浸矿侵蚀作用下离子型稀土矿床基岩宏细观劣化机制研究

Mountains, rivers, forests, farmland and lakes are, respectively, integral parts of a life community, and the comprehensive management of ion-absorbed rare earth mines is one of the most difficult challenges in the ecological conservation and restoration of mountains, rivers, forests, farmland and lakes. However, the erosion effect, as a result of long-term leaching activity with mother liquor, will lead to the degradation of rocks and soils of stratum in mining area to a variety of extents, which could bear huge hidden safety risks for follow-up comprehensive management of ion-absorbed rare earth mines. Literatures showed that the researches on the mechanical weakening mechanisms of shallow stratum soils have made some progresses, but researches targeting the macro-micro degradation mechanism of ion-absorbed rare earth bedrock are rarely conducted to date. Based on the basic concepts of rock mesomechanics, we intend to use multiscale analysis techniques, including SEM, EDS, NMR and rock mechanics test, in this study to make a systematic research on mesoscopic dynamic evolutional process, change rules of macromechanics and creep property of ion-absorbed rare earth leaching bedrock. These comprehensive results, when combined with the quantitative indexes of mesoscopic dynamic evolutional characteristics, will reveal the weakening mechanisms of macromechanics of ion-absorbed rare earth bedrock, and in the meantime, by multi-source information fusion correlation analysis model, clarify the macro-micro degradation mechanism of ion-absorbed rare earth bedrock under the effect of leaching erosion. This study may provide the necessary theoretical basis for comprehensive management of ion-absorbed rare earth mines.

山水林田湖是一个生命共同体，离子型稀土矿山综合治理是我国山水林田湖生态保护修复工作中的难点。矿区地层岩土由于长期受到浸矿母液的侵蚀作用，其工程力学性质都将发生不同程度的劣化，从而给后续综合治理工作埋下了巨大的安全隐患。国内外文献资料表明，有关浸矿侵蚀作用下离子型稀土矿床浅表土体的力学效应弱化机理方面已取得了一定的研究成果，但对于矿床下部基岩的宏细观劣化机制一直缺乏有针对性的研究。本项目将立足于岩石细观力学中的基本观点，拟采用电镜扫描、能谱测试、核磁共振、岩石力学试验等多尺度分析手段对浸矿侵蚀作用下离子型稀土矿床基岩的细观动态演化过程、宏观力学性质变化规律及蠕变特性进行系统的研究，结合细观结构动态演化特征的量化指标，揭示离子型稀土矿床基岩的宏观力学效应弱化机理。同时通过建立多源信息融合关联分析模型，明确浸矿侵蚀作用下基岩的宏细观劣化机制，为离子型稀土矿山的综合治理工作提供必要的基础理论依据。

本项目立足于岩石细观力学中的基本观点，采用电镜扫描、能谱测试、核磁共振、岩石力学试验等多尺度分析手段对浸矿侵蚀作用下离子型稀土矿床基岩的细观动态演化过程、宏观力学性质变化规律及蠕变特性进行了系统的研究，结合细观结构动态演化特征的量化指标，揭示了离子型稀土矿床基岩的宏观力学效应弱化机理。同时通过建立多源信息融合关联分析模型，明确浸矿侵蚀作用下基岩的宏细观劣化机制，为离子型稀土矿山的综合治理工作提供必要的基础理论依据。研究结果表明：浸矿侵蚀作用对离子型稀土矿底板基岩力学性质的影响主要表现在前150天，破坏形式由贯穿破坏转变为贯穿破坏与片状剥落并存；浸矿母液侵蚀作用下，基岩力学特性呈现先大幅减小后大幅回升，其后在小范围波动现象，浸矿约60天对基岩力学特性的影响程度最大；浸矿母液侵蚀造成基岩内小孔隙增长，导致表面出现腐蚀及孔洞现象；浸矿时间不同将造成岩石不同的微观结构变化。随着浸泡时间的增加，在浸矿母液的侵蚀作用下基岩试件（干燥状态）的平均质量与P波波速呈现先降低后升高的变化趋势，而浸矿母液的pH值呈现逐渐增加的变化趋势。基岩试件内部的孔隙率呈现先增加再降低的变化趋势，岩石试件呈现“以张拉破裂与剪切破裂共存的破坏模式”-“以剪切破裂为主导的破坏模式”-“以张拉破裂为主导的破坏模式”的变化趋势，强度与峰值应变均呈现降低-增加-降低的变化趋势，但它们的变化趋势时间拐点存在着一定的差异性。在浸矿母液的侵蚀作用下基岩试件内部的石英晶体受到侵蚀作用现象愈演愈烈，其内部晶体破坏模式由穿晶破坏为主导的破坏模式向沿晶破坏为主导的破坏模式逐渐转变，该现象从基岩内部造岩矿物成分腐蚀溶解与沉淀吸附的角度，揭示了浸矿母液对基岩力学行为的劣化机制。