权利要求
1.一种离子型
稀土矿原地浸出注液系统，其特征在于，包括：
分层注液装置，与所述注液井网连接，用于将浸取剂溶液分区注入矿体不同垂向层段，并将注液区域划分为至少一个上层注液区和至少一个下层注液区;
第一供液系统，与所述分层注液装置连接，用于向所述上层注液区输送第一浓度浸取剂;
第二供液系统，与所述分层注液装置连接，用于向所述下层注液区输送第二浓度浸取剂，所述第二浓度高于所述第一浓度;
收集系统，设置于矿体下游或底部，用于收集浸出液。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上层注液区对应矿体风化壳上部1/3至1/2厚度的区域，所述下层注液区对应矿体风化壳下部1/2至2/3厚度的区域。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分层注液装置包括可独立控制的多通道注液管或分层封隔器，实现对各注液区的独立注液控制。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述浸取剂选自二乙烯三胺-醋酸铵复合浸取剂，其中二乙烯三胺和醋酸铵质量浓度均为1%-2.5%，按照体积比1:1分别加入。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一浓度浸取剂的质量体积浓度为1.0%-1.4%，所述第二浓度浸取剂的质量体积浓度为1.5%-2.5%。
6.一种
离子型稀土矿原地浸出注液方法，其特征在于，采用权利要求1至5任一项所述的系统，包括以下步骤：
步骤S1：勘探矿体，确定风化壳厚度、稀土品位及杂质离子的垂向分布特征;
步骤S2：构建注液系统，施工注液井网，安装分层注液装置，连接供液系统与收集系统;
步骤S3：进行分层注液，向上层注液区注入第一浓度浸取剂，向下层注液区注入第二浓度浸取剂;
步骤S4：通过收集系统收集富稀土浸出液。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S3中，上层注液区与下层注液区的注液操作可同时进行、先后进行或交替进行。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述先后进行的注液顺序为：先向下层注液区注入第二浓度浸取剂，再向上层注液区注入第一浓度浸取剂，最后同时进行注液。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过调节各注液区的注液流速、注液压力和注液时间，使稀土总浸出率不低于90%。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法适用于高海拔地区，所述高海拔地区的海拔高度不低于2000米，且矿体风化壳厚度不低于8米。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于稀土矿
湿法冶金技术领域，具体涉及一种高海拔离子型稀土矿原地浸出注液系统及方法。
背景技术
[0002]离子型稀土矿因其富含经济及战略价值极高的中重稀土，而在全世界饱受关注。它广泛分布于我国江西、福建、湖南、广东、云南等南方省份，具有分布广、矿点多规模小、原矿放射性低、稀土配分齐全及富含中重稀土等特点。此外，我国离子型稀土矿占世界稀土矿储量的80%以上，中重
稀土资源丰富，是一类极具市场竞争力的战略性矿产。离子型稀土矿由于离子相稀土约占稀土总含量的70%以上，这导致了它无法通过常规的重、电、磁、
浮选等方法分离富集稀土精矿，只能采用浸出的方式得到含稀土的浸出液，再通过对稀土浸出液进行除杂-沉淀得到稀土精矿。从上世纪七十年代至今，离子型稀土矿的开采历经了桶浸和池浸、堆浸、原地浸取三代工艺。工业上目前主要采用原地浸出和堆浸工艺回收稀土，常用的稀土矿浸矿剂有硫酸铵、氯化铵和硫酸镁等。
[0003]然而，离子型稀土矿在原地浸出或堆浸过程中，为了获得较高的稀土浸出率，通常在整个矿体中采用高浓度的浸取剂，导致药剂成本高昂，并对环境造成潜在压力。离子型稀土矿的风化壳矿体具有典型的垂向分带性，上层矿体(全风化层)中，
铝、铁等杂质离子含量相对较高，而稀土品位相对较低;中下层矿体(半风化层至微风化层)则是稀土富集的主要区段。传统的均匀注液方式，会使高浓度浸取剂首先与上层大量杂质离子反应，不仅无效消耗了浸取剂，还导致浸出液中杂质含量升高，增加了后续沉淀、分离的负担和成本。
[0004]在高海拔地区，气温低、气压低、矿体风化壳厚度大，矿体的渗透性和化学反应速率因矿体高度过高而与低海拔地区有所不同，传统的“一刀切”式注液方法难以适应，导致浸出效率低下或药剂浪费。因此，亟需开发一种能够适应高海拔环境、降低浸取剂用量、同时有效抑制杂质离子浸出的高效、绿色开采新技术。
发明内容
[0005]鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高海拔离子型稀土矿原地浸出注液系统及方法。该发明通过创新的分层梯度注液策略，根据风化壳矿体不同深度稀土含量和杂质分布的特征，精准控制浸取剂的浓度，从而在保证稀土浸出率几乎不变的前提下，显著降低浸取剂的总消耗量，并有效减少上层高杂质区段杂质离子的共浸出。
[0006]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种高海拔离子型稀土矿原地浸出注液系统及方法，包括如下步骤：
注液井网：设置于待开采的稀土矿体之上，包括多个注液孔，所述注液孔的深度至少应贯穿风化壳矿体厚度的1/3~1/2以上;
分层注液装置：与所述注液井网连接，用于将不同浓度的浸取剂溶液注入矿体的不同深度层段;该装置能够将单个注液孔或整个注液区域在垂向上划分为上层注液区和下层注液区;
第一供液系统：与所述分层注液装置连接，用于配制并向所述上层注液区输送低浓度浸取剂，其质量体积浓度(wt%)为1.0%至1.4%;
第二供液系统：与所述分层注液装置连接，用于配制并向所述下层注液区输送高浓度浸取剂，其质量体积浓度(wt%)为1.5%至2.5%，且所述高浓度浸取剂的浓度始终高于所述低浓度浸取剂;
其中，所述上层注液区对应的风化壳矿体层段为其厚度的上部1/3~1/2部分;所述下层注液区对应的风化壳矿体层段为其厚度的下部1/2~2/3部分。
[0007]所述分层注液装置包括可独立控制的多通道注液管或分层封隔器，实现对各注液区的独立注液控制。
[0008]所述浸取剂为所述浸取剂选自二乙烯三胺-醋酸铵复合浸取剂，其中二乙烯三胺和醋酸铵质量浓度均为1%-2.5%，再按照体积比1:1分别加入。
[0009]所述低浓度浸取剂的质量体积浓度为1.0%-1.4%，所述高浓度浸取剂的质量体积浓度为1.5%-2.5%。
[0010]本发明还包括一种离子型稀土矿原地浸出注液方法，包括如下步骤：
矿体勘探与分区：对待开采的高海拔离子型稀土矿体进行地质勘探，确定风化壳的厚度、稀土品位和主要杂质(如铝、钙、铁)的垂向分布特征;
系统构建：在矿体表面施工注液井网，安装分层注液装置，并连接第一供液系统和第二供液系统;
分层注液：同时或先后启动第一供液系统(即低浓度浸取剂)和第二供液系统(即高浓度浸取剂)，进行原地浸出。
[0011]上层注液：通过分层注液装置，将所述低浓度浸取剂(1.0 wt%~1.4 wt%)注入上层注液区，即风化壳矿体的上部1/3~1/2部分。此区域杂质含量高，低浓度浸取剂在有效浸出稀土的同时，能最大限度地抑制杂质离子的交换与溶解。
[0012]下层注液：通过分层注液装置，将所述高浓度浸取剂(1.5 wt%~2.5 wt%)注入下层注液区，即风化壳矿体的下部1/2~2/3部分。此区域稀土含量高且品位相对稳定，高浓度浸取剂可确保稀土离子被充分交换和浸出，保证整体浸出率。
[0013]收集浸出液：在矿体下游或底部设置收集系统，收集富含稀土的浸出液，用于后续的萃取、沉淀和冶炼工序。
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、大幅降低浸取剂消耗：通过在上层高杂质区使用低浓度浸取剂，仅在关键的底层高稀土区使用高浓度浸取剂，可以节约浸取剂总用量约20%~40%，显著降低了药剂成本。
[0015]2、有效抑制杂质浸出：针对风化壳上层杂质离子(尤其是铝离子)含量高的特点，采用低浓度浸取剂可以显著降低杂质的浸出率。研究表明，与全层高浓度浸取相比，本方法可使浸出液中主要杂质(如铝)的浓度降低30%~60%，极大减轻了后续除杂工序的压力，降低了稀土损失和纯化成本。
[0016]3、保证稀土浸出率：尽管上层采用了低浓度浸取剂，但由于下层高品位矿体得到了高浓度浸取剂的强化浸出，最终的整体稀土浸出率与传统全层高浓度方法相比几乎保持不变，可稳定达到90%以上。
[0017]4、环境友好：浸取剂用量的减少直接意味着向环境排放的化学药剂减少，降低了开采活动对高海拔脆弱生态环境的潜在影响，更符合绿色矿山的建设理念。
[0018]5、适应高海拔环境：本系统通过精准的分层控制，可以根据高海拔地区矿体的实际渗透性和反应条件，灵活调整各层的注液压力和流速，提高了开采工艺的适应性和稳定性。
附图说明
[0019]图1是本发明实施例所提供的一种高海拔离子型稀土矿原地浸出注液系统的结构示意图。
[0020]注：图中垂直虚线框为注液井网及注液孔示意，每个井网分为上层注液位置1和下层注液位置2。上层注液位置1由第一供液系统提供第一浓度复合浸取剂，下层注液位置2由第二供液系统提供第二浓度复合浸取剂。最后浸出液汇流，通过底部集液系统收集所有稀土浸出液。
具体实施方式
[0021]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0022]本发明的实施例中，所述浸取剂为所述浸取剂选自二乙烯三胺-醋酸铵复合浸取剂，其中二乙烯三胺和醋酸铵质量浓度均为2.0%，再按照体积比1:1混合所得复合浸取剂溶液。
[0023]使用过程中所用的复合浸取剂溶液浓度是指将得到的复合浸取剂溶液加水配置得到的相应浓度。
[0024]实施例1：高海拔离子型稀土矿原地浸出注液系统的应用
选取位于云南省某高海拔(海拔约2800米)地区的离子型稀土矿作为试验矿区。该矿区风化壳厚度平均为12米，其中：上层(0~4米)为全风化层，稀土品位较低(REO含量为0.03%)，铝离子含量较高(Al2O3约为8%);下层(4~12米)为半风化层至微风化层，稀土品位较高(REO含量为0.12%)，为稀土富集区。注液孔深度为8米，贯穿风化壳厚度的2/3;设置分层注液装置，将注液孔划分为上层注液区(0~4米)和下层注液区(4~8米);上层注液区连接第一供液系统，注入低浓度复合浸取剂溶液(二乙烯三胺-醋酸铵复合浸取剂1.2 wt%);下层注液区连接第二供液系统，注入高浓度复合浸取剂溶液(二乙烯三胺-醋酸铵复合浸取剂2.0 wt%)。上层注液速率为0.5 L/min，下层注液速率为0.8 L/min;连续注液至矿体出液口无含稀土的浸出液流出，收集稀土浸出液进行分析。结果表明，稀土总浸出率为91.3%;浸出液中铝离子浓度为78 mg/L，相比传统高浓度注液法(对比例1)杂质铝含量降低了约52%;浸取剂总用量减少约32%，显著降低了生产成本。
[0025]实施例2：不同注液浓度组合
与实施例1相同，选取该离子型稀土矿作为试验矿区，调整注液浓度组合。上层注液区连接第一供液系统，注入浓度为1.0 wt%的低浓度复合浸取剂溶液(二乙烯三胺-醋酸铵复合浸取剂);下层注液区连接第二供液系统，注入浓度为1.8 wt%的高浓度复合浸取剂溶液(二乙烯三胺-醋酸铵复合浸取剂)。结果表明，稀土总浸出率为90.1%;浸出液中铝离子浓度为82 mg/L，相比传统高浓度注液法(对比例1)杂质铝含量降低了约48%;浸取剂总用量减少约28%。在保持稀土浸出率基本不变的前提下，适当降低上层注液浓度可有效抑制杂质共浸出，具有良好的经济性。
[0026]实施例3：不同矿区及注液顺序
选取江西赣州某离子型稀土矿，矿区海拔约550 m，矿体风化壳矿体厚度约为15m。其中上层(0-5 m)为全风化层，其REO含量为0.04%，Al2O3含量为9%;下层(5-15 m)为半风化层和微风化层，其REO含量为0.15%，Al2O3含量为3 %。对比实施例1，调整工艺顺序和浸取剂种类，注液顺序改为：
第1天：仅下层注液，选用浓度为2.2 wt%的复合浸取剂溶液(二乙烯三胺-醋酸铵复合浸取剂);
第2天：仅上层注液，选用浓度为1.3 wt%的复合浸取剂溶液(二乙烯三胺-醋酸铵复合浸取剂);
第3天开始：上下同时注液，维持各自浓度，连续注液至矿体出液口无含稀土的浸出液流出，收集稀土浸出液进行分析。结果表明，稀土总浸出率为92.1%;浸出液中铝离子浓度为68 mg/L，相比传统高浓度注液法杂质铝含量降低了约55%;浸取剂总用量减少约29%，显著降低了药剂成本。因此，逆序注液可优先在高品位区建立“稀土通道”，减少上层
低品位区对高剂量的提前消耗，杂质抑制更明显。
[0027]对比例1：传统浸取剂高浓度注液法(现有技术)
矿体概况与实施例1相同。选取位于云南省某高海拔(海拔约2800米)地区的离子型稀土矿作为试验矿区。该矿区风化壳厚度平均为12米，其中：上层(0~4米)为全风化层，稀土品位较低(REO含量为0.03%)，铝离子含量较高(Al2O3约为8%);下层(4~12米)为半风化层至微风化层，稀土品位较高(REO含量为0.12%)，为稀土富集区。
[0028]注液孔深度为8米，贯穿风化壳厚度的2/3;设置分层注液装置，将注液孔划分为上层注液区(0~4米)和下层注液区(4~8米);上层注液区连接第一供液系统，注入低浓度硫酸铵溶液(1.2 wt%);下层注液区连接第二供液系统，注入高浓度硫酸铵溶液(2.0 wt%)。上层注液速率为0.5 L/min，下层注液速率为0.8 L/min;连续注液至矿体出液口无含稀土的浸出液流出，收集稀土浸出液进行分析。
[0029]结果表明，稀土总浸出率为90.8%;浸出液中铝离子浓度为162 mg/L;浸取剂总用量为实施例1的1.32倍。传统方法杂质共浸出严重，药剂消耗大，后续除杂负担重，环境压力大。
[0030]对比例2：传统浸取剂低浓度注液法
矿体概况与实施例1相同。选取位于云南省某高海拔(海拔约2800米)地区的离子型稀土矿作为试验矿区。该矿区风化壳厚度平均为12米，其中：上层(0~4米)为全风化层，稀土品位较低(REO含量为0.03%)，铝离子含量较高(Al2O3约为8%);下层(4~12米)为半风化层至微风化层，稀土品位较高(REO含量为0.12%)，为稀土富集区。不进行分层注液，统一注入1.2 wt%硫酸铵溶液;注液速率为0.5 L/min。结果表明，稀土总浸出率为82.4%，显著低于实施例1;铝离子浓度为65 mg/L，虽然较低，但稀土回收率不足;虽药剂用量降低约40%，但整体经济性差。因此，传统全程低浓度注液虽能减少杂质浸出，但稀土浸出率下降明显，不利于资源高效回收。
[0031]对比例3：上层注入高浓度和下层注入低浓度复合浸取剂
矿体概况与实施例1相同。选取位于云南省某高海拔(海拔约2800米)地区的离子型稀土矿作为试验矿区。该矿区风化壳厚度平均为12米，其中：上层(0~4米)为全风化层，稀土品位较低(REO含量为0.03%)，铝离子含量较高(Al2O3约为8%);下层(4~12米)为半风化层至微风化层，稀土品位较高(REO含量为0.12%)，为稀土富集区。上层注液区连接第一供液系统，注入高浓度复合浸取剂溶液(2.2 wt%);下层注液区连接第二供液系统，注入低浓度复合浸取剂溶液(1.2 wt%)。其余条件不变，收集稀土浸出液进行分析。结果表明，稀土总浸出率为86.6%;浸出液中铝离子浓度为128 mg/L，相比传统高浓度注液法(对比例1)杂质铝含量降低了约20%;浸取剂总用量减少约36%。
[0032]对所有实施例和对比例进行对比，结果如表1所示。由表可知，通过使用本发明所述的注液系统及方法，不仅对高海拔离子型稀土矿的开采效果良好，同样对传统低海拔离子型稀土矿区适用，效果显著。
[0033]表1 实施例对比例综合情况对比
[0034]上述实例仅是为了清楚地说明所做的示例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或者变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。
说明书附图(1)
声明：
“高海拔离子型稀土矿原地浸出注液系统及方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：湖北三峡实验室, 武汉工程大学
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2026年08月06日 ~ 08日 
