明尼苏达锰矿床原地浸出特性.pdf

明尼苏达锰 矿床原地浸 出特性 美国矿业局与 明尼苏达地质勘察院 、 明 尼苏达大学和明尼苏达自然资源部联合对明 尼苏达锰矿床正进行原地浸出研究 。 锰一直 是美国关键的战略金属 , 它主要用于电池工 厂和钢铁生产 。 当前 , 美国需要的锰百分之百 依靠进口 。因为美国锰矿床品位太低, 用常规 的采矿方法如露天或地下开采很不经济 。 而 原地浸出采矿因其基建投资少 、 需要的人员 少 、 能源消耗低 , 可成为在经济上很有吸引力 的采矿方法 。 美国矿业局正通过试验室浸出试验和浸 出前后详细的岩相研究 , 对原地浸出进行技 术经济可行性研究 。 用这些资料加上特定矿 床的野外地质资料便可评估矿床原地浸出开 采的潜力 。 原地浸出采锰之是否成功很大程度上取 决于矿床的化学和物理特性 , 如金属矿物的 类型和构造 、 化学性活泼的脉石矿物的类型 和丰度 , 矿物金属至液体通路的距离 。 不管浸 出液的化学浸出性多么好 , 如果浸 出液不能 接触矿物 , 回收率也刽良低 。 例如 , 由于节理 和微裂隙等构造控制 , 金属矿物被不能产生 化学反应的脉石包围 , 或浸出液短路 。 液体通 路也可能因粘土膨胀 、矿物沉淀、 活动粒子聚 集而被堵塞 。 浸出前后试样的岩相学研究资 料对矿区原地浸出的回收率和可行性可提供 有价值的参考 。 评价某矿床原地浸出的可行性需要采集 其现场资料 , 这包括当地的地层 、 矿床的几何 形状 、 裂隙和断层等地质构造 、底板岩层 的疏 松性和渗透比 、裂隙密度、 区域的和当地的水 文条件 , 还有矿床地质图 、 断面图 、 岩芯分析 等基本资料 。 明尼苏达州已探明 IM 锰矿储量 , 还 有9 . 4Mt 远景储量 。 这些储量主要集中在库 尤纳和埃米利地区 。 美国锰储量的三分之一 以上在库尤纳地区 。 埃米利的鲁斯湖地区品 位2 0的锰矿至少有 1ZMt , 库尤纳的格 洛里亚矿山含锰 12 . 6的锰矿在560000t 。 最近在埃米利地区和明尼苏达州中部的 库尤纳地区的锰铁层中各钻了一钻孔 一在 克罗斯比亚一艾恩内顿 附近的格洛里亚矿 , 另一在埃米利地区 。 其目的是为了得到岩芯 的地质特征和进行全岩芯浸出试验 , 取得矿 床上下盘岩样以评价容纳溶浸液的能力和预 测沉降 , 为明尼苏达州积累基本的地质资料 。 埃米利钻孔 埃米利钻孔垂直钻进深度为 24om , 钻孔 在5 1 m深处穿过冰积层 、 46m深处穿过铁质 硬砂岩 、 3 5 m 深处穿过血色隧石层 、 s m 深处 进入板岩 。 锰铁带平均含锰1 0 , 个别矿带 含锰达4 5 。 此处的水锰矿被认为是目前唯 一的氧化锰矿 。 但该钻孔附近 , 水锰矿 、 隐钾 锰矿 、 碱硬锰矿 、 褐锰矿和锉硬锰矿都被认 为是锰 。 岩体质量指标和岩芯柱状 图表明埃 米利矿床岩石裂隙非常发育 。 测定了有代表性岩体的孔隙率和渗透系 数 。 只有钻孔中最坚硬完整的岩样能做试 验 , 也只测量了岩石中的孔隙率和渗透系数 。 从个别岩样测得的孔隙率和渗透系数不能用 来预测溶液在大范围岩层中的流动特性 , 因 为没有考虑到整个矿床的裂隙程度 。 整个含铁层的孔隙率和渗透率比氧化铁 或氧化锰矿带高 、 比隧石层低 。 由于溶液接触 并有选择地溶解岩石中的含锰矿物 , 溶液接 触到的岩石 , 其孔隙率和渗透性会提高 。 正进 DOI 10. 13828 /j. cnki . ckjs. 1993. 14. 004 9 . t 行的试验室岩芯浸出试验 , 是用于测定氧化 锰矿物 被水稀释的 5 0 2 溶解后岩芯的孔 隙 率和渗透比是如何变化的 。 上盘硬砂岩和下 盘板岩的渗透系数比铁锰层低 , 这可作为容 纳溶浸 液的有利条件 。 与磁铁矿含量相关的岩芯磁化程度用 一便 携式磁敏感仪测得 。 用这些测量结果 来确定与岩体共存的磁 铁矿物和磁铁矿八 面体被完全氧化成赤铁矿的地层 , 氧化锰集 中在铁层被氧化的地方 。 格洛里亚钻孔 格洛里亚钻孔倾角 55 0, 方位角 N30 o W , 孔深 366m 。 钻孔 26m 深处穿过冰积层 、 36m 深处穿过兔湖下层该层为炭质千枚岩 、 294m 深处穿过 T ro m m a ld 铁层 、 l om 深处进 入莫诺门下层 、 石英千枚岩层 。 3 143 18m 为电石一娟云母一石英千枚 岩层 , 从7 4 1 6 m8 为肉眼可见的氧化锰矿物 , 而最多的 又在 11 7 132m 之间 。 已氧化的铁矿层和铁 锰炭化物可视为锰铁矿 、 隐钾锰矿和软锰矿 。 菱锰矿较少 , 黑硬绿泥石 、 铁滑石居中 。 含 M no 不到1 0的视为铁矿未氧化部分 。 岩石质量指标和岩芯完整性比埃米利钻 孔好得多 。 大部分被氧化铁和或氧化锰替 代的铁矿带的孔隙率和渗透系数较大 , 而富 含隧石的夹层则较小 。 隧石含铁层紧接在 铁锰层上 , 铁锰层底下岩层渗透系数很低 , 这 些岩层可作为容纳溶浸液有效的水力屏障 。 艺 。 用重量比 5的水稀释二氧化硫h Pl 1和颗粒小于25r nm 、 大于 12mm 的格洛里 亚一齐纳矿床的软锰矿进行柱浸试验结果表 明 , 锰回收率约为9 0 , 浸 出液中的含锰 M n Fe 率通常大于0 . 9 5 。 热力学分析和 单一矿物锰一硫浸出试验 , 可以预测各种锰 矿物的相关浸出率 。 从 5 0 槽浸试验结果可 推断出埃米利和格洛里亚锰矿物的平均浸出 率为 软锰矿9 5 , 褐锰矿7 9 , 菱锰矿 6 7 , 水锰矿5 9 。 然而 , 美国矿业局试验室 结果已表明个别矿物的浸出率与用热力学分 析 或单一矿物浸 出试验所做的预测没有特 殊的相关性 。 对已浸出过样品的显微检验表 明锰回收率的控制因素是矿石的结构而不是 矿物成份 。 即使铁矿层板岩中的大部分氧化锰和板 岩本身的渗透系数相当低 , 但由于这些岩石 的粒状特性和层状特性 , 当某些氧化锰被浸 出以后 , 会形成丰富的水力流通条件 。首先浸 出的是充填于裂隙中横切铁矿层的氧化锰 。 最初的岩芯浸 出试验已表明了二氧化硫溶 浸液通过横切裂隙进入岩层 , 浸出高品位的 氧化锰 。 结论和未来计划 锰矿物的浸出性 前期的研究表明 , 水稀释的二氧化硫可 用于选择性地从低品位锰矿石中萃取锰 , 但 还不知道能否用于工业规模的原地 浸出工 掌握系统的矿物学 、 岩石构造和矿物溶 解性 , 结合区域的和当地地层 、 地质构造 、 裂 隙系 、 矿体几何形状 、化验结果和水文条件等 对评价矿床的原地浸出是非常重要的 。 今后 , 将在这两个矿点之一或两者同时 进行原地浸出的可行性研究 。 这些研究包括 地球物理测图 、 水文试验 钻孔 、 水力流动试 验 、 深井流量计测量 、 钻孔水压试验 、 抽液注 液试验等 。 E329210一4 刘陶安 晓琴