一种离子吸附型稀土矿原位浸出开采无损监测方法技术

本发明专利技术公开了一种离子吸附型稀土矿原位浸出开采无损监测方法，针对离子型稀土原位浸出开采广泛存在的环境污染问题，依次进行的步骤为：地球物理电阻率法数据采集，反演约束，电阻率法数据解译，钻探验证，岩土取心与物性测试，最后可精准圈定矿区开采范围内的浸矿液体迁移范围，并可开展不定期环境监测。该方法有效快速监测浸矿液体的迁移，仅需少量钻孔验证，对矿区地质环境损害极小，为离子型稀土矿原位溶浸开采过程的注液动态监控、污染防控及环境问题监测提供基础数据支撑，有助于生态绿色和可持续矿山的建设。色和可持续矿山的建设。色和可持续矿山的建设。

【技术实现步骤摘要】
一种离子吸附型稀土矿原位浸出开采无损监测方法


[0001]本专利技术属于离子吸附型稀土矿监测
，具体涉及一种离子吸附型稀土矿原位浸出开采无损监测方法。

技术介绍

[0002]离子吸附型稀土矿是1969年在我国江西首先被发现的一种新型外生稀土矿物，该类矿物广泛分布于我国江西、广东、广西、湖南、福建、云南、浙江等南方省份。离子型稀土以离子形式吸附在矿物上的，如高岭土，蒙脱，大多像土，含量在0.3～0.05％左右，可用电解质淋洗出来。离子吸附型稀土矿的稀土配分齐全，富含中重稀土元素，是我国宝贵的战略矿产资源。
[0003]离子型稀土先后经历了池浸、堆浸和原地浸矿，目前大力推行原地浸出工艺，它被认为是现有最环保的一种开采模式，它不需要剥离表土和开挖矿体，在矿区按照一定井网参数布设注液井，将浸矿溶液经井(孔)注入矿体，通过发生化学置换反应，使浸矿液中铵根离子将粘土表面的稀土离子解吸下来，形成的稀土浸出液在矿体中渗透流动，在山脚处的积液沟或收液巷道汇集，再经水冶车间的除杂，最后用碳酸氢铵沉淀，实现稀土资源回收的目的，该方法具有不破坏植被、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。
[0004]经过近50年的努力，尽管已建成以原地浸矿为代表的离子型稀土提取工艺，但在离子型稀土开发过程中，多凭经验确定注液井网距离以及注液速度，造成资源浸取率随机性大，“稀土浸到哪儿了”、“浸出液流去哪儿了”等问题一直未得到很好的解决。尚未建立有效的浸矿液体渗透理论和迁移监测机制，容易造成浸矿溶液及稀土资源的双重损失。
[0005]原地浸矿工艺具有池浸工艺、堆浸工艺不可比的优越性，但也存在着较为严重的环境风险。原地浸矿需要注入大量的浸矿溶液(比池浸、堆浸所用的量都要大，生产1吨稀土需要加入5吨左右的硫酸铵)，大量的浸矿溶液注入到矿体后，吸附和驻留于上体中，不断随着降雨的淋洗及入渗作用在土体中迁移转化，不断向周边土壤和水体迁移，过量氨氮会造成土壤污染、地表植被枯死、土地盐渍化、水体富营养化等一系列严重的生态环境问题，甚至会威胁人体健康。有研究表明，矿山废弃多年后，仍然可以在周围土壤及水体中检测到高含量的铵态氮，闭矿5年的稀土矿残留含量最高值仍能达到119.2mg.kg
‑1，氨氮污染将长期危害稀土闭矿区生态环境，急需提出切实可行的氨氮化合物迁移分布规律研究及相关治理措施，这种迁移变化规律也有待于长时间的动态监测。
[0006]专利CN113933354A公开了一种离子型稀土矿原位溶浸的注液渗流监测方法，通过高密度电阻率法结合地下水钻孔观测，实现了注液区地下渗流迁移方向、汇流区域和影响范围的检测。但该专利限定了高密度电阻率法的使用，由于其探测深部有限，对于地形起伏大或风化层厚度大的矿山不具备施工可能性，且仅适用于矿山开采过程中的浸矿溶液渗流监测，无法用于矿山闭矿以后的污染物迁移监测。并且该专利实际上是一种应用实例的描述，缺乏相应的理论基础，特别是为什么浸矿溶液对岩土电阻率的改变缺乏依据。
[0007]基于上述稀土原地浸矿存在的氨氮迁移问题，在多次现场试验总结基础上。本专利技术结合地球物理电阻率法、地质钻孔取样、水文地质试验等技术手段，提出一种离子吸附型稀土矿原位浸出开采无损监测方法。本专利技术可有效解决浸矿过程中的浸矿溶液追踪、浸润边界圈定及闭矿后污染物环境监测的难度问题，本专利技术结果对离子型稀土原地浸矿开采注液施工提供基础数据支撑，完善离子型稀土矿区土壤氮化物的迁移过程、指导氨氮污染的治理具有重要意义。有助于生态绿色和可持续矿山的建设。

技术实现思路

[0008]本专利技术基于浸矿溶液携带大量的高导电解质，参考Archie饱和砂土的电阻率公式，ρ＝αρ
w
n
‑
m
，式中，ρ是浸矿后的岩土电阻率，ρ
w
是浸矿溶液电阻率，α是土性参数，m是胶结系数，n是孔隙率浸。在岩土体参数一定的情况下，浸润区域的岩土电阻率与浸矿溶液电阻率直接正相关，受浸矿溶液的浸润影响岩土体电阻率受到了极大的改变，表现为极低阻特征，比破碎带、地下水含水层、地表水等低阻体电阻率更低，与未注液区域形成明显的电阻率差异，为基于电阻率差异的一种离子吸附型稀土矿原位浸出开采无损监测方法提供了物性前提。结合原位浸出开采的浸矿溶液迁移特点，合理运用地球物理电阻率法、地质钻孔取样、水文地质试验技术手段的优势特点，提供一种离子吸附型稀土矿原位浸出开采无损监测方法。
[0009]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0010]一种离子吸附型稀土矿原位浸出开采无损监测方法，所述方法包括以下步骤：
[0011]S1、依据离子型稀土矿矿区的基础地质资料，开展以地球物理电阻率法测量的数据采集观测系统设计；所述地球物理电阻率法用于探明矿区注液区与未注液区内岩土体的电阻率差异；
[0012]S2、采集并处理地球物理电阻率法的观测数据，反演绘制电阻率断面等值线图；
[0013]S3、开展地质钻孔取样和岩土测试，确定地层岩性、地质构造和地层厚度，测定岩土的孔隙度、含水率、总磷浓度、pH值、电阻率和氨氮浓度；所述地质钻孔取样是在地球物理电阻率法测量区域内展开，地质钻孔取样获得的岩土样品用于开展岩土测试；
[0014]S4、以步骤S3获取的钻孔物性参数验证步骤S2中地球物理电阻率法反演解译结果；
[0015]S5、整合步骤S1至步骤S4获得的地质条件参数，构建稀土矿区浸矿溶液浸润迁移扩散三维地质模型；
[0016]S6、以浸矿溶液浸润迁移扩散三维地质模型，圈定稀土矿区浸矿溶液的浸润范围和迁移深度，为原位浸矿开采的注液施工和/或闭矿后的污染物迁移提供动态监测。
[0017]进一步的，步骤S1中，所述基础地质资料包括矿区范围、矿产地质、水文地质、岩土体性质、地质图和地形图中的一种或多种。
[0018]进一步的，步骤S1中，所述地球物理电阻率法包括高密度电阻法、激发极化法、探地雷达法、瞬变电磁法和音频大地电磁法中的一种或多种。
[0019]进一步的，步骤S1中，所述采集观测系统设计包括测量方法、测量装置、分辨率、测线方向、测线长度、电极距和工作量中的一种或多种。
[0020]进一步的，步骤S2中，处理地球物理电阻率法的观测数据内容包括数据转换、坏点
剔除、地形校正和数据反演。
[0021]进一步的，步骤S4中，所述钻孔地质参数对步骤S2中电阻率法数据解译结果的验证，主要表现为：用已知信息对地层分界面、岩土体分界面、破碎带、浸矿溶液浸润边界和浸润深度的精准描述。
[0022]进一步的，步骤S5中，所述稀土矿区浸矿溶液浸润迁移扩散三维地质模型的地质条件参数包括：地形地貌、地层结构、岩土物性和反演电阻率。
[0023]进一步的，步骤S6中，所述浸润范围和迁移深度为地球物理电阻率法反演电阻率断面图中的低阻区域。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025]本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子吸附型稀土矿原位浸出开采无损监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、依据离子型稀土矿矿区的基础地质资料，开展以地球物理电阻率法测量的数据采集观测系统设计；所述地球物理电阻率法用于探明矿区注液区与未注液区内岩土体的电阻率差异；S2、采集并处理地球物理电阻率法的观测数据，反演绘制电阻率断面等值线图；S3、开展地质钻孔取样和岩土物性测试，确定地层岩性、地质构造和地层厚度，测定岩土的孔隙度、含水率、总磷浓度、pH值、电阻率和氨氮浓度；所述地质钻孔取样是在地球物理电阻率法测量区域内展开，地质钻孔取样获得的岩土样品用于开展岩土物性测试；S4、以步骤S3获取的钻孔物性参数验证步骤S2中地球物理电阻率法反演解译结果；S5、整合步骤S1至步骤S4获得的地质条件参数，构建稀土矿区浸矿溶液浸润迁移扩散三维地质模型；S6、以浸矿溶液浸润迁移扩散三维地质模型，圈定稀土矿区浸矿溶液的浸润范围和迁移深度，为原位浸矿开采的注液施工和/或闭矿后的污染物迁移提供动态监测。2.根据权利要求1所述的一种离子吸附型稀土矿原位浸出开采无损监测方法，其特征在于，步骤S1中，所述基础地质资料包括矿区范围、矿产地质、水文地质、岩土体性质、地质图和地形图中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种离子吸附型稀土矿原位浸出开采无损监测方...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘应冬，龚大兴，朱志敏，周家云，
申请(专利权)人：中国地质科学院矿产综合利用研究所，
类型：发明
国别省市：