一种离子型稀土开采工艺地下水污染防控方法技术

本申请公开了一种离子型稀土开采工艺地下水污染防控方法，属于采矿技术领域，解决了现有技术中离子型稀土开采工艺的防渗帷幕、防渗布等防渗手段不可避免地对周遭环境造成不可逆的改变的问题。本申请的技术方案中，包括以下步骤：根据稀土采区的地质条件和矿床分布，在需要进行冻结的冻结屏障区域内遍布热虹吸管，相邻的两个热虹吸管之间间隔设置；向热虹吸管内注入工作流体介质；通过热虹吸管对矿床周围的基质冷冻并形成冻土型冻结屏障；监测热虹吸管及其周边基质的温度，保持冻土型冻结屏障的完整。本申请的优点在于：在开采区边缘形成完整的冻结屏障，防止污染物的渗出，并且不会对周遭环境造成不可逆的改变。不会对周遭环境造成不可逆的改变。

【技术实现步骤摘要】
一种离子型稀土开采工艺地下水污染防控方法


[0001]本专利技术涉及一种离子型稀土开采工艺地下水污染防控方法，属于采矿


技术介绍

[0002]我国离子型稀土的开采工艺主要有：地浸工艺、堆浸工艺和原地浸矿工艺。原地浸矿工艺一般是通过收液系统也就是集液沟来进行母液回收。虽然原地浸矿工艺和前两种工艺相比有不破坏矿区表面植被、不产生尾矿、不用挖取原矿石、减少矿区水土流失和地形地貌的改变等优点。但是在通过注液井对矿体注入配置好的硫酸铵溶液进行交换的过程中，残留的溶液以及经铵离子作用后的重金属元素会通过渗透作用却不可避免地对周边的地下水资源造成污染。
[0003]针对这种情况，现有技术大部分是在收液工程部分，尽量提高收液效率，但是因为离子型稀土矿特殊的成矿位置及其地质地貌，离子型稀土矿的含矿层上部和底部多是不透水的粘土岩(隔水顶板、隔水底板)，含矿层则是透水的砂岩，在注入溶浸液后，母液和废液必定会自含矿层砂岩中渗出，对周边环境造成污染。虽然后期可以利用化学手段来去除被污染后的土壤和地下水中的氨氮和重金属元素，但是去除效果欠佳，不能够完全去除氨氮和重金属元素。
[0004]现有技术中出现了一些防渗手段，例如通过注浆法为矿区制造防渗帷幕、防渗布等手段，但是其不可避免地对周遭环境造成不可逆的改变。并且并不能做到在低成本的情况下对整个开采区下部形成一个完整的屏障，多是在部分基岩断裂带布置，还有部分防渗措施也是主要集中在对收液沟和母液的集液池做防渗处理，而并没有考虑开采区。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中离子型稀土矿原位溶浸开采存在的矿区生态环境问题，本专利技术提供一种离子型稀土开采工艺地下水污染防控方法，在开采区边缘形成完整的冻结屏障，防止污染物的渗出。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采取的技术方案是，一种离子型稀土开采工艺地下水污染防控方法，包括以下步骤：
[0007]S1)勘察稀土采区的地质条件和矿床分布，确定冻结屏障的位置和形状；
[0008]S2)根据冻结屏障的位置和形状，在需要进行冻结的冻结屏障区域内遍布热虹吸管，相邻的两个热虹吸管之间间隔设置；
[0009]S3)向热虹吸管内注入工作流体介质；通过热虹吸管对矿床周围的基质冷冻并形成冻土型冻结屏障；
[0010]S4)监测热虹吸管及其周边基质的温度，保持冻土型冻结屏障的完整。
[0011]优化的，上述离子型稀土开采工艺地下水污染防控方法，冻结屏障呈环形围绕矿床设置，矿床的下方为粘土岩形成的隔水底板，矿床的上方为粘土岩形成的隔水顶板，冻结屏障的上端穿过隔水顶板，冻结屏障的下端伸入粘土岩形成的隔水底板内；矿床位于隔水
底板、隔水顶板和冻结屏障围成的区域内。
[0012]优化的，上述离子型稀土开采工艺地下水污染防控方法，热虹吸管为直线型热虹吸管；在步骤S2)中，在需要进行冻结的冻结屏障区域内选取若干钻孔位，在钻孔位钻取用于放置直线型热虹吸管的竖井，且竖井的穿过矿床上方的粘土岩形成的隔水顶板且竖井的下端插入矿床下方的粘土岩形成的隔水底板。
[0013]优化的，上述离子型稀土开采工艺地下水污染防控方法，竖井的钻取深度大于直线型热虹吸管需埋设的长度10
‑
20厘米；所述竖井的成孔直径大于等于直线型热虹吸管直径的1.5倍；直线型热虹吸管上部的散热段高出竖井的端部开口，直线型热虹吸管与竖井之间的间隙通过细砂土填充。
[0014]优化的，上述离子型稀土开采工艺地下水污染防控方法，热虹吸管内部灌注有工作流体；所述热虹吸管连接有制冷机组和循环管道，热虹吸管通过循环管道与制冷机组连接，制冷机组通过循环管道对热虹吸管内的工作流体进行循环；工作流体包括氨、氟利昂、碳二氧化硅、丙烷等。
[0015]优化的，上述离子型稀土开采工艺地下水污染防控方法，制冷机组的控制端连接有控制系统，控制系统控制制冷机组进行主动循环和被动循环；
[0016]控制系统控制制冷机组进行主动循环时，控制系统打开制冷机组的主动制冷设备，主动制冷设备对热虹吸管内的工作流体进行循环；
[0017]控制系统控制制冷机组进行主动循环时，控制系统关闭制冷机组的主动制冷设备，利用外界冷空气和土壤中相对较高的温度对工作流体进行循环。
[0018]优化的，上述离子型稀土开采工艺地下水污染防控方法，在冻结屏障区域的外围设置数个水质监测井；在稀土开采过程中，监测水质监测井内水质的浸出剂浓度。
[0019]优化的，上述离子型稀土开采工艺地下水污染防控方法，在步骤S2)中，根据冻结屏障的形状和位置，在热虹吸管各个部位设置温度传感器，温度传感器连接控制系统；温度传感器监测热虹吸管各个部位的温度是否在冰点以下。
[0020]本申请的有益效果为：本申请的冻结屏障可应用于浅层土壤或数千米的深处，可以有效的针对不同深度的稀土矿床进行防渗处理，应用范围较广。
[0021]采用冻结屏障，可以将包含放射性核素或大多数其他化学、生物、液体或固体隔离，防止污染物质渗入周边环境，减少开采的环境危害。
[0022]对环境无害，在冻结屏障形成和维护的过程中几乎不产生有害废物。并且冻结屏障可持续维护使用，生命周期长，运行成本低等优点。
[0023]基于土体中存在的水分，在使用时基本不需要在土体中注水，在安装操作方面也较便捷，使用灵活。
附图说明
[0024]图1为本申请的离子型稀土开采工艺地下水污染防控方法的原理示意图；
[0025]图2为本申请的离子型稀土开采工艺地下水污染防控方法的俯视原理图；
[0026]图3为本申请的热虹吸管的原理示意图。
[0027]其中，直线型热虹吸管为1、制冷机组为2、循环管道为3、控制系统为4、矿床为5、冻结屏障为6、温度传感器为7、水质监测井为8、抽注孔为9、隔水顶板为10、隔水底板为11。
具体实施方式
[0028]下面结合附图与具体实施例进一步阐述本专利技术的技术特点。
[0029]如图1和图2所示，本专利技术为一种离子型稀土开采工艺地下水污染防控方法，其技术方案中使用热虹吸管形成冻结屏障(6)，通过抽注孔(9)对离子型开采的稀土矿床(5)开采时，使用冻结屏障(6)对稀土矿床(5)进行隔离。本申请的离子型稀土开采工艺地下水污染防控方法，需要依靠冻结屏障生成系统实现。
[0030]此时实例中，冻结屏障生成系统包括若干热虹吸管、制冷机组(2)、循环管道(3)和控制系统(4)组成；循环管道(3)包括供应管道和返回管道，热虹吸管通过供应管道与制冷机组(2)的供液端连接，制冷机组(2)通过供应管道向热虹吸管输送工作流体。热虹吸管通过返回管道连接制冷机组(2)的工作流体回收端，热虹吸管内的工业液体通过返回管道回到制冷机组(2)。
[0031]控制系统(4)控制制冷机组(2)的工作。通过控制系统(4)的控制，整个冻结屏障生成系统可以实现主动循环工作模式和被动循环工作模式。
[0032]主动循环工作模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子型稀土开采工艺地下水污染防控方法，其特征在于：包括以下步骤：S1)勘察稀土采区的地质条件和矿床分布，确定冻结屏障的位置和形状；S2)根据冻结屏障的位置和形状，在需要进行冻结的冻结屏障区域内遍布热虹吸管，相邻的两个热虹吸管之间间隔设置；S3)向热虹吸管内注入工作流体介质；通过热虹吸管对矿床周围的基质冷冻并形成冻土型冻结屏障；S4)监测热虹吸管及其周边基质的温度，保持冻土型冻结屏障的完整。2.根据权利要求1所述的离子型稀土开采工艺地下水污染防控方法，其特征在于：所述冻结屏障呈环形围绕矿床设置，矿床的下方为粘土岩形成的隔水底板，矿床的上方为粘土岩形成的隔水顶板，冻结屏障的上端穿过隔水顶板，冻结屏障的下端伸入粘土岩形成的隔水底板内；矿床位于隔水底板、隔水顶板和冻结屏障围成的区域内。3.根据权利要求2所述的离子型稀土开采工艺地下水污染防控方法，其特征在于：热虹吸管为直线型热虹吸管；在步骤S2)中，在需要进行冻结的冻结屏障区域内选取若干钻孔位，在钻孔位钻取用于放置直线型热虹吸管的竖井，竖井的穿过矿床上方的粘土岩形成的隔水顶板且竖井的下端插入矿床下方的粘土岩形成的隔水底板。4.根据权利要求3所述的离子型稀土开采工艺地下水污染防控方法，其特征在于：竖井的钻取深度大于直线型热虹吸管需埋设的长度10
‑
20厘米；所述竖井的成孔直径大于等于直线型热虹...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉植强，杨忠心，刘东浩，沐方元，王策，袁梦楠，于峰，姜岳，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：