离子型稀土矿原地溶浸体系传质过程优化调控研究

The medium-heavy rare erarth rlements which included in ionic rare earth ore is our precious rare earth mineral resources. The RE in-situ leaching process is the optimal leaching process for the ionic RE ore, but long-term production shows this process still exist poor adaptability,low leaching rate,long leach cycle,high Stability drug residues in ore body and poor slope stability,those problems limited the in-situ leaching technology rapid development and widely spread.This research investigate the ionic rare earth ore, using X-ray and CT to explore the structural features of ionic RE ore body microscopic pore networks, analyze the impact on the mass transfer,using particle inaging velocimetry technique to explore the leaching process pore diffusing characteristics, visualization characterized of pore diffusion process. Explored the solute of in-situ leaching system mass transfer processes and forms,and established the leaching process of mass transfer model to calculate its mass transfer coefficient, , clarified the the difference by in-situ leaching system mass transfer under different conditions,showed the links and found the key between of the leaching system pore diffusion and mass transfer processes intrinsic.Explored the best ways to strengthen the mass transfer process and got the regulate measures to optimize the mass transfer process.This study lay rhe foundation for the realization efficient extraction of green ionic RE mine.

离子型稀土矿富含中重稀土元素，是我国宝贵的稀土矿产资源。原地溶浸工艺是离子型稀土矿最佳的浸取工艺，但长期的生产实践表明原地溶浸工艺依然存在着适应性差、浸出率低、浸出周期长，矿体药剂残留量高及边坡稳定性差等问题，限制了原地溶浸技术快速发展与广泛推广。本项目以离子型稀土矿为研究对象，采用X光CT技术，探索离子型稀土矿矿体孔隙网络的细观结构特征，分析其对传质效果的影响，采用粒子成像测速技术探索浸出过程的孔隙扩散特性，实现孔隙扩散过程的可视化表征。探索原地溶浸体系溶质的传质过程与表现形式，建立浸出传质过程模型，计算出其传质系数，阐明不同条件下原地溶浸体系传质效果的差异，揭示原地溶浸体系孔隙扩散与传质过程内在联系，找出二者协同作用的关键因子，探索强化传质过程的最佳途径，探寻原地溶浸体系传质过程的优化调控措施，为实现离子型稀土矿绿色高效提取奠定理论基础。

本项目以离子型稀土矿为研究对象，采用多种测试技术探索矿体孔隙网络的细观结构特征，分析其对传质效果的影响，利用测速技术及其Flunt软件分析，探索浸出过程的孔隙扩散特性，实现了孔隙扩散过程的可视化表征。利用平衡塔板理论、添加促渗剂及柱浸试验研究稀土浸出传质过程，结果表明当浸出流速较低时，纵向扩散是影响浸出传质效果的主要因素，而当浸出流速较高时，传质阻力是影响浸出传质效果的主要因素；而添加促渗剂田菁胶可显著强化稀土浸出过程的传质效果，降低传质阻力系数，减少浸出剂在离子交换过程的传质阻力，提高稀土浸出效率。同时，从水动力学、矿体微细颗粒迁移及溶浸渗透机理三个方面，开展离子型稀土矿溶浸体系渗流规律研究，探索溶浸过程化学基础参数对渗透规律和微细颗粒迁移的影响，研究各动力学因素对离子型稀土矿溶浸体系的作用机制，强化原地溶浸工艺中离子型稀土矿的绿色高效回收。结果表明硫酸铵作为浸出电解质溶液渗透效率较高，当浸出剂浓度越低、矿石粒径越大，其渗流速率越快；同时，渗透率伴随水力梯度和原矿含水量的增加呈先升后降趋势，当矿石含水量为13%时，渗透效果最好；溶浸过程中微细颗粒的迁移现象改变了溶浸体系中矿石的骨架结构，造成了溶浸体系中孔隙率不均衡，导致渗透规律发生改变。当控制浸出剂浓度小于4%、粘度小于2×10-3Pa ▪s、水力梯度小于0.8、浸出剂流速低于3mL/min、原矿含水量为13%时，微细颗粒迁移率较低，矿石渗透性更好；稀土矿物颗粒表面带负电，浸出剂浓度增大可使矿石表面电负性增强，导致矿物颗粒表面形成了强结合水膜，进而影响了溶浸体系渗透系数。根据离子型稀土矿微细颗粒运移规律，建立了溶浸过程微细颗粒迁移的运动模型，微细颗粒迁移现象改变了溶浸体系中矿石的孔隙率，直接影响了溶浸体系的渗透率。离子型稀土矿溶浸过程属于内扩散控制，当采用硫酸铵做浸出剂电解质进行溶浸时，计算并建立了其动力学方程。为离子型稀土矿这一战略资源的绿色高效开发提供了理论与技术支撑。