本文以国家重点基金项目《离子型稀土矿原地浸出传质过程强化》为依托,针对开采过程存在浸出盲区多,浸取液回收难等工程实际问题。探索浸矿过程中离子型稀土矿体孔隙结构和渗透特性及其影响因素,为科学地预测和控制溶浸液在矿层中的流动提供可能的新思路分析具有重大实际意义。论文以江西省赣州市龙南县渡江乡富坑稀土矿的原地浸出开采为研究背景,通过现场取样、室内试验、微观检测和数据分析等手段研究浸矿条件下稀土矿渗透特性,论文完成的主要工作如下:
(1) 概述了稀土资源的应用价值和储量分布情况,回顾了风化壳淋积性稀土矿的开采现状以及开采过程存在的问题,根据室内基础试验测定了该类稀土矿的物理参数,并对离子型稀土矿进行了土的重新分类。
(2) 利用了显微 CT 对浸矿前后稀土矿进行了断层扫描,利用数字图像处理技术分析其孔隙基本特征,确定了最佳二值化阈值,同时对稀土矿的二维孔隙结构进行了统计与分析,并给出了其孔径分布曲线,分析了稀土矿矿柱浸矿前后的孔隙度的空间垂直变异度,评价了浸矿前后矿柱的孔隙分形维数。
(3) 采用核磁共振试验基于 T2分布曲线来研究浸矿前后稀土矿不同矿层孔隙结构演化规律,试验表明在浸矿过程中矿柱普遍存在着颗粒运移的现象,颗粒迁移会使得下部矿层的结构受到影响,矿柱的孔径变小。影响稀土矿浸矿过程中孔隙结构的最主要因素是渗流作用下的细颗粒的迁移,硫酸铵对于孔隙结构的影响几乎可以忽略不计。
(4) 针对不同细颗粒含量下的稀土矿进行了饱和渗透试验,研究浸矿过程中细颗粒迁移和硫酸铵溶液对渗透规律的影响规律。分析了不同细颗粒含量时在矿柱不同位置形成的弱渗透层及其对于渗透系数的影响。同时,硫酸铵溶液的加入会使得矿柱的渗透系数有增大的趋势,细颗粒含量越高,硫酸铵引起的渗透系数变化越明显。颗粒迁移是影响稀土矿渗透性的最主要的因素。最后从稀土矿中细颗粒入手,分析了细颗粒分离、迁移、堵塞的机理以及浸矿过程中双电层效应的变化规律。