离子型稀土原地浸矿的溶质双重孔隙运移规律与资源浸取率评价

The resource leaching rate pre evaluation under complex geological condition is the bottleneck of in-situ leaching technology promotion. The rare earth grade and permeability coefficient of ore body have the spatial variability characteristics within ore block scale range. With the complete coverage type rare earth deposits as the engineering background, the main research work includes: The characteristic pore size and characteristic scale of ore particles aggregate leading to the change of hydrodynamic diffusion coefficient are analyzed using digital image technology. The calculation model for hydrodynamic diffusion coefficient is proposed on the basis of analyzing the physical and mechanical parameters variability of ore body. The ammonium ion adsorption capacity and rate of ore body is obtained by means of raw ore column leaching experiment. And, the rare earth ion anti-adsorption condition and desorption rate is obtained by means of tailing column leaching experiment. The effect of the ratio of osmotic coefficient to solute exchange coefficient in high permeability zone and low high permeability zone is studied by experiment. The solute transport equations under permeability coefficient unsteady condition is established using two region model for solute transport. The migration process and rule of ammonium ion and rare earth ion in ion-absorpted type rare earth ore is studied in-situ leaching. And on this basis, the evaluation method of rare earth resource extraction rate is put up. The study results will be useful to the feasibility demonstration and technical scheme optimization in in-situ leaching technology of ion-absorpted type rare earth mine.

复杂地质条件下资源浸取率预评价技术是原地浸矿工艺推广的瓶颈。项目针对矿块尺度范围内矿体稀土品位和渗透系数的空间变异特征，以全覆式稀土矿床为工程背景，开展的主要研究工作包括：运用数字图像技术提取引起水动力弥散系数变化的特征孔径和矿体颗粒团聚体的特征尺度，分析矿块内矿体物理力学参数的变异性，提出水动力弥散系数的计算模型；通过原矿柱浸试验获得矿体对铵离子的吸附容量和吸附速率，反吸附柱浸试验获得稀土离子反吸附条件和解吸速率，提出原地浸矿过程铵离子汇项和稀土离子源项的计算模型；试验研究低渗透系数区与高渗透系数区的渗透系数比及流量比对两区溶质交换系数的影响规律，运用溶质运移的两区模型建立渗透系数非定常条件下的溶质运移方程组，研究原地浸矿的铵离子和稀土离子双重孔隙运移过程和规律，提出稀土资源浸取率评价方法。项目研究成果为离子型稀土矿山进行原地浸矿工艺可行性论证和技术方案优选提供理论和技术指导。

复杂地质条件下资源浸取率预评价技术是原地浸矿工艺推广的瓶颈。项目以全覆式稀土矿床为工程背景，针对风化层中矿体渗透系数和稀土品位具有空间变异性，重点开展了的研究工作：（1）研究矿体孔隙结构与水动力弥散系数的关系；（2）研究稀土品位空间变异与源汇强度的关系；（3）研究渗透系数空间变异条件下的溶质运移规律；（4）研究离子型稀土原地浸矿的资源浸取率评价方法。主要结论如下：.（1）实验探究了镧离子在高岭土表面的赋存规律，研究发现，随着镧离子浓度增加，水溶相镧首先被吸附，最大吸附量为0.259mg/g，离子相镧其次被吸附，最大吸附量为0.175mg/g，最后出现胶态相镧，研究成果对浸矿剂浓度和pH控制具有指导意义。.（2）采用Fick定律描述浸矿剂阳离子和稀土离子通过扩散层的过程，采用Kerr模型描述浸矿剂阳离子交换稀土离子的可逆过程，建立离子型稀土矿浸出的动力学模型，模型误差小于5.00%，研究成果为离子型稀土矿浸出的源汇速率计算提供依据。.（3）通过注液坑的亮蓝染色示踪浸矿试验获取离子型稀土矿中溶液的渗透过程，研究表明，可以采用分形理论和形态学图像处理技术描述浸矿剂溶液的非均匀渗透过程，为原地浸矿工艺适用性评价提供技术手段。.（4）基于双重孔隙模型研究离子型稀土矿体大孔隙优先流占比对浸取率的影响，研究表明，优先流占比对浸取率的影响非常大，优先流区域的体积占比和速度比是原地浸矿工艺技术方案优选的重要参数。.（5）采用Kerr模型描述离子交换过程，运用顺序非迭代法求解对流为主的对流-弥散方程，建立离子型稀土矿饱和浸出的溶质运移数值模拟方法，开发了计算程序，为饱和浸矿过程的浸矿剂用量和浓度优化提供技术手段。.（6）将不可动区分为结合区和死端孔隙区，利用可逆动态吸附模式描述可动区与结合区、可动区与死端孔隙区的溶质交换过程，建立非饱和浸矿的改进两区模型，阐明了非饱和浸矿过程的溶质运移规律，研究成果为非饱和浸矿过程溶质运移模拟和工艺优化提供指导。