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离子吸附型稀土研究、勘查、开发利用史上一些重大事项的回顾(三)

作者:丁嘉榆 来源:《稀土信息》2017年第5期 日期:2017-06-15 加入收藏

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6. 关于“离子型”稀土研究、勘查、开发利用史上若干重要的时间节点与重要事件

6.1 关于各种类型“离子矿”的发现和勘查

  世界首次接触“离子矿”:上世纪六十年代中、后期,九0 八地质队第一次接触了“离子型”稀土矿——江西赣县下汶滩稀土矿。在花岗岩风化壳中发现含有稀土,但由于受当时技术条件的限制,该队按传统勘察与评价方法,将其否定。“离子型”稀土发现后,后续工作确认它是“离子型稀土重稀土矿”。

  世界首例重稀土型“离子矿”的发现与勘查:前已述及,1969 年底,九0 八地质队发现江西龙南七0 一“离子型”稀土矿。该矿赋存在花岗岩风化壳中,属于高钇型“离子型重稀土矿”。该类型离子矿,其稀土配分中,一般Y2O3 ≥ 55~60%,Dy2O3、Eu2O3 含量较高,一般≥ 6~8%。矿区范围约40km2。储量达大型规模。这是世界上经正式勘查、命名的第一个“离子吸附型”稀土矿。也是世界上发现的首例“重稀土型”离子矿。迄今,重稀土类型离子矿很少见。据笔者所知,只有屈指可数的少数几个矿。量大面广的是后面将要介绍的轻稀土型离子矿和中钇富铕型离子矿。

  上世纪七十年代初,中国科技工作者通过对该矿的研究,于世上首次发现和命名了“离子相”矿物、“离子相”稀土矿物和“离子型”稀土矿,并发明了它的提取工艺,为世界矿物史、稀土矿种史的发展作出了重大贡献。

  世界首例轻稀土型“离子矿”的发现与勘查:1972 年,九0 九地质队发现江西寻乌七二一0“离子型”稀土矿。该矿赋存在花岗斑岩、凝灰熔岩、凝灰岩风化壳中,属于低钇富铕型“离子型轻稀土矿”。这是世上发现的首例“轻稀土型”离子矿。该矿区属丘陵低山地形,地表植被优于龙南七0 一矿区,火成岩风化后,裸露地表呈中、细粒砂粒,以细粒为主,渗透性能比龙南矿差。该类型离子矿稀土配分中,轻稀土含量一般≥ 55~60%,Y2O3 一般≤ 20%,Eu2O3 一般0.4~0.8%。矿区范围约几十平方千米。储量达大型规模。这是世界上第二个经正式勘查、命名的“离子吸附型”稀土矿。

  世界上第二例轻稀土型“离子矿”的发现与勘查:世上第三个经正式勘查、命名的“离子吸附型”稀土矿,是上世纪七十年代中、后期发现的广东平远矿区,它亦为“离子型轻稀土矿”。这是世上发现的第二例“轻稀土型”离子矿。赋存于火成岩风化壳中,矿区范围约几十平方千米,储量达大型规模。平远、寻乌两个大型稀土矿,相距仅几十公里。

  三大离子矿奠定了我国离子矿早期的储量基础:经正式勘查的龙南、寻乌、平远三大“离子型”稀土矿,是我国早期发现的三个大型规模“离子矿”。这三个大型规模的“离子矿”,奠定了我国“离子矿”的早期储量基础。

  南方多地发现“离子矿”:此后,在赣、粤、闽、湘、桂各地的火成岩风化壳中,先后发现各种类型的“离子型”稀土矿。此外,还有在云、浙发现“离子矿”的信息传出或报道。

  南方诸省(区)“离子矿”资源的面上调查:上世纪八十年代中、后期,赣州所根据上级要求,对赣、粤、闽、桂、湘的几十个重点“离子型”稀土赋存县的稀土资源,开展了面上的调查。几年来,摸索了主要分布区、重点靶区,预估了部分资源量。据掌握的情况,时至今日,南方诸省业已开发的“离子矿”,基本上都在当年面上调查时圈定的赋矿区域之内。笔者在几十年的工作生涯中,调查、考察过这些离子矿。

  世界首批中钇富铕型“离子矿”的发现与勘查:1985 年,赣州所在为地方技术服务过程中,于世上首次发现以江西信丰为典型代表的一批“中钇富铕型”离子型稀土矿。其地形、地貌与前述两类型离子矿类似,但地表植被各有千秋。该类离子矿的稀土配分中,一般Y20320~40%,Eu2O30.4~0.8%。它们也都赋存于花岗岩风化壳中。前述“重稀土型”与“轻稀土型”离子矿,比“中钇富铕型”离子矿矿体连续性相对较好,品位、厚度相对稳定。而“中钇富铕型”稀土矿的典型特征是:“鸡窝状”,量大面广,点多矿众,品位与厚度变化很大,矿体往往延伸至基准浸蚀面以下,或地下水稳定界面之下。独立矿点储量较小,开发条件逊于前述两类型矿。

  据此,1986 年,赣州所依据该类型稀土以及龙南类型重稀土、寻乌类型轻稀土的稀土配分特点,遵循市场规律,提出了“离子型”稀土基本类型的划分原则,划分和命名了三种基本类型的“离子矿”(详见前文),延用至今。

  广西稀土资源开发揭开序幕:上世纪八十年代后期,赣州所分析专业老前辈余南廉教授,在参加全国政协会议时获悉,广西高速公路、铁路建设,揭露许多有可能属于“离子矿”的山体剖面。赣州所据此线索开展调查,证实广西拥有众多的“离子型”稀土资源,由此揭开广西开发、应用“离子矿”资源的序幕。并由此将对稀土矿的技术服务工作,覆盖到桂。

  世上首例发现在一个县域范围内同时赋存三种基本类型的“离子矿”:2006 年至2013 年,笔者参与福建某地稀土资源调查与勘查工作。首先,关于该区域的稀土资源面上的调查,在约1400km2 花岗岩赋存区域内,圈出重点找矿靶区9 个,面积共约600km2。对该范围内稀土资源的调查结果表明,预测“离子型”稀土资源量巨大,达超大型规模,且三种基本类型的“离子矿”均有赋存。据笔者所知,在一个县域区域范围内,各种类型的“离子型”稀土资源同时赋存齐全,尚属首次发现。

  其次,关于对该区域内的某靶区,通过国土资源部批准的招、投标,而获得的探矿权范围内的正式地质勘查工作,经几年的勘查,在约40km2 的范围内,查明稀土储量达大型规模。该矿储量资料已进国家储量表。该矿区稀土资源属低钇低铕与低钇富铕型“离子矿”。

  世界首例发现的在浅变质岩风化壳中赋存的“离子矿”:赣南地调大队于2013 年3 月开始执行江西省勘查基金项目,2015 年3 月提交勘查报告。在江西宁都的浅变质岩系风化壳中,发现“离子型”稀土矿,储量达中等规模。这是世界上首次在浅变质岩系风化壳中发现“离子型”稀土矿。它是继在火成岩风化壳中发现“离子型”稀土矿后,在世界上另外一大类岩系风化壳中发现“离子型”稀土矿。这一发现,颠覆了过去人们对离子型稀土只赋存在火成岩风化壳中的认识。这就意味着,人们从此可在世上三大岩系中的两大岩系找到“离子矿”。由此足证,宝贵的“离子型”稀土矿有了更多的新的来源。笔者认为,此讯息亦可进一步佐证,这些年来所谓的“离子型”稀土资源“枯竭论”,不符合我国实际情况。毫无疑义,这一重大发现,具有重大的意义。它正像1969 年在火成岩风化壳中发现“离子型”稀土一样,也是非常激励与振奋人心的重大事件。

6.2 关于与“离子型”稀土的发现、命名和第一代提取工艺——“池浸”工艺发明有关的重要时间节点与事件

  世界首份“离子型”稀土赋存性态研究报告,“离子相矿物”、“离子相稀土矿物”、“风化壳离子吸附型稀土矿”的正式命名:1971 年4 月,世界首份“离子型”稀土赋存性态研究报告诞生。“七0 一矿区花岗岩风化壳重稀土矿床稀土主要赋存性态研究报告——关于高岭石类矿物中稀土存在性状的探讨”,由江西有色冶金研究所(下称“江西有色所”现赣州所)、江西九0 八地质队完成。该报告将这种类型的稀土矿种正式定名为“风化壳离子吸附型”稀土矿。于世界上首次发现和正式命名了:一种新型的矿物种类——“离子相”矿物;一种新型的稀土矿物种类——“离子相”稀土矿物;一种新类型的稀土矿种——“风化壳离子吸附型”稀土矿。

  世界首份“离子相”稀土第一代提取工艺实验室试验研究报告:1971 年7 月,江西有色所于世界上首次发明,在“离子型”稀土矿中,提取“离子相”稀土的新工艺:“回收花岗岩风化壳‘不成矿’稀土的新工艺——七0 一矿区15 号试料一步提取混合稀土氧化物试验报告”顺利完成,诞生了全套新工艺。标志着“离子型”稀土第一代提取工艺——“池浸”工艺,在实验室正式问世。这是世界上首份关于“离子型”稀土第一代提取工艺——“池浸工艺”的试验研究报告。

  世界首份“离子相”稀土第一代提取工艺的扩大试验报告:1971 年10 月,江西有色所完成该发明工艺的扩大试验,提交“回收花岗岩风化壳‘不成矿’稀土的新工艺——七0 一矿区足洞区段12km2 综合试料一步提取混合稀土氧化物试验报告”。这是关于离子矿“池浸”工艺的第二份研究报告和首份扩大试验报告。

  世界首份“离子相”稀土第一代提取工艺系统、成熟的半工试验报告:1973 年7 月,江西有色所完成对该发明工艺的半工业试验,提交“龙南重稀土矿2 号矿带提取混合稀土半工业试验报告(七0 一矿区黄沙岗区段)”。至此,针对第一代提取工艺的发明,完成了从实验室试验、扩大试验,直到半工业试验的全过程。全面地验证了工艺的可靠性,完成了全套工艺技术的研发工作。这是世上第三份关于离子矿“池浸”工艺完整、成熟的试验研究报告,也是首份半工业试验报告。

  九0 八队不断地依据科研新进展,对世界上第一个正式勘查的“离子矿”稀土矿区——龙南七0 一矿区,深入地进行勘查与评价。从上世纪七十年代初以来,先后提交了各勘查阶段的勘查资料,并于1979 年10 月最终提交了该矿区的勘探报告。这是世界上对“离子矿”首次开展的系统、全面的地质勘查工作,也是世上首例探明的重稀土型“离子矿”。此后,地方依此发明工艺和勘查成果,迅速地建设了世界上第一个离子矿—“龙南稀土矿”。

  世上首份应用于“离子相”稀土浸出的硫酸铵浸矿剂试验报告:1981 年12 月,江西有色所提交“硫酸铵浸矿制取混合稀土试验报告”(此前采用的浸矿剂主要为氯化钠)。

  世上首份硫酸铵制取混合稀土现场验证试验报告:1982 年1 月,江西有色所与龙南足洞共同顺利完成并提交“硫酸铵制取混合稀土验证试验报告”。

  世界首份第一代工艺在轻稀土型“离子矿”中的应用报告(实验室试验):1975 年2 月江西有色所完成寻乌稀土提取工艺研发工作,提交“江西寻乌离子吸附型轻稀土矿(7210 矿)721 区段提取稀土试验报告”。这是以第一代发明工艺为基础,首次成功应用于寻乌类型稀土实验室全流程的试验报告。

  世界首份第一代工艺在轻稀土型“离子矿”中应用的半工业试验报告:1975 年10 月,江西九0 九地质队、江西有色所顺利完成寻乌稀土半工业试验,提交“江西寻乌花岗斑岩风化壳离子吸附型稀土矿提取稀土半工业试验报告”。这是以第一代发明工艺为基础,成功地应用于寻乌类型稀土。获悉,九0 九队依据科研进展,对寻乌稀土矿区进行全面地勘查工作,提交了我国乃至世界第二份“离子型”稀土勘查报告。此后,地方依此发明工艺和勘查成果,建设了世界上第二个离子型稀土矿——“寻乌稀土矿”。

  轻稀土离子矿生产流程改进:1979 年12 月,江西有色所、寻乌稀土矿顺利完成并提交“江西寻乌稀土矿稀土生产流程改进试验报告”。

  重稀土型离子矿生产流程改进(实验室试验):1981 年10 月,江西大学完成和提交“龙南稀土矿提取稀土生产工艺流程改进的研究试验报告”。

  重稀土型离子矿生产流程改进(工业试验):1982年4 月,江西大学、龙南稀土矿完成和提交“龙南稀土矿提取工艺改进的工业试验报告”。

  “离子矿”第一代工艺申报发明奖:1985 年,赣州有色所、江西地质局九0 八队、江西大学共同编写了“离子吸附型稀土矿的发现及其洗提工艺科技成果申报书”(1970.10~1982.8)(国家发明奖申报书)。

  世上首份全面系统的“离子矿”成矿规律研究:1986 年,赣南地调大队完成并提交“赣南花岗岩类风化壳离子吸附型稀土成矿规律研究报告”。该研究成果,全面、系统地阐述了离子矿的成矿条件、规律、赋存特征等,是世界上第一份对“离子矿”地质方面的全面研究报告。

  上世纪八十年代中期起,离子矿进入大规模开发:上世纪八十年代中期起,在赣州所的大力推动和技术服务下,南方诸省依据第一代工艺,雨后春笋般地建立起大批生产矿点,星罗棋布,繁花似锦。据不完全统计,高峰时生产矿点达千余个,年矿产量达几万吨(REO)。赣州所对众多的矿点提供了技术服务,并提交了相应的技术资料。

6.3 关于与第二代提取工艺——“原地浸出”工艺发明有关的重要时间节点和重要事件

  笔者作为科技工作者和单位领导,直接参与、组织、领导了第二代工艺的研发、推广、应用工作,长达十多年。“六·五”期间,进行“原地浸出”工艺研发项目前期准备及探索性试验:

  一是1983 年赣州所科技人员建议开展“原地浸矿”研究:“六·五”期间,1983 年,原赣州有色所采矿研究室主任张湘中高工,向原江西冶金厅报告,建议开展“原地浸矿工艺”研究,以解决“池浸工艺”中存在的突出问题。

  二是世界上首次进行的“离子矿”原地浸出工艺摸索性试验(自流收液方案):“六·五”后期,1985 年,赣州有色所完成并提交“大埠稀土矿原地浸矿探索(摸索)试验报告”(所控自主项目)。这是世界上首次进行的“离子型”稀土矿原地浸出摸索性试验。将矿体由上而下切割成直径5 米的圆柱体形矿体,在圆矿体中钻凿注液孔;在圆形切割槽中布收液孔、沟。试验采用自流收液方案。试验表明,收液系统能将浸出液大部分地(>80%)收集起来。显然,这使人们看到了希望的曙光。

  三是省政协提案建议开展“原地浸矿”研究:上世纪八十年代中期,赣州所在大埠稀土矿原地浸矿摸索试验获得方向性成功后,该所采矿专业老前辈李伯仙教授,在参加江西省政协会议时,提案建议立项开展“原地浸矿采矿工艺研究”,得到各级部门的重视。

  “原地浸矿”探索科技攻关任务:“七·五”期间,1986 年,原江西省科委、有色总公司分别向赣州所下达“离子型稀土矿原地浸取工业探索试验”任务,分别列入省、部级“七·五”重点科技攻关项目。

  “七·五”省部级重点科技攻关:世界上首次开展的“离子矿”第二代稀土提取工艺——“原地浸出”工艺系统探索(真空负压收液方案):赣州有色所于1986年至1988 年开展工作,并于1989 年3 月于世界上首次顺利完成并提交“离子型稀土矿就地浸取工艺探索试验报告”。这是世界上首次完成的“离子型”稀土原地浸出完整、系统的探索试验,并依此成果申报发明专利。现场试验地点:国家批准设立的“离子矿”中试基地——龙南中试厂。试验规模:几百吨级矿量,先后进行2 次试验。试验一举获得成功,稀土浸出率> 90%,“离子相”稀土综合回收率> 68%。试验矿块为废弃的低品位矿块,因矿体属半风化和微风化,辅以松动爆破,以利于“离子相”稀土的浸出。现场试验之前的实验室试验,已摸索出“原地浸出”的基本规律。

  试验采用“真空负压”收液兼“隔离层”方案。由于松动爆破后,矿体已被“扰动”,故收液效果比后来进行的对未经“扰动”的原生矿体工业试验指标稍低。但是,世界上首次开展的“原地浸出”探索试验,一举就能获得> 68% 的稀土综合回收率指标,表明该技术方案是可行的,新的“原地浸出”工艺完全有希望成为“离子矿”开采的新工艺。

  该试验研究报告,是世界上首份关于“离子型”稀土第二代提取工艺— “原地浸出”工艺的试验研究报告。这是世界上首次以“真空负压”收液兼“隔离层”技术,在离子矿“原地浸出”工艺上的成功探索。

  “八·五”国家重点科技攻关世界首次开展的“离子矿”第二代稀土提取工艺——“原地浸出”工艺万吨级规模工业试验(真空负压收液方案)(重稀土型“离子矿”——龙南矿):“八·五”期间,1993 年12 月,赣州有色所、长沙矿冶院、长沙矿山院,顺利完成国家“八·五”科技攻关项目“离子型稀土原地浸矿新工艺研究Ⅰ号矿点(龙南重稀土矿)工业试验”并提交报告。矿量11469.7 吨,稀土浸出率92.26%,稀土浸取回收率76.95%,工业母液回收率83.5%。这是世界上首次完成的离子型稀土“原地浸出”万吨级规模工业试验。此前的实验室试验与计算机模拟,已得出“原地浸出”工艺地下水(液)“渗流场”的基本活动规律,以及整个浸矿过程的基本机理,尤其是浸矿液活动过程中逐步形成“浸矿漏斗”的全过程。试验采用“真空负压”收液兼“隔离层”方案。这也是世界上首次以“真空负压”收液兼“隔离层”技术,在离子矿“原地浸出”万吨级规模工业试验中的成功应用。

  世界上第二次开展的“离子矿”第二代稀土提取工艺——“原地浸出”工艺万吨级规模工业试验(真空负压收液方案)(轻稀土型“离子矿”——寻乌矿):“八·五”后期,1995 年2 月,赣州有色所、长沙矿冶院、长沙矿山院,顺利完成国家“八·五”科技攻关项目“离子型稀土原地浸出新工艺研究Ⅱ号矿点(寻乌轻稀土矿)工业试验”并提交报告。矿量万吨级,工业母液回收率81.50%,稀土浸出率88.30%,稀土浸取回收率71.33%。这是世界上第二次完成的离子型稀土“原地浸出”万吨级规模工业试验。收率低于龙南,源于矿体渗透性能较差。试验采用“真空负压”收液兼“隔离层”方案。这是世界上第二次以“真空负压”收液兼“隔离层”技术,在离子矿“原地浸出”万吨级规模工业试验中的成功应用。

  “八·五”国家重点科技攻关追加项目(85-107-05-02):世上首次开展的“离子矿”第二代稀土提取工艺——“原地浸出工艺”15.6 万吨级规模工业生产性试验(自然底板收液方案)(重稀土型“离子矿”——龙南矿):“八·五”后期,“九·五”初期,1994~1996 年,经上级批准,由赣州所与龙南稀土矿共同组建世界上第一个以“原地浸矿”工艺,开采“离子型”稀土矿的“试验矿”与“样榜矿”——“龙南联合试验场”。在该场地,会同中南工大、有色总公司技术经济研究院,4 家共同承担并顺利完成了国家“八·五”科技攻关追加项目:“南方离子型稀土原地浸析采矿技术开发”并提交报告。试验规模15.6 万吨矿量,稀土浸出率95%,稀土综合回收率78.92%。这是世界上首次完成的离子矿“工业生产性试验”。“样榜矿”的试验与生产,均获得成功。试验利用矿体自然底板作为“隔离层”,地表构筑收液沟、集液沟收、集液。这是世界上首次以矿体自然底板作为“隔离层”与“收液层”技术,在15.6 万吨级规模“工业生产性试验”和几十万吨级矿量“样板矿”开采中的成功应用。

  “九·五”国家重点科技攻关(99-A30-02-02):世界上首次开展的“离子矿”第二代稀土提取工艺——“原地浸出工艺”3 万吨级规模工业试验(密集导流孔+ 坑道收液方案)(轻稀土型“离子矿”——寻乌矿):“九·五”期间,2001 年10 月 江西南方稀土高技术股份有限公司、赣州所顺利完成国家“九·五”重点科技攻关任务,提交“复杂地质类型全复式稀土矿原地浸矿试验研究报告”。试验规模3 万吨级矿量,稀土母液回收率90.5%,稀土综合回收率76.51%。在矿体内部施工收液工程,试验采用“坑道+ 密集导流(收液)孔收(集)液”方案。这是世界上首次以“坑道+ 密集导流孔”收液技术,在离子型稀土矿“原地浸出”3 万吨级工业试验中的成功应用。

  “九·五”“十·五”后续“原地浸矿”科技攻关均取得较好成效:国家在“九·五”“十·五”期间,继续安排了针对不同类型和不同复杂程度的“离子型”稀土“原地浸出”工艺深入攻关任务。赣州所在执行各项任务时,针对不同的具体情况,采取不同的技术措施,均取得较好的科技攻关效果。

  第二代工艺推广取得良好效果:1995 年以来,在国家科技攻关取得重大成效基础上,赣州所通过技术转让、技术服务,对一批稀土矿山推广第二代工艺。在笔者任内的工艺推广工作中,除极个别发生意外(大型地质软弱结构面成为地下水畅通通道,工程难以对其控制),均取得良好的效果,稀土综合回收率一般≥ 73%,高者> 80%。 
(未完待续)

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