离子型稀土矿浸出过程微细颗粒迁移规律及调控

离子型稀土矿在浸出过程中浸出剂与矿石表面水合机制较为复杂,颗粒间的桥式胶结因离子吸附交换过程中存在多种作用力与分散作用而容易发生断裂,从而使微细颗粒发生迁移和重新排列,并在孔喉处沉淀,产生堵塞现象,影响离子型稀土的浸出效率。为揭示离子型稀土矿在原地浸出过程中微细颗粒的迁移规律,并找到适宜的调控方法,以龙南足洞离子型稀土矿为研究对象,采用实验室柱式溶浸法,考察了浸出剂质量浓度、黏度、流速、水力梯度、矿体高度及矿体含水率对微细颗粒迁移的影响。结果表明,离子型稀土矿浸出过程微细颗粒的迁移是影响浸出效率的重要因素之一。在外力的作用下,微细颗粒在浸出过程中易随浸出剂发生迁移运动。当调控浸出剂质量浓度低于4%,浸出剂黏度不超过1.5 mPa?s,水力梯度小于0.75,浸出剂流速低于3 mL/min,原矿含水量大于11%时,矿体中微细颗粒迁移率较低,矿体渗透性保持良好,有利于浸出液的渗流和稀土离子的浸取。     

颗粒迁移和离子吸附对粗粒土渗透性的影响试验研究

为了研究颗粒迁移和氨氮离子吸附对粗粒土渗透性的影响,利用渗透仪对3种不同细粒含量的花岗岩全风化粗粒土进行渗透试验.研究3种土样分别在蒸馏水和硫酸铵溶液环境中的渗透系数变化规律.结果表明,在蒸馏水渗透环境中,随着土样中细颗粒含量的增加,颗粒迁移对土样渗透性的影响将有所减弱;在氨氮溶液环境中,氨氮吸附对细颗粒含量更高土样的渗透性影响更为明显;随着渗透时间延长,不同溶液环境中土样的渗透系数趋于一致,表明细颗粒迁移对土样渗透性的影响较氨氮离子吸附更强,但离子吸附对渗透系数降低具有一定的延迟效应.在此基础上,讨论土样在渗透过程中渗透性的演变机理,表明颗粒迁移造成土样下游孔隙堵塞,以及氨氮离子吸附造成颗粒表面水化膜厚度的变化,均是引起土样渗透性变化的主要原因.      

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。     

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。     

离子吸附型稀土矿再吸附试验研究

针对离子型稀土矿原地浸矿中的再吸附问题,进行了实验室条件试验,探讨了离子型稀土矿再吸附存在的条件,提出避免离子型稀土矿浸出再吸附的措施。结果表明稀土母液与稀土矿相互接触越充分,再吸附效果就越好;母液稀土离子浓度升高或母液液固比增大,会使稀土矿再吸附量增大;母液中阳离子离子交换能力大于稀土离子,会抑制稀土矿再吸附,交换能力小于稀土离子,会促进稀土矿再吸附;pH值升高再吸附量先增大后减小。同时,为避免浸出过程再吸附,应该选择合适的浸取剂浓度与液固比。     

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。     

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。     

离子吸附型稀土开采工艺与理论研究现状

对离子吸附型稀土的浸矿工艺与理论进行了综述,阐述了堆浸、池浸、原地浸矿三种提取工艺和发展历史,分析了现有工艺存在的问题,结合最新研究成果,报道了离子型稀土浸出新工艺和新技术。在浸矿理论方面,重点论述了浸矿过程中渗流力学、岩土力学、传热传质学的最新成果,最后提出了离子型稀土必须走科学化、智能化、安全、环保的精准开采道路,发展成为具有科技支撑、理论支持的开采提取新模式。     

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。      

聚乙二醇对风化壳淋积型稀土矿浸出的影响

针对氯化铵作为浸取剂浸取风化壳淋积型稀土时,稀土浸取速率较低和浸出周期长等问题,使用聚乙二醇(PEG)为添加剂,通过柱浸试验模拟工业生产中的原地浸出工艺,探究不同聚合度的聚乙二醇对稀土矿渗透性和稀土浸出的影响。结果表明,聚乙二醇400、聚乙二醇1000和聚乙二醇4000溶液在稀土浸出过程中表现出较好的渗透效果。采用质量分数2.00%的聚乙二醇400、聚乙二醇1000、聚乙二醇4000分别与0.20mol/L的氯化铵复配,复配浸取剂溶液在稀土矿样中的渗透速率随着水力梯度的增大呈线性增大,符合达西定律。PEG400+NH_4Cl、PEG1000+NH_4Cl、PEG4000+NH_4Cl以及NH_4Cl溶液的稀土浸出率分别为82.61%、89.12%、70.67%和88.06%,且当聚乙二醇1000作为助浸剂时,渗流速率最大,渗透效果最佳。添加了聚乙二醇1000的复配浸取剂溶液,在浸取风化壳淋积型稀土矿中稀土的反应过程符合内扩散动力学模型。研究结果对提升复配浸取剂溶液在稀土矿体中的渗流速率有重要意义。     

Lattice Boltzmann model for simulation on leaching process of weathered elution-deposited rare earth ore

The lattice Boltzmann model with coupled chemical reaction was proposed to simulate the ion exchange process of rare earth leaching and verified by comparison with both empirical correlation of mass transfer coefficient and unreacted-core shrinking model. By simulation, the zonation phenomenon of leaching reagent in the leaching column was presented, and the breakthrough curve of leaching reagent was obtained. When t=50 s, there existed the saturated and exchange zones, and the leaching reagent concentration decreased gradually from 20 to 9.3 g/L. In accordance with the breakthrough curve, the breakthrough capacity of ion-type rare earth ore and the adsorbed ion concentration of leaching reagent were derived, the time of t=25 s was the breakthrough point of ammonium ion in leaching reagent and the breakthrough capacity of the rare earth ore was 125 g/L. Besides, the chemical kinetics parameters used for the solute transfer process of rare earth leaching were obtained by the simulation and then were used to determine the rate-limiting steps of rare earth leaching process.     

离子吸附型稀土矿除铝技术研究进展

赣南离子吸附型稀土矿富含中、重稀土元素,具有极高的经济价值及重要的战略意义.在对大量文献资料进行查阅及分析的基础上,介绍铝在离子吸附型稀土矿中的赋存形态、浸出行为以及对稀土工业生产的影响,系统地阐述离子吸附型稀土矿浸取过程中除铝技术的研究和实践进展,并对现有技术进行分析总结,提出未来离子吸附型稀土矿除铝技术应向环境友好型发展,并实现除铝产物资源化、商品化.      

酸法地浸采铀多井系统中渗透系数时空演化模拟

为了解酸法地浸采铀过程中含矿含水层渗透系数时空演化规律,通过数值模拟的方法建立了由两组五点型地浸抽注井构成的二维反应动力学模型,模拟酸法地浸采铀中孔隙度-渗透系数时空演化过程,探讨含矿含水层渗透系数时空演化规律。模拟结束时模拟区域内渗透系数区间为[5.37 m/d, 14.7 m/d]。通过渗透系数时间演化结果可知,在渗流作用和化学反应前锋不断向抽液孔推进,渗透系数发生变化的区域随时间不断增大,模拟区域内渗透系数区间值随时间不断增大,模拟结束时6个注液孔周围的渗透系数演化情况差异较小;矿层内渗透系数大于初始值的范围为注液孔中心相距约3 m（占抽注半径1/10）处的圆柱体内,渗透系数最小值出现在与注液孔中心相距约5.66 m处的圆周上,含矿层内大部分区域的渗透系数均小于初始值,根据模拟结果渗透系数最小值可能出现在与注液孔距离抽注半径的1/6~1/5区域内。      

非离子型表面活性剂对风化壳淋积型稀土矿浸出过程的影响

为了缓解风化壳淋积型稀土矿浸取过程存在的浸取周期长、浸出剂用量大和稀土拖尾等问题,以非离子型表面活性剂为助浸剂,氯化镁为浸出剂,对稀土浸出过程进行研究,研究复配浸出剂溶液性质,分析浸矿前后矿物粒径分布,探讨表面活性剂的促渗机理。研究结果显示,加入表面活性剂后,稀土浸出率提高,渗透速度加快,溶液的表面张力和接触角均减小,黏度增大,矿物颗粒的中值粒径明显减小,矿物表面Zeta电位增大,其中加入吐温40后稀土浸出率提高至86.38%,表面张力减小19.00%,接触角减小53.19%,溶液黏度减小4.29%,溶液性质变化最大。加入表面活性剂后可使溶液更容易润湿矿物,进入孔隙的阻力变小,扩散层厚度减小,黏土矿物的膨胀受到抑制,使得溶液浸出稀土的效果更好,其中吐温40对溶液浸出稀土的渗流效果影响最大,助渗效果最好。     

从某地铝土矿中直接提取稀土的可行性研究

对我国某地新发现的含有少量稀土元素的铝土矿，探讨了用离子交换法，采用盐溶液渗滤浸出及搅拌浸出提取稀土的可能性。根据试验结果，参考对Al2O3的X光衍射分析结论，配合以选择性酸浸法提取稀土的试验，认为该铝土矿中以吸附相存在的风化壳淋积型稀土矿比例很小，大部分为未风化的稀土独立矿物。     

A two-parameter model for ion exchange process of ion-adsorption type rare earth ores

The establishment of a mathematical model for the ion exchange process is key to creating a theoretical basis for the mining of ion-adsorption type rare earth ores. Ore samples from Xinfeng, Xunwu and Anyuan were used as the test ore samples in the present study and equilibrium batch tests of ore sample leaching using various ammonium sulfate concentrations were performed. The results show that, after leaching, there is a negative exponential relationship between the ratio of the solid-phase rare earth ion concentration to the aqueous-phase rare earth ion concentration and the initial ammonium ion concentration. However, there is a linear relationship between the natural logarithm of the ratio of the solid-phase ammonium ion concentration to the aqueous-phase ammonium ion concentration and the initial ammonium ion concentration. Based on the above two functional relationships, a two-parameter model for the equilibrium ion exchange process of ion-adsorption type rare earth ores was established. Using the established model to analyze the test data the model error for the Xunwu ore sample is found to be less than 5%. The proposed model is more accurate compared with the Kerr model. The two-parameter model proposed in this study provides theoretical support for the numerical simulation of column leaching (in-situ leaching) of ion-adsorption type rare earth ores.