CN111622269B - 一种离子型稀土浅层地下水污染防控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离子型稀土浅层地下水污染防控方法，针对我国离子型稀土矿基岩浅埋且破碎的共性地质特征，采取如下措施：在开采区深部基岩断裂带构筑水平防渗帷幕，在开采区边缘的浅层基岩破碎带构筑垂向防渗帷幕，阻止浸出液迁移扩散；在防渗帷幕内的富水区安装自控抽提井，控制开采区浅层地下水水位，避免越流污染；在防渗帷幕***设置水质监测井，监测地下水浸出剂浓度，指导开采区浅层地下水水位控制；开采结束期用清水、低浓度氢氧化钙溶液清洗。通过上述措施，有效控制原位溶浸开采对矿区地表/地下水环境构成影响，并减小开采过程的稀土资源损失。本发明适合于基岩浅埋且破碎的离子型稀土矿山，可助力生态矿山、数字矿山和智能矿山建设。

Description

一种离子型稀土浅层地下水污染防控方法
技术领域
本发明属于离子型稀土原位溶浸开采技术领域，具体涉及一种离子型稀土矿原位溶浸开采过程中的浅层地下水污染防控方法。
背景技术
离子型稀土由我国1969年首次发现并命名，是一种以重稀土元素为主的稀土矿床，是全球稀土资源的重要组成部分。据调查，2015年全球已探明重稀土储量约为54.42万吨，其中中国重稀土储量约为22万吨，占比达40.4%，其余资源主要分布于美国、澳大利亚和印度。离子型稀土广泛分布于我国华南地区，其中稀土离子以离子形式吸附在高岭土、蒙脱石、伊利石等黏土矿物上，可用氯化钠、硫酸铵、硫酸镁等电解质淋洗出来。
目前，离子型稀土主要采用原位溶浸工艺开采，是通过注液孔将电解质溶液注入稀土矿层，从黏土矿物中有选择地浸出稀土离子生成可溶性化合物，并收集可溶性化合物的采矿方法。该工艺不砍伐林木、不剥离表层覆土、不破坏矿体，劳动强度小，生产成本低，且可充分利用低品位稀土资源，是较为高效环保经济的开采方式。该工艺对矿体性质和基岩完整度要求高，在发展应用过程中大量生产企业生产经营管理粗放，忽视了对矿体性质和基岩完整度勘查，仅通过构造简易积液管道/巷道进行浸液回收，开采过程中大量宝贵的稀土资源通过地下渗漏永久流失，且地表植被枯竭、山体滑坡、地下水氨氮超标等环境污染事件频频发生，给矿区及周边公众的生命健康和生态环境带来重大损失。
发明内容
本发明是为解决离子型稀土矿山现有原位溶浸开采工艺存在的资源损失和浅层地下水污染问题，提供一种离子型稀土原位溶浸开采过程中的浅层地下水污染控制方法，基于离子型稀土矿基岩浅埋且破碎的共性地质特征和原位溶浸开采的技术特点，通过阻止浸出液、控制浅层地下水水位、监测地下水和地表水中的浸出剂浓度以及开采结束期的顶洗措施，有效控制原位溶浸开采对矿区地表/地下水环境构成影响，并减小开采过程的稀土资源损失。
本发明提供的技术方案如下：
一种离子型稀土浅层地下水污染防控方法，包括如下步骤：
A、基于开采区多种地质勘查和岩土试验工作，采用注浆防渗方法构筑防渗帷幕，具体是：在开采区深部的基岩断裂带构筑水平防渗帷幕，在浅层基岩破碎带构筑垂向防渗帷幕，将开采区从矿区的地下水环境中独立出来，阻止浸出液渗入并污染地下水。
B、基于构筑的水平防渗帷幕和垂向防渗帷幕范围，在该范围内的注液富集区安装自控抽提井，用于控制开采区浅层地下水的水位低于区外潜水位，从而减小开采区内浸出液渗流进入区外地下水的可能性。
C、在开采区的***设置数个地下水监测井，在试采期测试防渗帷幕和自控抽提井抽提工程对开采区内浅层地下水水位的控制效果，比如开采区***的水进不来或者进来很少，开采区内含有浸出剂的水出不去或者出去很少，抽提井可以有效降低开采区内浅层地下水水位，这样可以得到相应的监测结果，所述监测结果包括监测井的水质和水位监测结果，主要指水位和浸出剂浓度，再根据监测结果改进防控工程，通过改进原则“外面的水进不来，里面的水出不去”主要进行两个方面的改进：一是抽提井的位置布置、数量和抽提泵的能力，二是防渗帷幕的修补加固与强化。
D、在开采期，监测区外地下水的水质，用以调节抽提水位控制。因为如果监测井浓度高，则说明有浸出剂外泄，开采区水位过高产生溢流或渗流，降低水位可避免溢流或渗流的发生。
E、在开采结束期，先往矿体表层的注液孔中注入清水，采用抽提井/水平导流孔等手段回收残余浸出剂，再用低浓度氢氧化钙溶液进行注液顶洗。
进一步的，步骤A中注浆防渗所用的材料为黏土、水玻璃或水泥等环保材料，水平防渗帷幕和垂向防渗帷幕的防渗标准均为透水率<1Lu，垂向防渗帷幕的顶部略高于地表水或浅层地下水的平均水位。
进一步的，步骤B中，是依据开采区注液孔的布置、单孔注液强度及未开采时的浸润线确定需要安装的自控抽提井个数及自控抽提井深度；其中，视监测井的浸出剂监测结果，将开采区内浸润线的位置略低于开采区外潜水层的位置，一般是浸出剂扩散量控制在低于国家相应的行业污水排放标准。
进一步的，步骤B中，开采区浅层地下水位控制是由安装的多个自控抽提井构成井阵来实现，当开采区***的地下水监测井中浸出剂含量超过设定值时，则需要调整降低自控抽提井的控制水位。
进一步的，步骤C中，监测井分布于矿区浅层地下水流线上。具体的，监测井设置在开采区垂向帷幕外侧3-5米位置，深度略大于垂向帷幕深度，监测井的个数可根据开采区的地表水/浅层地下水汇流方向确定。
进一步的，步骤D中，监测地下水监测井中地下水的水质，当监测到某监测井中的浸出剂含量高于预设值时，则加大对应开采区自控抽提井的抽提量，以调节自控抽提井的水位。在监测区外地下水的水质的同时，还可以监测氨氮、重金属、氯离子或硫酸根等等含量指标，以监测开采过程的环境影响。
进一步的，步骤E中，采用低浓度氢氧化钙溶液是进行少量多次的注液顶洗，其中低浓度氢氧化钙溶液的pH值8-9，单次顶洗量为每立方米矿石500L弱碱溶液，顶洗次数为2-3次。
本发明的有益效果如下：
1、通过在开采区地下水丰富的基岩破碎区构筑水平防渗帷幕和垂向防渗帷幕，一定程度上有效避免了开采区浸出剂直接进入地下水的可能性。
2、通过在开采区建设由多个自控抽提井构成的井阵，控制开采区浅层地下水水位低于区外潜水位，进一步提升了开采区浸出剂扩散进入地下水的难度。
3、通过开采区***的地下水监测井数据指导调控开采区内的浅层地下水水位，提高了开采过程的环境影响可控性。
4、开采结束后的清水顶洗和弱碱液顶洗，可最大限度回收浸出剂，并消除残余浸出剂对矿体及周边环境的影响。
5、本防控方法推广应用所需的基建、设备等投入可由企业水治理投入的减少和资源增收增值完全覆盖，不会增加额外经济成本；
6、本发明特别适合基岩浅埋且破碎的离子吸附型稀土矿山开展浅层地下水污染防控。
附图说明
图1为本发明在矿区实施的污染防控原理示意图。
图2为本发明在矿区实施的平面布置示意图。
其中，附图标记为：
1-1表土覆盖层；1-2离子型稀土风化矿层；1-3弱风化破碎基岩；1-4注液孔；1-5自控抽提井；1-6未开采时的浸润线；1-7垂向防渗帷幕；1-8深井潜水泵；1-9水平防渗帷幕；2-1采区浅层地下水流向；2-2基岩裂隙走向；2-3采区***监测井。
具体实施方式
为更好地理解本发明的目的和技术实施方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。需要说明的是，本发明可以有多种不同的实施形式，在此阐述的具体实施案例不应作为对本发明的限定。
本发明提供了一种离子型稀土浅层地下水污染防控方法，该方法针对现有离子型稀土矿原位溶浸开采工艺存在的资源流失和矿区生态环境问题，基于离子型稀土矿基岩浅埋和破碎的共性地质特征，通过以下几个步骤实现防控，包括：在稀土矿深部基岩断裂带和矿体边缘破碎带进行注浆防渗，构建水平防渗帷幕1-9和垂向防渗帷幕1-7；在防渗帷幕内的富水区安装自控抽提井1-5，控制开采区的浅层地下水水位；在防渗帷幕***富水区设置水质监测井2-3，监测地下水和地表水中的浸出剂浓度，指导开采区的浅层地下水水位控制；开采结束期先用清水再用低浓度氢氧化钙溶液，少量多次注液顶洗。
对应上述防控方法，在本实施例中，具体实施步骤如下：
（1）采用多种地质勘探方法查明开采区基岩断裂带和破碎带的空间分布特征，选取典型区域钻孔取样查明地层构造、岩土特性以及浅层地下水特征。
（2）以地下水动力学和注浆固结理论为指导，采用钻孔注浆方式在开采区基岩断裂带构筑水平防渗帷幕1-9，避免浸出剂通过基岩断裂带进入深层地下水；在开采区浅层基岩破碎带构筑垂向防渗帷幕1-7，避免浸出剂通过浅层基岩破碎带进入浅层地下水，如图1所示。其中，水平防渗帷幕和垂向防渗帷幕的防渗标准均为透水率<1Lu，垂向防渗帷幕的顶部略高于地表水或浅层地下水的平均水位（大概0.3-0.5米，开采区山体与地表水的边缘接触带）。
（3）依据开采区注液孔1-4布置、单孔注液强度和未开采时的浸润线1-6，在不同位置建设不同深度的自控抽提井1-5，进而形成开采区浅水层水位控制井阵，将开采区内浸润线1-6控制到略低于开采区外潜水层的位置，从而减小开采区内浸出液渗流进入区外地下水的可能性。
在矿区实施的平面布置，如图2所示，水平防渗帷幕1-9、自控抽提井1-5、***监测井2-3在矿区的平面布置上，可见与采区浅层地下水流向2-1和基岩裂隙走向2-2的位置关系。
（4）试采时，通过测定采区内的浅水层地下水水位和开采区***监测井2-3的水位，检测污染防控的基建效果，依据测试结果对水平或垂向防渗帷幕1-9、1-7进行加固。
（5）开采时，浸出剂通过位于表土覆盖层1-1的注液孔1-4进入离子型稀土风化矿层1-2，并渗流进入弱风化破碎基岩1-3，在液体的重力作用下进入自控抽提井1-5，由自控抽提井1-5中的深井潜水泵1-8抽出并输送至稀土提取车间。
（6）开采过程中通过采区***监测井2-3监测地下水中的浸出剂含量，当某监测井中的浸出剂含量高于预设值时，加大对应开采区自控抽提井1-5的抽提量。
（7）开采结束后，先在注液孔1-4注入清水顶洗，由自控抽提井1-5回收浸出剂；再由注液孔1-4少量多次注入pH值8-9的低浓度氢氧化钙溶液，消除残余浸出剂对矿体及周边环境的影响。
本发明特别适合于基岩浅埋且破碎的离子型稀土矿山，可助力生态矿山、数字矿山和智能矿山的建设。

Claims (6)

1.一种离子型稀土浅层地下水污染防控方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、在开采区，采用注浆防渗方法在开采区深部的基岩断裂带构筑水平防渗帷幕，在浅层基岩破碎带构筑垂向防渗帷幕，将开采区从矿区的地下水环境中独立出来；所述水平防渗帷幕和垂向防渗帷幕的防渗标准均为透水率<1Lu；所述垂向防渗帷幕的顶部高于地表水或浅层地下水的平均水位；
B、基于构筑的水平防渗帷幕和垂向防渗帷幕范围，在该范围内的注液富集区安装自控抽提井，用于控制开采区浅层地下水的水位低于区外潜水位；
C、在开采区的***设置数个地下水监测井，在试采期测试防渗帷幕和自控抽提井抽提工程对开采区内浅层地下水水位的控制效果，得到相应的监测结果，再根据监测结果改进防控工程；所述监测结果是指监测井的水质和水位监测结果，具体包括监测井的水位和浸出剂浓度；
D、在开采期，监测区外地下水的水质，用以调节抽提水位控制；
E、在开采结束期，先往矿体表层的注液孔中注入少量清水，回收残余浸出剂，再用低浓度氢氧化钙溶液进行注液顶洗。
2.根据权利要求1所述的一种离子型稀土浅层地下水污染防控方法，其特征在于：在步骤B中，是依据开采区注液孔的布置、单孔注液强度及未开采时的浸润线确定需要安装的自控抽提井个数及自控抽提井深度；其中，开采区内浸润线的位置低于开采区外潜水层的位置。
3.根据权利要求1所述的一种离子型稀土浅层地下水污染防控方法，其特征在于：在步骤B中，开采区浅层地下水位控制是由安装的多个自控抽提井构成井阵来实现，当开采区***的地下水监测井中浸出剂含量超过设定值时，则需要调整降低自控抽提井的控制水位。
4.根据权利要求1所述的一种离子型稀土浅层地下水污染防控方法，其特征在于：在步骤C中，所述地下水监测井分布于矿区浅层地下水流线上。
5.根据权利要求1所述的一种离子型稀土浅层地下水污染防控方法，其特征在于：在步骤D中，监测地下水监测井中地下水的水质，当监测到某监测井中的浸出剂含量高于预设值时，则加大对应开采区自控抽提井的抽提量，以调节自控抽提井的水位。
6.根据权利要求1所述的一种离子型稀土浅层地下水污染防控方法，其特征在于：在步骤E中，采用低浓度氢氧化钙溶液是进行少量多次的注液顶洗，其中低浓度氢氧化钙溶液的pH值8-9，单次顶洗量为每立方米矿石500L弱碱溶液，顶洗次数为2-3次。
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