不同浓度(NH_4)_2SO_4液浸矿稀土矿体强度特性研究

为研究有效浸矿时间内离子型稀土矿浸矿过程中强度影响因素,设计了室内模拟浸矿试验。用不同浓度浸矿液进行浸矿,得到了经过每个浸矿时间段以后稀土试样的孔隙率值。结合三轴压缩试验,分析了不同浓度(NH_4)_2SO_4浸矿液在浸矿过程中对试样内摩擦角、内聚力的影响规律。同时利用最小二乘法对浸矿各个时间段孔隙率的值与内聚力的值进行拟合处理。经分析表明,浸矿液的渗流作用增大了土体孔隙率,通过这一物理弱化作用降低了土体强度,且随着孔隙率的增大,其对土体强度弱化作用减小;除了液体对土体的物理弱化作用外,浸矿液在浸矿过程中硫酸铵与稀土矿也发生了剧烈的化学反应,改变了稀土矿内部结构,减弱了离子型稀土矿体强度。     

化学置换过程离子吸附型稀土矿强度弱化机理研究

为研究稀土浸矿过程化学置换作用对矿体渗透性和强度弱化的作用机理,对稀土矿进行室内模拟浸矿试验、渗透系数测定试验和三轴压缩试验。结果表明,化学置换诱发渗透系数改变且其反应的剧烈程度直接影响渗透系数变化幅度;结合渗透系数、强度与时间关系曲线分析化学置换和渗透诱发强度弱化过程,根据强度参量变化的幅度可分为强烈阶段(浸矿时长0~8 h)与平稳阶段(浸矿时长8 h~16 h)。综合实验结果分析得到,化学置换反应和渗流作用均诱发矿体内部孔隙结构改变从而诱发矿体强度参数逐步弱化,对比化学反应强烈阶段和平稳阶段渗透系数与强度指标的变化幅度得到,造成矿体强度弱化的主要诱因是强烈的化学置换作用。     

离子型稀土矿硫酸镁溶液原地浸矿渗流演化实验研究

对于离子型稀土矿体的原地浸矿,渗流是稀土离子浸出率和浸矿周期的重要控制因素,成为提升浸出效率的关键。本研究以赣州龙南足洞稀土矿块为柱浸实验对象,以硫酸镁溶液作为浸矿液,利用核磁共振、EDTA容量法和数据拟合分析等手段,研究了不同浓度硫酸镁溶液浸矿对离子型稀土矿体孔隙结构、稀土离子浓度及溶液浸出速率的影响,并探讨了原地浸矿过程孔隙结构的演化机理。结果表明：清水浸矿过程对矿体孔隙结构的影响较小,并有少部分大孔隙矿体向小孔隙矿体转变;而硫酸镁溶液浸矿过程对矿体孔隙结构的影响较大,矿体孔隙率先由大孔隙向小孔隙转变,再由小孔隙向大孔隙转变,并且表现出阻碍浸矿液渗流的特点,浓度越大,阻碍作用越显著。最后分别拟合了各硫酸镁浸矿组的浸出稀土离子浓度与平均浸出速率的关系。     

浸矿剂浓度对离子型稀土矿体抗剪强度参数的影响

原地浸矿过程中离子型稀土矿体与浸矿剂发生离子交换和水化作用等,导致矿体颗粒成分、级配和矿体强度发生改变,从而影响矿山边坡的稳定性,甚至会造成山体滑坡等一系列工程问题。黏聚力、内摩擦角是影响矿体抗剪强度的主要参数,通过Zeta电位测定试验、颗粒级配测定试验以及直剪试验,分析出不同浓度的浸矿剂硫酸铵溶液浸矿对离子型稀土矿样双电层厚度、颗粒级配和抗剪强度参数的影响规律。试验结果表明：浸矿作用下,对粒径小于0.075 mm的矿样,当硫酸铵溶液浓度小于2%时,随着溶液浓度增大,矿样颗粒间黏聚力减小,内摩擦角增大;当硫酸铵溶液浓度在2%～3.5%之间时,随着溶液浓度增大,矿样颗粒间黏聚力增大,内摩擦角减小。     

强降雨条件下离子型稀土矿山边坡稳定性分析

降雨是诱发离子型稀土矿山滑坡灾害的主要因素之一。以赣南某离子型稀土矿山边坡为研究对象,采用数值模拟方法得到强降雨下边坡孔隙水压力的变化情况,分别分析降雨类型、停雨间隔时间和降雨强度对边坡孔隙水压力的影响,并应用有限元强度折减法计算拟定工况下的边坡稳定性系数。结果表明:①不同降雨类型下边坡孔隙水压力变化情况不同,增强型降雨对边坡稳定性系数影响最大。②边坡表面孔隙水压力回落幅度随停雨间隔时间的增加而增大。总降雨量相同时,停雨间隔时间缩短对边坡稳定性不利。③随着降雨强度的增大,边坡孔隙水压力的变化速率增大,边坡稳定性系数下降速率增大并且下降幅度增大。      

裸脚式稀土矿山原地浸矿渗流过程及边坡变形

原地浸矿回收稀土资源时,因注液不当等原因,容易引发滑坡等地质灾害。选择陡坡开采矿块,现场实验研究裸脚式稀土矿山的原地浸矿渗流过程及其引起的边坡变形规律,得到如下结论。实验矿块的浸润面接近临界水位时,仍有26.5%的矿层处于非饱和状态,因而影响了离子交换效率和资源回收率,是造成"复灌"回收龙南类型离子型稀土资源的一个主要原因。实验矿块矿层饱和体积比为65.0%时,原地浸矿的渗流场进入平衡期,在平衡期之前,注液强度增加6天后裂缝宽度才有明显变化;进入平衡期之后,裂缝宽度变化滞后注液强度增加3天,滞后注液强度减小2天。对于坡度均一的陡坡,如果原地浸矿前期注液强度过大,易引发推移式滑坡,剪出口出现在半山腰以上,后期注液强度过大,易引发牵引式滑坡,剪出口出现在山脚下;对于上陡下缓的陡坡,原地浸矿易引发推移式滑坡。     

原地浸矿工艺浸出液浓度控制技术研究

针对目前离子型稀土矿山生产过程中普遍存在的浸出液浓度低、基建成本及动力费用高等问题,通过开展浸矿剂浓度对浸出液浓度的影响、注液强度对浸出液浓度的影响、渗透率对浸出液浓度的影响、整合各项影响因素、参数,有效控制浸出液浓度等一系列研究,指导离子型稀土低耗高效开采。     

渗流作用下稀土矿孔隙结构与强度弱化关系研究

为研究纯水入渗过程中重塑稀土试样微观孔隙结构和强度的变化规律,进行了室内模拟浸矿、核磁共振和三轴压缩试验。结果表明：随着纯水渗流浸矿时间的推移,试样内部微观结构的变化呈现中等孔径孔隙向大孔径孔隙变化的趋势;2个主要强度指标值即黏聚力和内摩擦角随纯水入渗时间推移呈现大幅减小的变化规律。综合分析结果表明,渗流作用使矿体内部孔隙结构发生改变从而诱发矿体强度逐步弱化;孔隙结构的变化是造成矿体强度弱化的主要诱因。     

南方离子型稀土矿开采的环境损伤及防治

阐述了离子型稀土矿池浸、堆浸和原地浸矿3种开采技术,并分别从环境破坏、资源利用率、提取效率等方面对比了3种开采工艺,同时,首次提出了环境损伤的概念,研究归纳了离子型稀土在开采中产生的环境损伤,并将其分为地质环境损伤、大气环境损伤、水体环境损伤、土壤环境损伤4类.从过程分析的角度探究了3种开采工艺环境损伤产生的原因,并从工艺技术、生态修复、安全管理等多个方向提出防治环境损伤的措施.建议今后进一步研究原地浸矿的基础理论、工艺短流程、渗流场演化和矿体强度弱化规律、重金属离子和氨氮污染的转化及二次迁移规律等,优化原地浸矿工艺.研究开发高效新开采工艺、新浸矿剂、土壤改良剂,以促进离子型稀土行业的可持续发展.     

大气干湿循环作用下矿山边坡的稳定性研究

矿山边坡工程中滑坡现象的产生与降雨条件联系紧密,降雨条件变化改变土体干湿状态,可以导致土体强度大大降低,进而成为触发边坡失稳破坏的主要因素。针对雨水在矿山边坡中的渗流问题,从数学模型、数值模拟和试验研究三个方面对近年来国内外降雨作用下边坡的研究成果进行梳理总结,探讨了目前进行降雨边坡的进一步发展需要解决的关键问题。     

改进单毛细上升模型确定原地浸矿中的毛细损失高度

再吸附现象是离子型稀土原地浸矿中浸取率的主要影响因素之一,其可以分为随着液体渗流在矿体下部再吸附和因为毛细作用在矿体上不再吸附两个部分.矿体下部的再吸附已有很多的研究,主要通过浸矿剂用量的多少来解决,而针对毛细上升作用引起的上部再吸附研究相对较少.本文在已有单毛细上升模型的基础上,把土柱的等效孔径(R等)替换单毛细上升...     

离子型稀土浸矿过程中渗透性变化规律的试验研究

离子型稀土矿体的渗透性对浸矿工艺和浸矿引起边坡稳定变化具有重要影响,为此,采用室内柱浸试验研究渗流过程离子型稀土渗透性变化规律,通过对比原矿和筛分样的渗透系数变化,探讨了浸矿过程渗透系数的变化机理.研究结果表明:在清水渗流过程中,微颗粒迁移引起渗流稳定时间增长.渗流变化幅度增大,随着水力梯度的增大,流场稳定时间减小.流量变化幅度增加;浸矿过程中,离子吸附和离子交换使渗透系数减小,微颗粒迁移引起渗透系数增加,两种相反的作用同时存在,当水力梯度小于某一临界值时,引起渗透系数变化的主要原因是离子吸附和离子交换,当水力梯度大于某一临界值时,引起渗透系数变化的主要原因是微颗粒迁移,水力梯度增大,微颗粒迁移对渗透系数的变化影响增大;由于原矿级配良好,粒径大小相差悬殊,导致原矿比筛分样流场稳定时间更长.      

离子型稀土矿山氨氮污染及其治理研究进展

离子型稀土矿山氨氮污染治理是矿山环境保护的重要组成部分。本文对离子型稀土矿山氨氮污染及其治理现状进行了综述,总结了氨氮对土壤、水体的危害,赋存形式及其去除方法。根据氨氮在土壤及水体的赋存形式,对已经开采的离子型稀土矿山,采取土壤淋洗技术去除氨氮;对正在开采的离子型稀土矿山,重点论述了注液工程与收液工程的优化,无铵化浸矿以及矿山智能监控系统。     

离子型稀土矿山临界注液强度的计算

离子型稀土矿山在注液强度过大时容易引起滑坡，因此研究临界注液强度有重要意义.通过现场测试表土层、原矿层和尾矿层相关土性参数，基于GeoStudio软件计算了3种工况下注液面积百分比由30 %增加到60 %时临界注液强度和滑坡剪出口高度的变化规律.结果表明:随着注液面积百分比的增大，临界注液强度先快速减小，后趋于缓慢；滑坡剪出口高度随着注液面积百分比增大而逐渐减小；浸矿使得矿体的临界注液强度减小32 %左右；而布置巷道收液工程使得其临界注液强度可达浸矿后的10~7.5倍左右；浸矿对滑坡剪出口高度基本不产生影响，但巷道收液工程可使滑坡剪出口高度增大1.40~1.23倍左右.      

浸矿对离子型稀土矿强度影响的试验研究

为研究浸矿对离子型稀土矿物理力学性质的影响,分别对浸矿前后的稀土矿样做直接剪切试验,根据库仑定律求出稀土矿的抗剪强度指标,结合颗粒筛分试验,分析浸矿对离子型稀土矿颗粒粒径和强度的影响规律,结果表明：浸矿发生的离子交换反应改变了离子型稀土矿颗粒的成分、粒径和级配,进而改变了稀土矿区的强度等力学性质;浸矿使稀土矿黏聚力降低50%左右,内摩擦角约增加15%,级配变差。本文的研究将为稀土开采中的边坡稳定和浸矿后尾矿的治理和综合利用提供一定的理论指导。     

两种采矿方法下离子型稀土矿山生态环境成本量化对比研究

矿山生态环境成本定量核算对稀土行业可持续发展具有重要影响,土壤生态环境成本和水环境成本是离子型稀土矿山生产过程中的最主要环境成本。本文以离子型稀土矿山土壤生态环境和水环境成本为研究对象,建立了生态环境成本核算框架,对两种不同采矿方法(堆池浸工艺和原地浸矿工艺)下的离子型稀土矿山的环境成本进行了量化核算。研究表明,原地浸矿工艺环境成本(25430元/吨稀土)略低于池浸工艺(26683元/吨稀土),二者相差不大。建议离子稀土矿山实际生产中,应根据当地实际地质环境条件,考虑堆浸与原地浸矿两种工艺的共生共赢。     

离子型稀土矿石颗粒粒度分布及变化规律研究

渗流问题和边坡稳定性问题是离子型稀土矿床原地浸矿工艺面临的两个基本问题,而颗粒粒度分布被认为是土壤最基本的物理性质之一,对土壤水流动、溶质和颗粒迁移以及水土流失等起关键作用。通过浸矿实验、筛分分析和激光粒度分析研究了离子型稀土矿石颗粒粒度分布特征及其影响因素和变化规律。研究结果表明,离子型稀土矿石颗粒粒度分布受成矿母岩、风化程度、水土流失和颗粒垂向迁移、原地浸矿活动等因素的影响,呈如下变化规律:(1)当成矿母岩为中、粗粒结构,且石英含量高时,稀土矿石颗粒易呈双峰式粒度分布,即微粒组分(0.2 mm)和中、粗粒组分(2 mm)含量较高,细粒组分(0.2 mm~2 mm)含量相对较低,原地浸矿活动过程中容易造成水土流失和颗粒垂向迁移,并易诱发滑坡灾害;(2)受风化程度和颗粒垂向迁移的影响,稀土矿石微粒组分的含量随深度增大常呈先升后降的抛物线形态;(3)原地浸矿活动可促进稀土矿石的进一步风化,并加剧较细颗粒的垂向迁移,从而影响稀土矿石颗粒粒度分布。     

影响离子型稀土矿浸矿效率的因素研究

近几年随着我国科学技术水平的不断发展，很多行业都发生了极大变化，人们对生活质量的要求也在不断提高，这对我国矿产资源而言就面临极大挑战，要想获取更多的矿产资源就必须提升采矿效率，同时还要更低成本的对矿床进行开采。就当前情况来看我国已经研发很多采矿技术，其中使用离子型稀土浸矿技术能够有效对矿体进行开采，在浸矿过程中充分利用了化学的平衡反应，以此实现采矿目的。然而在浸矿过程中浸出剂的浓度、流速、温度、固液比以及PH值都是影响浸矿效率的重要因素，而就实验统计发现浸矿剂的硫酸溶液浓度固液比为1:1,PH在4.5，流速为三毫升每分钟时稀土的浸出效果相对较好，浸出率高达80%左右，以下主要通过试验对其进行研究。     

浸矿液pH对离子吸附型稀土浸出行为影响实验研究

为了探究浸矿液pH对离子吸附型稀土浸出行为的影响,从宏观和微观相结合的角度对离子吸附型稀土浸出行为进行了研究。实验采用不同pH硫酸镁溶液作为浸矿液对离子吸附型稀土进行室内模拟柱浸实验,同时采用核磁共振技术测定浸矿过程试样的横、纵两向反演图像及T₂图谱、孔隙结构等参数,分析了不同pH(2～4.5)对离子吸附型稀土浸矿行为的影响规律。结果表明,当pH>2.5时,随浸矿液pH降低,稀土浸出率增加,浸矿过程中试样内部孔隙结构由大孔隙和超大孔隙向小中孔隙演化;当pH<2.5时,随浸矿液pH降低,稀土浸出率减小,浸矿过程中试样内部孔隙先由大孔隙和超大孔隙向小中孔隙演化,随着离子交换反应结束,小中孔隙又向大孔隙和超大孔隙演化。分析认为,这种差异是由于稀土矿体微细颗粒在孔隙表面沉积和释放动态转化过程导致,受离子置换反应引发浸矿液离子强度变化等因素影响。     

离子型稀土矿渗流溶浸行为研究

离子型稀土矿性质复杂,当前所采用的原地溶浸工艺适应性不强、影响因素较多,为揭示离子型稀土矿原地溶浸过程影响机制,探寻溶浸过程优化调控方法,本文以江西龙南足洞风化离子型稀土矿为研究对象,采用室内柱式溶浸法模拟原地溶浸工艺过程,开展离子型稀土矿溶浸过程影响规律研究,考察浸出过程各工艺因素对离子型稀土矿浸出效率的影响以及稀土原矿浸出前后的物质变化。研究结果表明,调控离子型稀土矿浸出过程原矿含水量4%、矿层高度43 mm,浸出剂浓度4%、浸出剂溶液p H值5.0、浸取过程固液比1.0∶0.8、浸取剂流速5 ml·min-1为最佳浸出条件参数,在原矿REO总量为0.078%的情况下,可获得浸出率为92.87%的稀土母液,母液中稀土平均浓度为1.73g·L-1,效果良好。稀土离子在浸出过程中与浸出剂的电解质NH+4发生了离子交换反应,稀土离子被交换浸出,而阳离子电解质NH+4则保留在浸渣中,整个浸出过程未生成其他新的物质,没有改变离子型稀土矿原有的晶型结构,不会影响稀土离子的渗流溶浸,有利于离子型稀土矿的绿色高效提取。