【摘要】：離子型稀土礦原地浸取是一個包含土體水分運動、離子交換反應(yīng)及溶質(zhì)運移的復(fù)雜過程。浸礦劑溶液通過注液孔網(wǎng)注入礦體,在礦體中入滲形成不同飽和度的分區(qū),而飽和度是影響土體水分運動與分布狀態(tài)、離子交換與溶質(zhì)運移規(guī)律的重要因素,直接決定了原地浸礦稀土資源浸取率。由此可見,研究原地浸礦土體水分運動特性及溶質(zhì)運移規(guī)律,對改進(jìn)原地浸礦工藝、提高資源浸取率,具有重要的意義。本文通過室內(nèi)試驗、現(xiàn)場試驗、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法,就單孔-孔網(wǎng)注液入滲規(guī)律及不同飽和度下離子交換與溶質(zhì)運移規(guī)律等方面展開研究,初步建立了離子型稀土原地浸礦中注液入滲、離子交換反應(yīng)與溶質(zhì)運移的理論體系,成功解釋了 程實踐中孔網(wǎng)間距經(jīng)驗值的合理性,提出了孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化的方法。論文完成的主要工作如下:(1)原地浸礦單孔注液入滲規(guī)律開展5組單孔注液入滲現(xiàn)場試驗,建立相應(yīng)的單孔注液入滲數(shù)值模型,分析孔徑、水深、地下水位及土體滲透性等因素對單孔注液入滲規(guī)律的影響。利用Philip入滲模型,建立單孔定水頭入滲強度與累計入滲量計算公式,給出了吸滲率和穩(wěn)滲率的擬合結(jié)果。利用達(dá)西定律推導(dǎo)單孔注液穩(wěn)滲流量Qs與穩(wěn)滲率的簡化理論公式。假設(shè)孔底飽和度沿徑向呈負(fù)指數(shù)分布,基于孔周側(cè)滲流量與注液影響范圍內(nèi)孔底下滲流量相等,建立注液影響范圍的計算模型。(2)原地浸礦孔網(wǎng)注液入滲規(guī)律將單孔注液視為孔網(wǎng)注液時孔網(wǎng)間距為無窮大的特例,通過數(shù)值計算分析孔網(wǎng)間距對Philip入滲模型適用性及孔網(wǎng)注液單孔穩(wěn)滲流量Qm的影響,提出Qm的經(jīng)驗擬合公式:Qm=Qs(1—α·e-L),并給出系數(shù)α的理論解及擬合結(jié)果。將孔周土體分成三個區(qū)域:毛細(xì)區(qū)、飽和度變化區(qū)和均勻下滲區(qū),給出飽和度變化區(qū)最低飽和度和均勻下滲區(qū)平均飽和度的計算方法。分析孔徑與孔網(wǎng)間距組合及地下水位對孔網(wǎng)注液入滲規(guī)律的影響。(3)近飽和條件下稀土浸取與溶質(zhì)運移規(guī)律開展室內(nèi)一維定水頭柱浸試驗及杯浸平衡試驗,得到稀土離子、銨根離子與硫酸根離子的穿透曲線,確定原地浸礦離子交換模型。采用有限差分法,求解非反應(yīng)性溶質(zhì)和反應(yīng)性溶質(zhì)的對流-彌散方程,研究稀土品位與浸礦劑濃度對飽和柱浸溶質(zhì)運移的影響規(guī)律。(4)高飽和條件下稀土浸取與溶質(zhì)運移規(guī)律開展室內(nèi)一維高飽和柱浸試驗,得到稀土離子、銨根離子與硫酸根離子的穿透曲線,分析稀土離子峰值濃度、浸礦周期與浸取率隨飽和度的變化規(guī)律,擬合了浸取率與飽和度的經(jīng)驗公式。將不可動區(qū)分為結(jié)合區(qū)和死端孔隙區(qū),建立原地浸礦非飽和柱浸改進(jìn)的TRM模型(簡稱ATRM模型)。采用有限差分法,求解非飽和柱浸的ATRM方程,研究稀土品位、質(zhì)量交換系數(shù)與結(jié)合區(qū)體積占比對非飽和柱浸溶質(zhì)運移的影響規(guī)律。(5)原地浸礦孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計及應(yīng)用開展礦山生產(chǎn)現(xiàn)場試驗,監(jiān)測注液量、收液量、地下水位及裂縫的變化情況,分析礦塊流場變化、裂縫發(fā)展與安全系數(shù)之間的關(guān)系。提出基于飽和度分區(qū)的礦塊稀土資源浸取率的估算方法,利用試驗礦塊的實測數(shù)據(jù)驗證了該方法的準(zhǔn)確性。提出全覆式礦山與裸腳式礦山孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化方法,針對試驗礦塊給出工程優(yōu)化建議,優(yōu)化后礦塊浸取率由78.8%提高到84.4%,邊坡安全系數(shù)由1.08提高到 1.21。
【圖文】：

積水入滲時含水率沿深度的變化

圖 2-1 贛南離子型稀土礦床分布略圖（據(jù)文獻(xiàn)[129]修改）2.2 離子型稀土礦床地質(zhì)特征2.2.1 成礦母巖贛南離子吸附型稀土礦成礦母巖以花崗巖為主，，其次是火山-次火山巖（如尋烏河嶺等稀土礦床）、混合巖（如定南長尾坑等稀土礦床）等。2.2.2 含礦風(fēng)化殼特征離子型稀土礦體賦存于花崗巖等成礦母巖的風(fēng)化殼中，風(fēng)化殼物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)分帶明顯，由淺入深可劃分為腐殖層（A1層）、殘坡積層（A2層）、全風(fēng)化層（B 層）和半風(fēng)化層（C 層）（圖 2-2）。以含礦花崗巖風(fēng)化殼為例，各層特征分述如下[130]：
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD865

【參考文獻(xiàn)】

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1 胡谷華;馮宗玉;董金詩;孟祥龍;肖燕飛;劉向生;;Mineral properties and leaching characteristics of volcanic weathered crust elution-deposited rare earth ore[J];Journal of Rare Earths;2017年09期

2 何正艷;張臻悅;池汝安;徐志高;余軍霞;吳明;白如鈺;;Leaching hydrodynamics of weathered elution-deposited rare earth ore with ammonium salts solution[J];Journal of Rare Earths;2017年08期

3 趙彬;佘宗華;康虔;王新民;;離子型稀土原地浸礦開采技術(shù)適用性評價與分類[J];礦冶工程;2017年03期

4 馬娟娟;鄭利劍;孫西歡;郭向紅;李永業(yè);;蓄水坑灌法研究進(jìn)展[J];太原理工大學(xué)學(xué)報;2017年03期

5 郭小斌;楊勇;李健;肖文剛;王明;;低品位離子型稀土資源開采技術(shù)研究[J];有色金屬(礦山部分);2016年06期

6 曹毅;關(guān)鋅;;中國南方離子型稀土現(xiàn)狀淺析[J];中國礦業(yè);2016年11期

7 何正艷;張臻悅;余軍霞;徐志高;徐源來;周芳;池汝安;;銨鹽柱浸風(fēng)化殼淋積型稀土礦中的稀土和鋁（英文）[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2016年11期

8 都業(yè)儉;龔建華;李靖;孫二鳳;吳粉連;郭建鵬;;EDTA法測定RECl_3中稀土總量不確定度評價[J];包鋼科技;2016年05期

9 吳開興;朱平;張戀;趙仲芳;陳明勇;苗帥升;胡孝景;張澤;宋泉;;江西龍南鄉(xiāng)標(biāo)稀土礦石干篩法和水洗篩分法顆粒粒度分析[J];中國稀土學(xué)報;2016年05期

10 肖燕飛;馮宗玉;胡谷華;黃莉;黃小衛(wèi);陳迎迎;龍志奇;;Reduction leaching of rare earth from ion-adsorption type rare earths ore with ferrous sulfate[J];Journal of Rare Earths;2016年09期

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1 何國斌;土壤離子擴(kuò)散與吸附/解吸微觀機(jī)制的Monte Carlo模擬[D];西南大學(xué);2012年

2 田君;風(fēng)化殼淋積型稀土礦浸取動力學(xué)與傳質(zhì)研究[D];中南大學(xué);2010年

3 馬娟娟;蓄水坑灌條件下土壤水分運動特性的試驗研究[D];西安理工大學(xué);2005年

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1 朱平;贛南某離子型稀土礦區(qū)邊坡土體對原地浸礦的響應(yīng)研究[D];江西理工大學(xué);2016年

本文編號：2642528