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中国地质学会推荐2017年度国土资源科学技术奖项目公示
来源:江西省地质学会 日期: 2017-5-9 17:10:12

 

 

中国地质学会

推荐2017年度国土资源科学技术奖项目公示材料

推荐等级:一等奖

项目名称

福建省上杭县洋坡坑矿区离子吸附型稀土矿勘探

何维基、谭尧峰、陈贻真、刘乃忠、林钻、何小林、林喜、王发英、包国良、邓国庆、刘彦、丁嘉榆

候选单位

江西钨业控股集团有限公司、福建省地质调查研究院、上杭赣闽有色金属实业发展有限公司

主要创新成果:

一、总结研究出"铬阳铲"新勘查方法和施工技术,并成功地应用到本项目的勘查实践中,应用效果特别好,经济效益非常突出,在离子吸附型稀土矿产勘查行业和风化壳类矿产勘查工作中值得推广应用。

矿区风化壳厚度大,使用《稀土矿产地质勘查规范》(DZT 0204-2002)中规定的主要勘查施工手段浅井的施工难度大、工作量大、进度慢,且大部分工程难以揭穿矿体,施工安全无法保证,因此,项目开展过程中通过探索、对比、研究出"洛阳铲"新勘查方法和施工技术,勘查效果、效率、经济性都远高于施工小圆丼,该勘查方法和施工技术可推广至南方离子吸附型稀土勘查工作,也可推广至风化壳类矿床的勘查工作。勘查方法手段达到国际领先水平。

1、矿区风化壳厚度大,设计勘查工程进尺大,使用《稀土矿产地质勘查规范》中规定的以浅丼作为主要勘查施工手段难度极大,施工安全、勘查效果、效率、经济性等无法保证。

矿区海拔最高422米,最低200米,植被发育,地形切割深度不大,地势较平缓,风化壳发育且厚度大,大部分20多米,最厚33米,且地下潜水位较高。项目共设计勘查工程4998个,总进尺约55000余米。使用浅井作为主要勘查手段存在以下几个难题:首先,因花岗岩风化壳存在自上而下风化程度越来越弱的特点,导致随着浅井施工深度的增加,施工越来越困难,施工进度极慢;其次,一般情况下,浅井施工仅能施工至全风化层至半风化层的过渡层位,而离子吸附型稀土在该层位品位一般高于边界品位,导致工程无法有效揭穿矿体,同时,因取样时操作不方便,导致所取样品的代表性也受到严重影响;再次,随着浅井施工深度的增加,需要增加通风等系统,施工、编录、取样时间的较长,浅井塌陷风险很大,倘若遇潜水位较高,浅井在没有进行安全措施的情况下则必然塌陷,施工安全无法保障;最后,因存在以上难题,勘查投入成几何级数的增长,且勘查进度无法保证。为了解决浅井施工存在的诸多难题,项目研究总结了一种即能保证和提高勘查质量,又能大幅提高勘查效率、安全、经济的勘查手段,即采用铬阳铲代替浅井作为勘查手段。

2、以铬阳铲新方法为主 ,配合使用多种勘查方法,施工手段先进

项目加强了勘查方法和施工手段的研究。在深入研究矿床成矿规律的基础上,选择水系沉积物调查、钻探工程、大比例尺地形地质测量、水工环地质测量等多种勘查方法。

针对浅井工程施工存在的诸多难题和弊端,项目总结研究出"洛阳铲"作为主要勘查施工手段的新勘查方法和施工技术,解决了浅井勘查方法的诸多弊端。

首先,洛阳铲新方法勘查有效性远高于浅井工程。项目设计研究出一种特制的洛阳铲,使得其在人力作用下可施工至半风化至微风化层位(实践证明其施工深度基本不受风化壳厚度限制,项目中施工最深的洛阳铲工程33.44米),基本解决揭穿矿体的问题;取样的代表性优于浅井工程,洛阳铲取样方法:按样长将洛阳铲所取矿样全部放置于取样布中,并现场混匀、缩分后取样,其代表性优于浅井工程在取样困难的情况下进行的刻槽取样的代表性。

其次,完美解决浅井施工中存在的安全问题。洛阳铲工程施工不需要像浅井施工那样由施工人员进入浅井中,且因洛阳铲工程的钻孔直径小,探矿工程坍塌可能性大大降低,完美的解决了浅井施工的安全问题。

再次,施工效率大大提高。浅井施工和洛阳铲施工都为两人一组。浅井施工效率一般为每组约12/天,且随着施工深度的增加,施工难度成几何级数的增长,甚至因安全问题无法施工;而洛阳铲每组至少可施工100/天以上,且可通过一些技术措施,大大减少探井深度对施工效率影响和劳动强度。保守估计,洛阳铲工程施工效率为浅井施工效率的5倍以上。

最后,极大的缩短勘查工作时间,节约勘查费用,降低管理难度。项目实践证明,洛阳铲施工平均价格约25/米,而浅井施工单价平均不低于200/米,实际节约勘查施工投入87.5%。且因洛阳铲钻孔直径小,勘查施工过程中取矿土较少,对环境影响可以忽略不计,大大减少了勘查工作中的协调工作,使得管理工作大为简化。

为了验证洛阳铲工程的有效性,项目使用了在洛阳铲工程位置附近(0.5米以内)再施工洛阳铲工程重现或以原洛阳铲工程为中心施工浅井的验证方法;结果证明,铬阳铲揭露的矿体品位、厚度完全在误差范围之内,经地质专家野外现场鉴定,铬阳铲手段有效,表明完全可以代替浅井作为矿区主要勘查工程施工手段。

项目总结了离子吸附型稀土勘查的组织管理经验,在中国南方离子吸附型稀土找矿、勘查施工、勘查规范修改等方面都具有重要的指导意义和应用价值。总结研究出的以"铬阳铲"为主的新勘查方法和施工技术,不但证明是离子吸附型稀土矿最有效的勘查施工方法,也可推广至风化壳类型的矿种勘查施工。

3、工程部署合理,矿体控制程度高,达到最高的勘探阶段

矿体规模大,矿床勘探类型为Ⅱ类。探矿对象主要为燕山期花岗岩,矿体且主要赋存于花岗岩风化壳中上部。项目以实际工程密度大于等于400/平方公里求得331资源量;以工程密度100个至399/平方公里求得332资源量;以工程密度50个至99/平方公里求得333资源量。控制程度达到了稀土勘查规范的勘探阶段要求,取得了非常好的找矿效果。

二、找矿取得重大突破,小矿点变成大型矿床

1、地质认识取得重要进展,找矿潜力巨大

勘查区内岩浆活动强烈,侵入岩分布广泛。区内不同时代的侵入岩有:印支期碎裂二长花岗岩(ηγ14-5);燕山早期石英二长岩(ηο52(3)a)、二长花岗岩(ηγ52(3)b)、黑云母花岗岩(γ52(3)c);燕山晚期晶洞花岗岩(γ53(1)c)、花岗斑岩(γπ53(2))和隐爆角砾岩(CBrK1)。其中燕山期是形成风化壳离子吸附型稀土矿的主要母岩。上杭县花岗岩风化壳面积达到1380Km2,通过对前期工作的综合分析研究,初步圈定约600Km2的区域,具有很好的离子吸附型稀土成矿条件,找矿潜力巨大。

2、小矿点变成大矿床,找矿取得重大突破

1986-1989年,闽西地质大队在上杭等县开展了武平大洋泉、牛角塘、梁山,上杭岭坑背、通贤、呈坑、沙下坝等矿区的稀土普查工作,提交了相应地质报告。同期,上杭县矿产公司对县境内的稀土矿开展了调查。1988年,福建省区域地质调查队、闽西地质大队合作开展了"福建省离子吸附型稀土资源远景调查研究"的专题调研,对福建省离子吸附型稀土资源远景进行了预测,认为该区域仅有零散的稀土矿化点。

1991-1999年,福建省区域地质调查队在区内开展了上杭县幅15万区域地质矿产调查工作,对区内地层、火山岩、侵入岩、地质构造和区域矿产等进行系统调研,基本上查清了区域地质构造特征,积累较为丰富的基础地质资料,发现了一批矿(化)点和重砂、化探异常。其中包括有上杭丘坊、文光、白砂等地花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿(床)、矿化点。

2006年,上杭赣闽有色金属实业发展有限公司对上杭县1380 Km2的花岗岩风化壳离子吸附型稀土成矿条件进行了深入研究,采用踏勘、室内资料整理分析、稀疏工程控制等手段,圈定了600 Km2找矿远景区,并得出了其找矿前景较理想的结论。

2009年,上杭赣闽有色金属实业发展有限公司通过招拍挂取得稀土探矿权,在江西钨业控股集团有限公司(原名江西稀有金属钨业控股集团有限公司,2017122日更名)直接参与指导下,与勘查单位福建省地质调查研究院共同努力,投入了大量人力物力,研究并选取了多种先进的勘查方法和技术手段,经过4年多的勘查,采用系统的铬阳铲工程控制,洋坡坑稀土矿矿区探明为一处大型离子吸附型稀土矿床,找矿工作取得了重大突破。

三、矿床规模大,新增资源储量多,为全国单个矿床中资源储量规模最大的南方离子吸附型稀土矿床

1、矿体多,规模大

矿区共圈定矿体209个,其中33个主矿体的矿体面积≥0.1平方公里,占总资源量的77.4%,已控制最大矿体面积达1.136平方公里,矿体延展2417.4米;矿体厚度最大达26.36米;平均品位最高达0.139%(最高0.751%)。

2、探获的资源储量多,矿床规模达大型,目前属国内外最大规模的离子吸附型稀土矿床

福建省上杭县洋坡坑矿区花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿床勘探报告已于20136月由北京中矿联咨询中心组织的专家组评审通过,出具了该勘探报告的评审意见书,于2013918日获得国土资源部矿产资源储量备案证明;2014324日取得国土资源部储量登记书,登记的新增资源储量为:331+332+333矿石量12001.112万吨,稀土(REO)资源量金属量13.83万吨,其中331资源量1.77万吨,332资源量6.76万吨,333资源量5.3万吨。该矿床资源储量是国内十多年来新发现的经国土资源部备案的最大的离子型稀土矿床,也是目前国内乃至全球单一矿床规模最大的离子吸附型稀土矿床。

3、未进行计算的低品位资源量较多

因矿体圈定工作量巨大以及提交报告时间限制,低品位矿体(低于0.08%)仅在计算储量时根据确定的储量圈定原则和计算方法进行了"穿鞋带帽",进行了极少量的资源圈定。储量登记完成后,依据目前离子型稀土原地浸矿开采实际可利用的最低品位估算,未进行圈定的低品位矿体稀土(REO)资源量达14万吨,因此,矿区稀土工业矿体+低品位矿体稀土(REO)资源量总量达28万吨,均能开采利用。

四、矿石品位较高、有害组分少,易采易选,采矿综合回收率高

矿区产品配方以低钇富铕稀土矿为主,兼具中钇富铕稀土矿。其中镨钕、铕含量较高,而铽镝含量中等或偏低。全矿区稀土平均品位0.115%,品位较高。实验室流程试验和现场原地浸矿试验表明,矿石选冶技术条件较好,其中实验室流程试验离子相稀土浸取率为99.86%,现场原地浸矿试验稀土资源的综合回收率达85.6%

五、矿床开采技术取得重要突破,试验研究出离子型稀土矿原地浸矿新技术,达到国际领先水平,项目获得11项专利(含3项国际授权专利),科研成果非常突出。

矿区稀土资源存在连续性较差、矿土渗透性以及边坡稳定性差等开采技术难题,为此,项目进行了大量研究与试验,并在矿区选择了一处具有代表性的矿块,采用多种先进工艺和技术进行了原地浸矿试验,取得了3个方面的突出成果:一是母液综合回收率>95%、稀土综合回收率85.6%,浸矿技术经济指标远高于同类矿床;二是试验矿块中长约80米,高约16米,坡度约80°的边坡陡坎的保护完好,解决了原地浸矿边坡稳定性(滑坡)的重大安全问题;三是在试验矿块山脚离注液区域约20米,深39米取水机井的水质的完美保护,在试验过程中和试验完成后1年内不间断取样,经当地防疫站的检测,机井水水质始终未超过饮用水标准,解决了原地浸矿易造成环境污染的重大难题。试验取得圆满成功,已分别获得国内4项发明专利和4项实用新型专利授权,以及3项国际发明专利授权。4个主题的发明专利成果如下:

1、《原地浸取注液工艺》发明专利,创造了与传统注液工艺中工程设计、布置完全不同的工艺技术;创造了先注"盲区"后注主矿体的注液工序;最终实现了母液浓度富集技术和实现了浸矿剂流向、流速及注液强度的可控性。该注液系统有稀土浸矿率高、母液浓度高、矿土母液残留少、浸矿剂单耗小、操作简单、应用范围广、环保效果显著等特点。该专利已向美、日、欧、韩、澳等国家、地区提交PCT专利申请,其中韩国专利已获授权。

2、《具有副巷道的原地浸取引流收液工艺》发明专利,在具有导流孔的原地浸取引流收液工艺专利的基础上,根据不同的地质条件(开采技术条件)创造性的以副巷道代替导流孔。该专利已向美、日、欧、韩、澳等国家、地区提交PCT专利申请,其中韩国专利已获授权。

3、《具有导流孔的原地浸取引流收液工艺》发明专利,在传统离子吸附型稀土母液回收工艺的基础上,根据不同的地质条件(开采技术条件)创造了一种使"矿前液"尽可能多的下渗至工程控制面以下,以改变工程控制面以下的渗透性和工程控制面以上的渗透性,使得工程控制面以上形成多通路的母液收集系统,最终达到通过改变"矿前液"及母液损失比率最终达到稀土回收率提高的目的。该收液工艺大大降低了稀土母液的损失率,有利于稀土母液的回收,减少了因母液回收率底引起的地下水环境污染问题,提高了稀土回收率。

4、《一种离子吸附型稀土原地浸矿母液回收工艺》发明专利,根据特定的地质条件,创造性的不进行收液巷道施工,采用液压钻机或高压水枪施工主要母液回收系统,该收液工艺可减少施工排土量,大大缩短施工时间,增加施工的安全性,有效降低生产成本,保护生态环境。

六、矿床综合研究程度高,达到国内同类矿床领先水平

项目从矿床勘查开发的角度,对矿体特征、矿石质量、矿石选矿性能、水文地质、工程地质、环境安全评价以及开发可行性等多方面进行了深入的综合研究。查明了矿区成矿地质条件、控矿因素、矿化特征,探讨了矿床成因,取得了一系列勘查开发和理论研究综合成果,综合研究程度显著高于我国南方离子吸附型稀土矿的其他任何同类矿床,达到勘探阶段的最高研究程度。

七、水工环评价方面优点突出,项目安全可靠性高

根据勘探报告评审意见书,勘探工作查明了矿区水文地质、工程地质和环境地质特征,确定本矿床开采技术条件为以水文地质、工程地质和环境地质为综合影响因素的中等类型,即Ⅱ-4类型,对未来矿床开发应注意的问题提出了合理的建议,为项目下一步开发中,安全、环境保护和高效开发利用方面打下了坚实的基础。

八、在南方离子型稀土矿成矿理论方面取得重大成果

1、矿床成矿规律研究取得重要成果

项目深入研究了燕山期花岗岩成矿母岩的特征,以及风化形成离子吸附型稀土矿的成因,总结了稀土成矿规律,建立了成矿模式,大大丰富了我国南方离子吸附型稀土矿的成矿理论。根据其矿床的保存情况(在矿体垂直方向的品位变化特征),研究总结了"强剥蚀型""弱剥蚀型""完全保存型""深埋型"等多种保存类型的稀土矿赋存规律。

2、总结了稀土矿找矿标志,建立了综合找矿模型

项目总结了以纬度、岩性、风化壳、地形切割深度、不同保存类型的综合找矿标志,建立了"北纬28度以南+燕山期花岗岩+强风化+稀土重砂异常+平缓地貌+风化层保存完好"的中国南方离子吸附型稀土矿综合找矿模型,对我国南方稀土矿找矿具有重要指导意义。

3、对中国南方离子型稀土矿找矿具有重要推广价值

项目实施过程中,项目取得的成果已成功推广至整个福建省,使得福建省离子吸附型稀土矿找矿工作取得了重要突破,近两年多个离子吸附型稀土矿国家地勘基金项目立项,并取得可喜的找矿效果。因此,本项目的成功实施,对中国南方离子吸附型稀土找矿、综合开发利用具有重要的推广价值,尤其是取得的成矿理论成果、铬阳铲找矿新勘查技术、原地浸矿开采新技术等重大成果,对我国南方离子型稀土行业的发展将带来重大影响。

九、未来矿床开发的经济、社会效益好

矿床控制的资源储量达大型规模,按2011-2013年平均价格20万元/吨计算,潜在价值560多亿元,矿床开发技术经济条件优越,已取得的发明专利开采技术、资源利用及环保技术先进。目前,矿山探转采工作正在进行,取得采矿权后,拟建成国内大型离子吸附型绿色、环保示范型稀土矿山基地。

项目所在地福建省上杭县,属于革命老区。项目建成后,可在勘查技术、开发利用工艺技术、环保、安全等应用研究方面为我国南方离子吸附型稀土勘查、综合开发利用起到示范效应; 项目取得的勘查技术成果和管理经验,可推广至中国南方离子吸附型稀土的勘查工作,为每吨稀土氧化物勘查费用节约500元以上;取得的开采工艺技术成果,可提高稀土综合回收率5%以上,为企业和社会多创造价值10000/吨;更重要的是,大大提高了环境保护效果,节能减排效果和社会效益十分明显。
 

 

 

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