矿石颗粒级配对堆浸体系三维孔隙结构的影响

为研究堆浸体系矿石粒径分布对孔隙结构的影响,对不同级配矿岩散体构成的浸柱开展显微CT扫描测试,得到浸柱内部结构图像。通过阈值分割算法对孔隙结构进行提取,建立浸柱三维孔隙模型,对浸柱体孔隙率和面孔隙率的空间分布特征进行研究。利用最大球算法构建浸柱孔隙网络模型,进而分析矿石粒径分布对孔喉半径、喉道长度、孔喉体积、形状因子和配位数等参数的影响规律。结果表明:矿石颗粒级配性越好,矿堆孔隙率越低;矿石粒径越均匀,矿堆不同区域孔隙率差异越小;矿石粒径分布对孔隙尺寸和连通性影响较为显著,对孔喉形状因子影响较小。随着细颗粒矿石的减少,大孔隙增多,孔喉半径、喉道长度和孔喉体积相应增大;随着矿石粒径均匀性的增加,堆浸体系中孤立孔隙所占比例减少,高配位数孔隙所占比例增大,即矿堆内的孔隙空间具有更好的连通性。      

基于图像处理的矿石颗粒三维微观孔隙结构演化

采用高精度显微CT技术及三维图像分析方法研究氧化铜矿石颗粒在酸浸前后内部微观孔隙结构特征及其演变,考察孔隙率、孔隙尺寸分布、孔隙连通度、孔隙分维等参数的变化规律.结果表明:酸浸后矿石颗粒的孔隙率明显增加,孔隙尺寸分布范围更广,出现一定比例的大孔隙,平均孔隙直径增加2~3倍;孔隙连通度在酸浸前基本为零,酸浸后明显增加,并在各方向上呈现空间变异性;孔隙分维数在浸出结束后也有所增大,且在一定范围内与孔隙率及平均孔隙直径呈指数增长关系.借助三维图像分析可实现矿石浸出过程中内部微观孔隙结构的定量描述,从而揭示矿石颗粒孔隙结构的演化规律.      

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。     

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。     

渗流作用下风化壳淋积型稀土矿细观孔隙结构演化特征

为研究风化壳淋积型稀土矿浸出过程中溶液渗流作用对孔隙结构的影响,以去离子水为溶浸液开展浸矿实验。对浸出前后矿样进行显微CT扫描,获取了试样内部结构图像,利用阈值分割算法得到了浸出前后稀土矿样的孔隙结构图像。进而,研究了溶液渗流作用下试样孔隙结构的变化特征,分析了渗流作用对试样孔隙率、孔隙体积、孔隙长度、孔隙宽度和孔隙方位角等参数的影响。结果表明:稀土矿孔隙形状和尺寸在渗流作用下发生显著变化,且在粗细颗粒接触区最为明显;溶液渗流作用使得稀土矿孔隙率增大,孔隙总数量减少,孔隙总体积增大。渗流作用下矿样中小孔隙数量减少,大孔隙数量增多,各尺寸区间的孔隙数量变化率随孔隙尺寸的增大呈现先增大后减小的趋势。溶液渗流作用下孔隙长宽比分布更加集中,孔隙方位角在各角度区间的分布更加均匀,孔隙各向异性增强。      

风化壳淋积型稀土矿浸取分形动力学研究

风化壳淋积型稀土矿粒径分布特征是影响浸取性能的主要因素之一。以五种重组江西风化壳淋积型稀土矿为研究对象,通过柱浸实验和分形理论相结合的研究手段,探究稀土矿的粒径分布特征与分形维数的关系,以及其对浸取动力学性能的影响规律。结果表明,随着分形维数增大,小粒径颗粒质量含量随之增大,而大粒径颗粒质量含量随之减少,尤其是小于0.150 mm和大于1.400 mm粒径颗粒质量占比变化幅度较大,其余粒径颗粒变化幅度较小。随着分形维数增加,浸出的稀土浓度峰值逐渐增大,浸矿中稀土浓度峰值出现的时间变晚,稀土浸取率达到平衡所需要的时间变长。基于分形理论,构建了风化壳淋积型稀土矿浸取分形动力学模型,并证实了新模型具有较高的准确性,能够较好的定量描述浸矿中不同分形维数的稀土矿样的浸取动力学特性。     

离子吸附型稀土浸矿过程渗透系数与孔隙率关系研究

为研究离子吸附型稀土矿在浸出过程中矿体的渗透系数和孔隙率的关系,对稀土试样进行室内渗透和测定孔隙率试验,进而分析矿体的内部孔隙和渗透的变化规律。在同种试验条件下重塑相同物理性质的渗透试样和测定孔隙率的试样进行试验。结果表明,纯水浸矿时,矿样的渗透率和孔隙率都出现先增大后平稳的变化规律。(NH_4)_2SO_4溶液浸矿后的矿样的渗透系数在有效浸矿时间内逐渐增大,同时孔隙率也出现同样的变化规律。最后对矿样的孔隙率和渗透系数变化进行拟合曲线得出,矿样的渗透系数与其孔隙率有极强的相关性,渗透系数随孔隙率的增大而增大。且(NH_4)_2SO_4溶液浸矿对矿样内部微观结构改变起到进一步加深作用,具体表现在矿样的孔隙率和渗透系数相对单纯水作用下进一步增大。     

浸矿母液侵蚀作用下离子型稀土矿基岩孔隙演化规律试验研究

为探究浸矿母液侵蚀作用下离子型稀土矿基岩内部孔隙变化,对浸矿母液浸泡下的基岩试样进行了室内模拟试验,检测基岩试样的组成成分,测试不同浸泡时间后试样的P波波速和质量变化,分析浸矿母液pH变化和化学作用,结合核磁共振试验结果,研究了浸矿母液侵蚀作用下基岩孔隙演化规律。试验结果表明,在0～150天的试验期阶段,试样的质量及P波波速呈现减小后反弹的变化趋势,其变化可能与试样内部被浸矿母液侵蚀溶解及浸矿母液存在反应沉淀吸附物有关;浸矿母液与试样存在侵蚀溶解和沉淀吸附反应,侵蚀溶解导致试样内部孔隙增加,而沉淀吸附反应导致沉淀吸附物填补孔隙;浸矿后,基岩试样内部孔隙分布以中孔隙居多,小孔隙次之,大孔隙近乎减小为零;中孔隙随浸泡时间呈现先增加后减小的趋势,而小孔隙先减小后增加。试验结果可为进一步探究浸矿母液侵蚀作用下的离子型稀土矿基岩力学行为提供一定程度的理论参考。     

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。     

离子吸附型稀土矿离子交换过程的经验模型

离子型稀土矿的浸矿工艺中,离子交换过程对稀土浸取率有重要的影响。本研究以硫酸铵作为浸矿剂,选取寻乌和信丰矿样进行了杯浸试验。试验表明,液相稀土离子浓度随加入铵离子浓度的增加而增加;浸矿平衡后固相稀土离子浓度与浸矿前固相稀土离子浓度之比和加入铵离子浓度呈负指数关系。结合试验数据,建立了离子型稀土矿离子交换过程的经验模型,讨论了经验模型中参数λ_1和λ_2的物理意义和取值方法;与Kerr模型进行比较,对于寻乌矿样,Kerr模型的误差范围为6%～7%,经验模型的误差范围为2%～5%,对于信丰矿样,Kerr模型的误差范围为13%～24%,经验模型的误差范围为3%～6%,经验模型的计算精度优于Kerr模型。     

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。     

浸矿液对离子型稀土矿孔隙影响机制研究

为了研究浸矿液对离子型稀土矿孔隙的影响机制,通过柱浸试验,借助CT扫描图像处理技术及扫描电镜手段,分析了颗粒重配比下稀土矿渗透性,浸出前后矿体孔隙率变化以及颗粒表面微观形貌变化情况,试验结果显示:离子型稀土矿浸出液渗流速率随浸出时间不断下降直至稳定,浸出前后矿体孔隙率呈时空差异性变化,浸出后矿体高度下降了8. 66 mm,孔隙率减小了4. 47%,矿物颗粒表面孔裂隙增大增多并呈贯通趋势。提出并探讨了浸矿液对离子型稀土矿孔隙4种影响机制:颗粒迁移、扩散双电层作用、化学反应作用和压力溶解。分析表明,4种机制的作用结果不同,其中颗粒迁移、扩散双电层作用和压力溶解导致矿体孔隙率减小,而化学反应作用导致矿体孔隙率变大; 4种机制的作用效果室内试验和现场实际不一样,室内试验:颗粒迁移化学反应作用扩散双电层作用压力溶解,现场实际:化学反应作用扩散双电层作用颗粒迁移压力溶解。浸出后矿体孔隙率增大或减小最终取决于矿体自身条件和物理化学综合作用结果。     

浸矿过程中离子吸附型稀土矿力学特性实验研究

为研究离子吸附型稀土矿在整个浸矿过程中矿样力学特性的演变规律,利用不固结不排水三轴实验,并结合核磁共振测试技术,得到了不同浸矿时间下稀土试样的应力-应变曲线和试样核磁共振反演图像,建立了稀土试样的应力-应变本构模型。结果表明,伴随着离子置换反应自上而下的过程,稀土试样内部也存在固体微细颗粒自上而下运移过程,该过程会弱化矿体强度。相同围压条件下,在有效浸矿时间内,浸矿试样的偏应力随着浸矿时间的增加而逐渐减小,但在有效浸矿时间过后,其偏应力随着浸矿时间的增加而有所增大,但不会超过其初始偏应力值。在三轴压缩过程中,对试样施加的围压增大的同时,其相应的偏应力也有所增大。实验结果与邓肯-张模型计算出的数据基本一致,拟合精度良好,可采用邓肯-张模型描述和预测不同浸矿时间的稀土矿样的应力-应变的曲线走势。     

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。     

不同孔隙比下风化壳淋积型稀土矿强度特性

风化壳淋积型稀土开采过程中,孔隙比为影响浸矿效果和矿体稳定性的关键因素.为探索不同孔隙比下风化壳淋积型稀土矿强度特性变化,选取6组重配比的稀土矿样,对不同孔隙比矿样进行了直接剪切实验,探讨孔隙演化对矿体抗剪强度的作用规律,揭示孔隙比对黏聚力和内摩擦角的影响机制.研究表明:不同孔隙比非饱和稀土矿对应着不同的剪切强度,基于试验数据发现剪应力与剪位移呈"类抛物线"变化,并建立了孔隙比与抗剪强度指标的关系模型.机制分析认为,随着孔隙比的增大,结合水膜效应逐渐弱化,粒间接触点数目也随之减少,使矿体抗剪强度减小.      

高含泥铜矿堆浸矿岩散体结构特征分析

为了探寻影响羊拉铜矿浸堆渗透性的重要因素,本文对浸出过程中矿岩散体的结构特征进行了一系列研究。针对矿岩散体的多尺度效应,运用数学公式、统计方法及实验手段分别对浸堆宏观孔隙结构、矿岩颗粒微细结构进行了定性和定量表征。采用扫描电子显微镜进行氧化铜矿表面形貌演化实验研究,并揭示了浸出前后矿岩颗粒微孔裂隙结构变化规律。     

离子型稀土矿土壤粒度分布特征研究——以赣县姜窝子稀土矿山为例

颗粒粒度分布对土壤水分运动和溶质迁移,以及水土流失有重要影响. 利用水洗分筛和激光粒度分析技术研究了江西赣县姜窝子稀土矿土壤颗粒粒度并探讨了土壤颗粒粒度在垂直方向的分布规律. 研究表明,姜窝子稀土矿山土壤颗粒粒度分布受风化程度、颗粒垂向迁移因素的影响,呈如下分布:①离子型稀土矿土壤颗粒按直径分为粗、细、粉、黏粒结构,且土壤粗颗粒以石英为主,稀土矿土壤颗粒粒度呈驼峰式分布,即粒径在粗颗粒（ > 2 mm） 和黏粒（ < 0.075 mm）含量较高,粒径在细、粉粒（0.075~2 mm）含量相对较低;②受风化程度和颗粒垂向迁移的影响,稀土矿土壤细、黏粒组分的含量随深度增大呈先升后降的曲线形态;③黏粒（ < 0.075 mm）激光粒度分析表明,颗粒分布随粒径的大小变化与粒径大于0.075 mm的颗粒在深度上的分布相似.      

某风化壳淋积型稀土矿的渗透性研究

风化壳淋积型稀土矿的渗透性对实际矿山的开采工艺具有重要的影响,实际开采中发现,广东某稀土矿山稀土矿的渗透性较差,为了更好的认识浸取剂在该矿浸取过程中的渗流规律,以指导高效开采,通过硫酸铵柱浸的方式来模拟实际生产中的浸出工艺,探讨了矿石初始含水率、装矿高度及压差对该矿渗透过程的影响。研究发现,随着矿石初始含水率的增大,渗透速度越快,形成稳定流场的时间越短;随着装矿高度的增加,渗透速度越来越慢,形成稳定流场的时间越来越长;压差越大,渗透速度越快,形成稳定流场的时间越短。     

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.      

粒度对高硫铝土矿焙烧脱硫的影响

在不同矿石粒度下,探究焙烧预处理对矿石宏观形貌、粒度分布、硫含量、物相结构及矿物微观形貌的影响。结果表明,较粗粒径的盘磨矿的焙烧效果优于较细粒径的球磨矿;焙烧后矿石粒度有细化的趋势,其中盘磨矿中的黄铁矿被氧化成赤铁矿,颗粒变得较为疏松,球磨矿中含有微量的磁铁矿;在700℃、30min的焙烧条件下,矿石的硫含量从2.3%降低至0.48%,满足工业生产要求。