有限位固定环，多孔套管管外套接有泥沙过滤筒，泥沙过滤筒的端面紧贴限位固定环的端面，多孔套管深入矿体的端部设置有自脱牵引器；

进一步的，所述抽气设备包括真空泵、水气分离器和抽气管路，抽气管路分为抽气主管和抽气支管；所述抽气主管用于连接水气分离器，抽气支管用于与地下抽提井上的抽提管相连并抽排其中的浸出液和气体；地下抽提井中的浸出液和气体经由水气分离器处理后，气体被真空泵抽排进入大气，浸出液送往稀土回收工艺；

进一步的，所述控制设备包括控制器、真空度传感器和电磁阀，控制器通过电缆与真空度传感器和电磁阀连接，真空度传感器置于地下抽提井内，电磁阀安装于与地下抽提井连接的抽气支管上。

2.如权利要求1所述的离子型稀土开采用真空抽提装置，其特征在于：所述多孔套管根据矿体情况设计个数，两个相邻的多孔套管固定连接。

3.如权利要求1所述的离子型稀土开采用真空抽提装置，其特征在于：所述地下抽提井根据矿体情况，斜向设置，或者垂向设置。

4.如权利要求1所述的离子型稀土开采用真空抽提装置，其特征在于：所述真空抽提装置还设置有洗井设备，洗井设备包括注水管、水管、水泵和排泥管，注水管与抽提管同向设置于技术套管的管口内，注水管与水管连通，水管与水泵相连，排泥管固定于封头上且位于技术套管和固井套管之间。

5.采用权利要求1所述离子型稀土开采用真空抽提装置实现的抽提方法，其特征在于工作步骤如下：

在离子型稀土矿原地置换浸出过程中，通过真空抽提操作，稀土浸出液协同气体穿过泥沙过滤筒进入多孔套管内，大量稀土浸出液携带的矿物颗粒被截留于泥沙过滤筒外；

稀土浸出液协同气体在真空负压作用下，通过地下抽提井内的抽提管进入抽气支管，然后经过多个地下抽提井的抽气支管汇入抽气主管；进而稀土浸出液和气体进入水气分离器中进行分离，稀土浸出液在水气分离器的底部流出进入稀土回收流程，气体在水气分离器的顶部由真空泵抽离排入大气；

进一步地，通过地下抽提井内的真空度传感器测定井内真空度，测定值经由电缆传输至控制器比对；当地下抽提井内真空度高于预设值时，由控制器关闭对应地下抽提井上的电磁阀；当地下抽提井内真空度低于预设值时，由控制器开启对应地下抽提井上的电磁阀，以实现真空抽提操作。

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