尹升華，齊 炎，謝芳芳，陳 勛，王雷鳴，邵亞建

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風(fēng)化殼淋積型稀土礦浸出前后孔隙結(jié)構(gòu)特性

尹升華1, 2，齊 炎1, 2，謝芳芳3, 4，陳 勛2，王雷鳴2，邵亞建2

(1. 北京科技大學(xué) 金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室，北京 100083; 2. 北京科技大學(xué) 土木與資源工程學(xué)院，北京 100083； 3. 江西離子型稀土工程技術(shù)研究有限公司，贛州 341000； 4. 國家離子型稀土資源高效開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，贛州 341000)

為揭示風(fēng)化殼淋積型稀土礦浸出前后孔隙演化規(guī)律，對重配比礦樣開展室內(nèi)柱浸實驗，分析柱浸過程溶浸液的滲出速率?；贑T無損探測技術(shù)及圖像分析軟件，研究在4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))(NH4)2SO4的條件下風(fēng)化殼淋積型稀土礦顆粒浸出前后孔隙結(jié)構(gòu)微細(xì)觀特征及其演化規(guī)律，得到浸出前后稀土礦體孔隙率在縱截面各分段的變化關(guān)系。結(jié)果表明：浸出液滲流速率與累計浸出時間呈負(fù)指數(shù)函數(shù)關(guān)系，滲流速率降幅在累積時間12 h前最為明顯，之后其幅度減緩，累計時間24 h后其值趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定速率為7.193×10?4cm/s。浸出后反應(yīng)器內(nèi)的礦體高度減小0.866 cm，礦體發(fā)生了沉降，且礦物顆粒尺寸有所減小，孔隙不均勻分布程度提高，局部出現(xiàn)“泥化”現(xiàn)象，礦體浸出后孔隙比減小16.35 %。機(jī)制分析認(rèn)為，礦物顆粒遷移和溶液化學(xué)作用是影響風(fēng)化殼淋積型稀土浸礦孔隙結(jié)構(gòu)演化的2個主要因素。

風(fēng)化殼淋積型稀土礦；柱浸；孔隙結(jié)構(gòu)；CT 掃描；圖像處理

風(fēng)化殼淋積型稀土礦浸出過程中，孔隙結(jié)構(gòu)直接影響風(fēng)化殼淋積型稀土礦滲透性，并決定稀土離子的浸出率和采區(qū)安全[1?2]。隨著溶浸液不斷注入礦體，因細(xì)小顆粒遷移和溶浸液物理化學(xué)作用，礦體結(jié)構(gòu)不斷變化，導(dǎo)致礦體物理力學(xué)性質(zhì)也相應(yīng)改變，極易產(chǎn)生溶浸液堵塞及礦體邊坡不穩(wěn)等現(xiàn)象[3?4]。因此，研究風(fēng)化殼淋積型稀土礦浸出前后孔隙結(jié)構(gòu)變化對提高溶浸液滲透性和保障采區(qū)安全具有實際指導(dǎo)意義。

孔隙比對風(fēng)化殼淋積型稀土礦浸出效果影響極大。近年來，國內(nèi)外學(xué)者開展了許多相關(guān)研究。楊保華等[5]、WU等[6]、YANG等[7]和ZHOU等[8]借助CT掃描技術(shù)及三維圖像重構(gòu)法對礦石顆粒浸出前后顆粒間微觀孔隙結(jié)變化特征進(jìn)行了研究，基于MATLAB程序設(shè)計也對堆浸體浸出前后孔隙結(jié)構(gòu)特征和礦石顆粒尺寸進(jìn)行了分析，根據(jù)圖像處理軟件計算了孔隙大小分布，分析了其幾何形態(tài)和連通性。LI等[9]采用室內(nèi)試驗的方法，全面考察了堆浸過程中次生硫化銅礦反應(yīng)動力學(xué)的影響因子，發(fā)現(xiàn)顆?？紫抖扰c反應(yīng)物顆粒粒徑對浸出速率都有影響。YE等[10]基于SVM模型,著眼于粒徑分維數(shù)和孔隙率等因素，成功預(yù)測了流態(tài)指數(shù)的相對誤差，分別得到粒徑分維數(shù)和孔隙率與滲透率之間的關(guān)系模型。楊曉琴等[11?12]研究了不同溶浸條件下礦巖細(xì)觀結(jié)構(gòu)演化規(guī)律，得到巖樣孔隙率演化溶浸過程存在顯著的溫度與濃度效應(yīng)。LO等[13]、XU等[14]為獲取礦物顆粒的空間圖像，借助微層析成像技術(shù)研究了在凝聚顆粒浸出動力學(xué)規(guī)律。QUAICOE等[15]通過分析內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)探究了不同粒徑范圍低品位鎳和紅土礦顆粒酸浸下孔隙變化關(guān)系，認(rèn)為濕顆粒的固化顯著提高了其抗壓強(qiáng)度和孔隙率。AL-RAOUSH 等[16]利用X射線三維顯微層析圖像法分析了多孔介質(zhì)局部孔隙率的分布。LIU等[17]基于改進(jìn)的熔融?浸出技術(shù)，利用鹽顆粒和水溶性聚合物形成復(fù)合致孔劑，得到了致孔劑峰孔特性可以改變試樣理化性質(zhì)力學(xué)性能和孔隙結(jié)構(gòu)的結(jié)論。CASTELLOTE等[18]、ALEXANDER等[19]研究孔隙液濃度梯度對浸出影響，通過降低孔隙溶液溶質(zhì)濃度促使更多物質(zhì)溶解，從而加快浸礦進(jìn)程。

這些研究在一定程度上揭示了浸礦前后孔隙率和孔隙連通性關(guān)系，也得到了三維可視化的孔隙分布等結(jié)論。但是目前對浸出前后礦體孔隙演化的定量描述與機(jī)理研究較為匱乏。

對此，本文作者基于前人的研究成果，對調(diào)配的礦樣進(jìn)行柱浸實驗，探討浸出前后礦體孔隙演化規(guī)律，借助CT掃描與圖像分析技軟件等對浸礦前后的礦樣進(jìn)行處理，得到了浸出前后礦體縱截面孔隙率變化關(guān)系，探討了浸礦前后孔隙變化原因，并建立了浸出液滲流速率與累計浸出時間的關(guān)系模型。研究結(jié)果對于今后孔隙結(jié)構(gòu)如何影響浸礦和多孔介質(zhì)的孔隙研究方面具有較好的指導(dǎo)作用。

1 實驗

1.1 實驗礦樣

本研究中采用的礦樣取自江西省龍南某礦，烘干試樣的照片如圖1所示。柱浸實驗開始前利用孔徑 0.6 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩和頂擊式振篩機(jī)對試樣顆粒進(jìn)行了重配比。重新配比后的試樣各粒級組分及含量見表1。

1.2 柱浸實驗

本實驗中利用自制內(nèi)徑5 cm的有機(jī)玻璃柱狀反應(yīng)器進(jìn)行浸礦實驗。浸取劑采用濃度為4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的(NH4)2SO4溶液。在往柱式反應(yīng)器內(nèi)裝入礦樣之前，為減小“邊壁效應(yīng)”的干擾，先在反應(yīng)器內(nèi)壁涂抹凡士林。利用支架垂直固定好反應(yīng)器，調(diào)節(jié)注液器閥門，控制注液強(qiáng)度為0.025 mL/s。整個柱浸實驗裝置各組成部分及名稱見圖2。

圖1 稀土礦原樣與重配比后的烘干試樣

表1 柱浸試樣粒級組分及含量占比

圖2 柱浸實驗裝置圖

1.3 CT掃描實驗

采用CT掃描儀對柱狀反應(yīng)器內(nèi)稀土礦體進(jìn)行無損探測。德國生產(chǎn)的SOMATOM Definition Flash型X射線CT掃描裝置圖如圖3所示。為確保礦體浸出前后各掃描切片圖盡可能準(zhǔn)確地對應(yīng)上，在柱狀反應(yīng)器表面事先做好標(biāo)記，確保浸出前后柱式反應(yīng)器放置于掃面裝置平臺上的朝向和角度一致。整個柱浸實驗和CT掃描過程都輕拿輕放柱狀反應(yīng)器，避免動作過大導(dǎo)致柱內(nèi)礦樣擾動，影響實驗結(jié)果。

圖3 CT掃描裝置照片

掃描得到柱狀反應(yīng)器內(nèi)稀土礦體浸出前后顆粒結(jié)構(gòu)和孔隙分布圖。掃描獲得一張柱狀礦體縱截面切片圖，為清晰觀察礦體內(nèi)孔隙特征以及盡可能避免邊界孔隙影響實驗結(jié)果，取礦體縱截面面積最大的掃描切片圖作為浸出前后礦體孔隙變化的對比分析對象。

2 結(jié)果與分析

2.1 實驗礦樣圖像處理及分析

CT掃描得到柱狀反應(yīng)器中礦體浸出前后內(nèi)部顆粒形態(tài)特征和孔隙分布情況，結(jié)果分別如圖4所示。其中灰白色和深黑色區(qū)域分別代表顆粒結(jié)構(gòu)與孔隙分布。

分析礦體浸出前后原始CT掃描圖像可以發(fā)現(xiàn)：礦物顆粒無規(guī)則地分布在柱狀反應(yīng)器內(nèi)，顆粒之間存在孔隙，孔隙分布隨機(jī)；顆粒大小與孔隙分布之間存在一定的規(guī)律性，大顆粒之間形成的孔隙較大，分布更不均勻，而小顆粒之間形成的孔隙相對較小，分布較均勻；相比于浸出前，浸出后的礦物顆粒變得更為模糊，且尺寸有所減小，孔隙分布變得更不均勻，部分區(qū)域隱約出現(xiàn)“泥化”現(xiàn)象。利用DicomViewer軟件打開CT掃描原始圖，使用軟件的“直線”功能，可以精確測量礦體的實際高度。經(jīng)過測量，浸出前礦體高度為19.602 cm，而浸出后礦體高度變?yōu)?8.736 cm，礦體浸出前后高度變化了0.866 cm。試驗說明礦體在浸出過程中發(fā)生了沉降，即礦物顆粒在溶液作用下發(fā)生了遷移。

為更清晰反映柱狀反應(yīng)器礦體內(nèi)部的孔隙情況，減小反應(yīng)器邊壁對礦體的影響，先利用圖片處理軟件對礦體邊壁進(jìn)行裁剪，去除反應(yīng)器邊壁，只保留礦體圖像。通常在CT圖像的獲取過程中，由于外界環(huán)境(如灰塵、污跡和光線等)的干擾和設(shè)備中各元件的隨機(jī)擾動不可避免地會帶來噪聲，使得圖像質(zhì)量受到影響，故借助Photoshop CS6軟件降噪處理以增強(qiáng)原始掃描圖特征。

2.2 基于Matlab的圖像處理

浸出前后礦體掃描圖像降噪處理后，礦體內(nèi)部顆粒和孔隙變得清晰，礦體邊界變得明顯，但仍難直觀的比較礦體顆粒和孔隙的形態(tài)變化。為了方便浸出前后礦體內(nèi)部顆粒和孔隙形態(tài)的對比觀察以及對孔隙率的數(shù)值計算，需借助圖像處理及計算功能強(qiáng)大的Matlab軟件對圖像作進(jìn)一步的處理。

圖4 礦體浸出前后CT掃描圖

數(shù)字圖像在Matlab中的呈現(xiàn)是對連續(xù)函數(shù)(,) 采樣和量化的離散化結(jié)果。采樣和量化分別指坐標(biāo)值(,)和幅值數(shù)字化為矩陣的過程。因而采取矩陣運算的方式便可對數(shù)字圖像進(jìn)行處理。一幅灰度圖像在Matlab中就是一個數(shù)據(jù)矩陣，矩陣中的每個數(shù)據(jù)代表每個小區(qū)域的灰度值，例如×大小的灰度圖像Matlab中的邏輯表示為

圖像直方圖實為灰度統(tǒng)計直方圖，因此在獲得圖像直方圖之前，需將彩色原圖轉(zhuǎn)換為灰度圖。調(diào)用Matlab中的rgb2gray函數(shù)可灰度化原始彩色圖像。

圖像灰度值分布可通過直方圖間接反映。直方圖均衡化目的是將灰度概率密度聚集分布在某一像素區(qū)間的已有圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榛叶雀怕拭芏染加谡麄€像素區(qū)間的新圖像。圖像分割常利用灰度圖像二值化，即設(shè)定一適當(dāng)灰度閾值，然后將圖像分成大于和小于該值的兩個像素群。將大于和小于值的像素灰度值分別令為1和0，分別代表礦體顆粒和粒間孔隙。這一過程可以邏輯表示為

式中：(,)為灰度圖像；為閾值；(,)為閾值處理后的圖像。

利用二維Otsu閾值法對浸出前后礦體圖像進(jìn)行分割處理，結(jié)果如圖5所示。圖5(a)所示為浸出前礦體縱截面圖，圖5(b)所示為浸出后礦體縱截面圖，其中左邊為礦體縱截面圖，右邊為二值化的礦體縱截面圖；礦體縱截面二值化圖中白、黑區(qū)域分別表示礦物顆粒和粒間孔隙。

由浸出前后礦體縱截面二值化圖可以較清晰地看出：浸出前礦體顆粒和孔隙分布都較均勻，而浸出后顆粒尺寸變小，孔隙分布變得不太均勻，且在礦體縱截面的中上部出現(xiàn)了3塊比較明顯的密實區(qū)域。

對于浸出前后的孔隙率變化情況，肉眼觀察很難做出準(zhǔn)確判斷，因此需借助Matlab軟件強(qiáng)大的計算功能進(jìn)行定量分析。浸出前后礦體縱截面圖像經(jīng)過二值化后，圖像像素的灰度值變?yōu)?和1，其中0代表孔隙，1代表礦物顆粒。用像素面積乘以灰度值為0的像素個數(shù)就可以得到孔隙所占面積0，同樣用像素面積乘以灰度值為1的像素個數(shù)可以求出顆粒所占面積1，則圖像的孔隙率：

基于上述理論分析，在Matlab軟件中編輯以下代碼計算浸出前后礦體縱截面的孔隙率：

clear all；=imread('Filepath')；=size()；=0；for=1:(1)；for=1:(2)；if(,)==0；=+1；end；end；end；=/((1)*(2))。

為防止圖像背景對計算結(jié)果的影響，程序讀取的是經(jīng)過背景處理后的純礦體圖像。計算結(jié)果表明，浸出前礦體的孔隙率為50.89%，而浸出后礦體的孔隙率為46.42%，浸出前后礦體孔隙率發(fā)生了變化。孔隙率的變化進(jìn)一步說明了礦體顆粒發(fā)生了遷移或礦體發(fā)生了形變。

圖5 浸出前后礦體圖像(左)和二值化圖(右)

2.3 浸出前后礦體孔隙演化規(guī)律及機(jī)理分析

在浸出過程中，受礦體顆粒形變、顆粒運移與沉積等物理作用，以及溶浸液與礦物離子化學(xué)反應(yīng)的影響，礦體內(nèi)部孔隙處于不斷演化的狀態(tài)，表現(xiàn)為表征孔隙特性的一系列參數(shù)(如孔隙分布、孔隙連通性及孔隙率等)在時空上的差異變化?？紫堆莼且粋€時空變化的極復(fù)雜過程，受觀測手段的制約，難以對其進(jìn)行全面深入的研究，而孔隙演化又是一個非常關(guān)鍵的過程，其對礦塊滲透性和穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重影響，決定礦塊的整體浸出效果。

圖6 浸出前后礦體縱截面分段孔隙率

圖6所示為浸出前后礦體縱截面分段孔隙率。將柱狀反應(yīng)器內(nèi)的礦體縱截面圖自上而下分為編號為1~5號5個部位，并利用圖像處理技術(shù)和Matlab軟件對這5個部位的孔隙率進(jìn)行了計算。圖中直觀顯示了浸出前后礦體孔隙率：1) 空間分異。浸出前，受顆粒偏析、細(xì)粒穿流和上覆壓力的影響，礦體從上到下孔隙呈差異性分布，礦體上部孔隙率相對于中下部偏大；浸出后，礦體自上而下孔隙分布較浸出前均勻，但孔隙率總體減小。2) 時間演變。由表2中的數(shù)據(jù)可知，浸出后礦體1號部位孔隙率由31.26%減小到25.85%，孔隙率變化17.31%，變化量最大；礦體2號部位浸出后，孔隙率變化3.88%，變化不大；礦體4、5號部位孔隙率都有所減小，但減小幅度不如1號部位明顯；將礦體1、2號部位視為上部，3號部位視為中部，4、5號部位視為下部，則浸出后礦體中上部孔隙率較下部變化明顯。

表2 浸出前后礦體各分段孔隙率及變化

上述分析結(jié)果表明，浸出前后稀土礦體縱截面各分段孔隙率變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，分析其原因如下：

1) 礦物顆粒遷移。由于風(fēng)化殼淋積型稀土礦柱浸實驗過程中噴淋強(qiáng)度很小，所以溶液在礦體中上部產(chǎn)生的水壓力也很小，只有重度較小的細(xì)微顆粒在此水動力下才能發(fā)生遷移。當(dāng)?shù)V體飽和時，礦體上、中、下各部位中顆粒受到的水壓力由上到下依次增大，分布于礦體下部的大直徑顆粒容易發(fā)生短距離位移，堵塞孔隙喉道。在一定的水力梯度下，相同質(zhì)量且處于同一溶液流向上的顆粒，由于直徑的不同，在同一孔隙內(nèi)會形成兩種不同功能的顆粒，一種是移動顆粒，另一種是阻塞顆粒(見圖7)。這兩種不同功能顆粒的形成取決于顆粒直徑與孔隙喉道大小的比較，假設(shè)松散顆粒直徑為，則：

當(dāng)2≤≤1時，顆粒將堵塞孔隙喉道，形成阻塞顆粒；當(dāng)＜2時，顆?？赏ㄟ^孔隙喉道，形成移動顆粒。在溶液滲透強(qiáng)度不斷增大到一定范圍時，骨架顆?？紫堕g的松散顆粒便開始遷移。小于孔隙喉道的松散顆粒能夠隨著溶液自由流動，大于孔隙喉道的松散顆粒便被阻塞在孔隙中，不能移出孔隙。然而，移動顆粒和阻塞顆粒在水力條件下的移動都有可能堵塞孔隙，影響溶液滲流。此外，隨著溶液滲透的持續(xù)進(jìn)行，移動顆粒不斷向礦體底部遷移，容易在底部聚集和沉積，影響底部礦體的滲透性，降低浸出液的出液速率。

圖7 孔隙中兩種遷移顆粒

當(dāng)水壓力變大時，阻塞顆粒亦可克服阻力發(fā)生遷移。阻塞顆粒較小位移的遷移就極易堵塞孔喉。而且孔喉一旦被這些顆粒堵塞之后，礦體孔隙連通性就會減弱。溶液在礦體內(nèi)的可滲流路徑減少且滲流路徑變長，同樣會降低了浸出液的出液速率。溶液滲流過程中，礦體上、中、下各部位孔隙中的松散顆粒受到的水壓力由上到下依次增大。

2) 溶液化學(xué)反應(yīng)作用。隨著風(fēng)化殼淋積型稀土礦柱浸體系內(nèi)溶液滲流和離子交換反應(yīng)的不斷進(jìn)行，礦體上部主要分布為溶浸液，而下部主要為浸出液。溶浸液與稀土離子反應(yīng)后，溶液離子濃度將減小，但離子濃度與化合價平方的乘積將變大。因此，礦體上部顆粒表面的雙電層厚度要大于礦體底部，使得微細(xì)顆粒易在礦體的中上部位聚集，導(dǎo)致礦體中上部的孔隙率減小幅度變大。假設(shè)溶浸液在稀土礦礦體孔裂隙中為層流流態(tài)，不會產(chǎn)生非溶礦渣或者非溶礦渣不沉淀或不影響擴(kuò)散過程，忽略整個反應(yīng)過程溫度變化和其他因素的干擾。根據(jù)溶浸液與稀土離子的反應(yīng)機(jī)理，對礦體裂隙表面化學(xué)反應(yīng)造成的溶解進(jìn)行簡化：假設(shè)礦體孔裂隙表面邊界層中NH4+濃度飽和，NH4+與黏粒表面的RE3+反應(yīng)后RE3+經(jīng)過邊界層進(jìn)入擴(kuò)散區(qū)，而NH4+留在黏粒表面形成不溶性物質(zhì)(見圖8(a))；反應(yīng)完成后，邊界層中NH4+濃度降至不飽和，為了補(bǔ)充邊界層的物質(zhì)損失，擴(kuò)散區(qū)的NH4+進(jìn)入邊界層使溶液濃度重新飽和(見圖8(b))；由于交換反應(yīng)中交換離子和被交換離子化合價和半徑的不同，所以反應(yīng)完成后孔隙邊界連同邊界層會發(fā)生一段微小距離的后退(見 圖8(c))。

為說明浸取劑與礦物顆粒的化學(xué)反應(yīng)對礦體孔隙產(chǎn)生了影響，擬通過觀察浸出液滲流速率的變化來反映孔隙的變化。自浸出液從柱式反應(yīng)器內(nèi)流出起，測記浸出液的流量，并根據(jù)柱式反應(yīng)器的橫斷面內(nèi)圓面積計算各時刻浸出液的滲流速率。浸出液滲流速率隨時間的變化規(guī)律，結(jié)果如圖9所示。

圖9顯示，浸出液滲流速率隨著累計浸出時間的增加而不斷減小，且降幅在累計時間12 h前最為明顯，之后降幅減緩，到累計浸出時間為24 h逐漸趨于穩(wěn)定。對滲流速率曲線進(jìn)行線性回歸可得浸出液滲流速率與累計浸出時間的關(guān)系，如式(4)，擬合相關(guān)系數(shù)為0.9598：

式中：為浸出液滲流速率，cm/s；為累計浸出時 間，h。

分析式(4)可知，浸出液滲流速率與累計浸出時間呈負(fù)指數(shù)函數(shù)關(guān)系，當(dāng)累計浸出時間無限增大時，浸出液的滲流速率趨于一個固定值，該值為7.193×10?4cm/s。

3 結(jié)論

1) 浸出液滲流速率與累計浸出時間呈負(fù)指數(shù)函數(shù)關(guān)系，滲流速率隨時間增加而減小，且降幅在累積時間12 h前最為明顯，之后幅度減緩，到累計時間為24 h逐漸趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定速率為7.193×10?4cm/s。

2) 浸出后柱式反應(yīng)器內(nèi)的礦體高度減小了0.866 cm，礦體發(fā)生了沉降，且礦物顆粒尺寸有所減小，孔隙分布變得更為不均，礦體局部出現(xiàn)“泥化”現(xiàn)象；礦體浸出后孔隙比由1.04減小為0.87，孔隙比減小了16.35 %。

3) 浸出后礦體上部孔隙率變化最為明顯，其次為中部，最次為底部。礦體的顆粒組成簡單，粒級呈兩頭分布，中間粒級缺失；由于噴淋強(qiáng)度較小，細(xì)微顆粒向下遷移過程易在中上部發(fā)生“組拱”，導(dǎo)致泥化；浸出過程中礦體內(nèi)礦物顆粒表面擴(kuò)散雙電層厚度呈“上厚下薄”分布?？紫堆莼蛑饕械V物顆粒遷移和溶液化學(xué)作用兩方面。

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Porosity characteristic of leaching weathered crust elution-deposited rare earth before and after leaching

YIN Sheng-hua1, 2, QI Yan1, 2, XIE Fang-fang3, 4, CHEN Xun2, WANG Lei-ming2, SHAO Ya-jian2

(1. Key Laboratory of Ministry of Education for High-Efficient Mining and Safety of Metal, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 2. School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 3. Jiangxi Ionic Rare Earth Engineering Research Co., Ltd., Ganzhou 341000, China; 4. National Engineering Research Center for Ionic Rare Earth, Ganzhou 341000, China)

In order to reveal the regularity of pore evolution before and after leaching of weathered crust elution- deposited rare earth ore, laboratory column leaching experiment of reallocated ore sample was carried out, and the infiltration rate of the solution was analyzed. Based on non-destructive detection of CT and image analysis software, the micro-mesoscopic characteristics and evolution of pore structure before and after leaching in the presence of 4% (mass fraction) (NH4)2SO4were disclosed. The relation of rare earth orebody’s porosity was also obtained in different longitudinal sections. The results show that the infiltration rate of the leaching solution is negatively exponentially related to the cumulative leaching time, and the rate decreases with time. The decrease of the infiltration rate is the most obvious in accumulated time of 12 h, and then the amplitude is slowed down. The seepage rate tends to a stable value after cumulative time of 24 h, and the rate is 7.193×10?4cm/s. After leaching, the height of the ore body in the reactor reduces by 0.866 cm, the subsidence also occurs in the orebody, the particle size of the minerals is reduced, the uneven distribution of pores increases significantly, and some areas occur “muddy” phenomenon. The porosity decreases by 16.35% after the leaching of ore sample. The mechanism analysis shows that the migration of mineral particles and the chemistry of solution are two main factors influencing the evolution of leaching structure of weathered crust elution-deposited rare earth.

weathered crust elution-deposited rare earth ore; column leaching; pore structure; CT scanning; image processing

Project(51334001) supported by the Key Program of National Natural Science Foundation of China; Project(51722401) supported by the National Science Fund for Excellent Young Scholars; Project (FRF-TP-18-003C1) supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities of China

2017-05-18;

2018-09-20

QI Yan; Tel: +86-10-62334680; E-mail: groupwuqiyan@163.com

國家自然科學(xué)基金重點資助項目(51734001)；國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金資助項目(51722401)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助項目(FRF-TP-18-003C1)

2017-05-18；

2018-09-20

齊 炎；電話：010-62334680；E-mail: groupwuqiyan@163.com

10.19476/j.ysxb.1004.0609.2018.10.19

1004-0609(2018)-10-2112-08

TD865

A

(編輯 龍懷中)