離子型稀土礦二維多孔注液溶液滲流及稀土離子遷移規(guī)律研究*

王代惠,胡凱建,丁鵬杰,李立浩,汪 豪,王曉軍,鐘 文

(1.江西理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院,江西 贛州 341000;2.江西理工大學(xué) 江西省礦業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西 贛州 341000)

0 引言

離子吸附型稀土是我國(guó)重要的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源,經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大。該礦床是由富含稀土的原巖礦床經(jīng)風(fēng)化、腐蝕形成黏土礦物再經(jīng)解離后以水合稀土離子狀態(tài)在淋濾作用下遷移,在隨地下水遷移過程中被吸附于風(fēng)化殼黏土礦物表面而形成的[1-4]。目前以原地溶浸為主要開采方式[5],長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐表明,該工藝在注液方式上缺乏理論指導(dǎo),導(dǎo)致稀土回收率低,需要二次甚至多次復(fù)灌。因此,深入了解原地浸礦過程中溶液流動(dòng)規(guī)律及稀土離子浸出規(guī)律對(duì)于優(yōu)化浸礦工藝、促進(jìn)稀土高效浸出具有重要意義。

稀土離子的浸出過程實(shí)際上是浸礦劑陽(yáng)離子與礦物顆粒表面的稀土離子發(fā)生交換反應(yīng)后隨溶液滲出的過程[6-7],該過程符合內(nèi)擴(kuò)散控制動(dòng)力學(xué)模型[8-9],其中,浸礦劑濃度對(duì)稀土的浸出過程有直接影響,提高浸礦劑濃度可以增強(qiáng)稀土離子的傳質(zhì)過程[10-11]。為了進(jìn)一步提高離子型稀土的浸出效率,研究者圍繞傳質(zhì)過程做了大量研究。田君等[12-13]研究發(fā)現(xiàn)柱浸過程中稀土離子的傳質(zhì)行為符合色譜塔板理論,分析了流量、浸礦劑濃度、礦柱高度和浸礦劑用量對(duì)傳質(zhì)效率的影響,得到了強(qiáng)化稀土浸出效率的最佳浸礦劑濃度和流速。周芳等[14]通過柱浸試驗(yàn)研究了稀土離子和鋁離子的遷移分布規(guī)律,發(fā)現(xiàn)遷移態(tài)的稀土離子與鋁離子含量隨遷移深度的增加而升高。LONG等[15]開展了不同浸礦劑濃度和柱高的柱浸試驗(yàn),建立了可用于估算稀土離子穿透曲線、浸出率和浸出時(shí)間的數(shù)學(xué)模型。劉慶生等[16]建立了可以描述柱浸過程中稀土離子和銨根離子濃度的空間分布以及演化規(guī)律的數(shù)值模型。

上述研究多集中在一維柱浸層面,而原地浸礦過程中溶液是向四周擴(kuò)散的,采用柱浸的方式無法觀察到溶液滲流以及稀土離子的遷移過程與浸出規(guī)律。GUO等[17]開展了不同粒徑下的二維滲透試驗(yàn),利用數(shù)字圖像技術(shù)描述了溶液的入滲過程,建立了單孔注液條件下稀土特征粒徑與穩(wěn)定入滲速率之間的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。王曉軍等[18]進(jìn)一步建立了離子型稀土礦多孔注液入滲模型,為優(yōu)化孔網(wǎng)參數(shù)提供了理論依據(jù)。羅嗣海等[19]在稀土礦山現(xiàn)場(chǎng)利用亮藍(lán)溶液對(duì)溶液滲透過程進(jìn)行了示蹤,發(fā)現(xiàn)浸礦劑在原地浸礦過程中出現(xiàn)了非均勻滲透現(xiàn)象?，F(xiàn)有研究多聚焦于浸出過程中溶液的入滲與流動(dòng)規(guī)律,對(duì)于稀土離子在溶液流動(dòng)過程中的遷移行為關(guān)注較少,尤其是針對(duì)原地浸礦過程中礦體不同區(qū)域稀土離子的浸出規(guī)律研究甚少。

基于此,本文以江西省贛州市某離子型稀土礦區(qū)土樣為試驗(yàn)對(duì)象,設(shè)計(jì)了二維箱型浸礦模型,開展了原地浸礦溶液滲流和稀土離子浸出規(guī)律研究,旨在揭示稀土離子在原地浸礦過程中的遷移、富集特征,研究成果可用于指導(dǎo)稀土離子高效浸出,為原地浸礦注液方式的優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的MgSO4溶液作為浸礦劑進(jìn)行浸礦試驗(yàn),試驗(yàn)礦樣采自江西省贛州市某離子型稀土礦區(qū)。礦樣經(jīng)除雜、風(fēng)干后檢測(cè)其基本物理參數(shù)。經(jīng)檢測(cè),離子相稀土品位為0.126%,稀土礦樣粒徑選用2.36 mm及以下。礦樣顆粒級(jí)配見表1。

表1 稀土礦樣顆粒級(jí)配

1.2 試驗(yàn)裝置

本文采用多孔注液的方式進(jìn)行浸礦試驗(yàn),注液孔間距及注液孔半徑的確定依據(jù)《離子型稀土礦原地浸出開采技術(shù)規(guī)范》;離子吸附型稀土礦原地浸礦注液孔直徑一般設(shè)計(jì)為 0.15～0.3 m,注液孔孔距為 1.0～2.0 m。參照文獻(xiàn)[18]的試驗(yàn)方法,結(jié)合本試驗(yàn)箱型模型尺寸及底部出液孔設(shè)計(jì),最終確定試驗(yàn)注液孔的直徑為 25 mm,注液孔的孔距為 180 mm。試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖涫且粋€(gè)長(zhǎng)度為600 mm、高度為300 mm、厚度為50 mm的有機(jī)玻璃箱型模型。模型箱底板從左至右設(shè)計(jì)了11個(gè)直徑為12 mm的出液孔,依次編號(hào)為1號(hào)—11號(hào),這種底板設(shè)計(jì)可使礦體不同區(qū)域的溶液從相應(yīng)的出液孔流出,確保精確收集不同區(qū)域的浸出液。試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵妶D1,整個(gè)裝置由電腦、數(shù)碼相機(jī)、亞克力二維試驗(yàn)箱、蠕動(dòng)泵、收液漏斗及量筒等組成。

圖1 試驗(yàn)裝置

1.3 試驗(yàn)方案

將風(fēng)干后的稀土礦樣采用少量多次的添加原則進(jìn)行二維礦體填充以防止顆粒分離,裝礦高度設(shè)定為150 mm;試驗(yàn)礦樣質(zhì)量為6 500 g,采用自然裝填的方式進(jìn)行裝礦后輕壓以使礦體表面平整。試驗(yàn)時(shí)采用蠕動(dòng)泵分別向3個(gè)注液孔均勻、不間斷注液,注液孔上部設(shè)有溢流孔,多余的溶液從溢流孔流出,流出的液體被注液孔之間的小燒杯收集,保障注液過程中各注液孔內(nèi)維持恒定的水頭壓力;注液過程中用相機(jī)對(duì)溶液的入滲過程進(jìn)行拍攝記錄,待礦體底部開始出液以后,用量筒在底部出液孔下方對(duì)浸出液進(jìn)行分段收集,前期每0.5 h收集1次,后期適當(dāng)減小收液頻率;讀取各分段浸出液體積后,采用EDTA絡(luò)合滴定法檢測(cè)浸出液中稀土離子質(zhì)量濃度,試驗(yàn)至各個(gè)出液孔的浸出液中稀土離子質(zhì)量濃度低于0.1 g/L時(shí)結(jié)束。

2 結(jié)果與分析

2.1 溶液入滲過程及入滲規(guī)律分析

為了模擬原地浸礦溶液的入滲過程,本試驗(yàn)采用3個(gè)注液孔同時(shí)進(jìn)行注液,注液孔內(nèi)保持恒定的水頭高度,試驗(yàn)過程中定期觀察濕潤(rùn)鋒的運(yùn)移和交匯情況。多孔注液過程中不同時(shí)間的溶液入滲規(guī)律見圖2。

圖2 溶液入滲過程

從圖2中可以看出:隨著入滲時(shí)間的增加,溶液的入滲過程不斷發(fā)生變化;鄰近的兩個(gè)注液孔之間形成溶液交匯區(qū),交匯后溶液的入滲過程發(fā)生了改變。入滲過程可分為2個(gè)階段:第一階段為自由入滲階段,即開始注液入滲后至420 min 之間的階段,該階段溶液尚未發(fā)生交匯,3個(gè)注液孔下溶液的入滲與單孔注液的入滲過程一樣,均為獨(dú)立的自由入滲過程;第二個(gè)階段為420 min以后,隨著注液時(shí)間的增加,濕潤(rùn)體內(nèi)部含水率不斷升高,濕潤(rùn)鋒不斷向前擴(kuò)散,兩注液孔之間的濕潤(rùn)鋒開始交匯,溶液進(jìn)入交匯入滲階段。圖3展示了濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離隨入滲時(shí)間的變化過程,其中H、Z分別表示濕潤(rùn)鋒橫向和縱向入滲距離。

圖3 濕潤(rùn)鋒運(yùn)移過程

由圖3可知,隨著注液入滲時(shí)間的增加,濕潤(rùn)鋒運(yùn)移速度逐漸減慢,表明溶液的入滲速度也在逐漸減慢。這是因?yàn)槿芤旱娜霛B過程主要受毛細(xì)管力和重力作用影響,最初溶液在礦體顆粒間流動(dòng),入滲速度較快,而礦體顆粒內(nèi)本身存在孔隙,溶液通過毛細(xì)作用被吸入顆粒內(nèi)的孔隙中,顆粒間溶液流動(dòng)相對(duì)減少,導(dǎo)致入滲速度減慢[20]。當(dāng)顆粒內(nèi)可及孔隙達(dá)到飽和后,溶液通過顆粒間孔隙向前流動(dòng),此時(shí)溶液入滲主要受重力作用;從溶液入滲過程中濕潤(rùn)體形態(tài)變化來看,在自由入滲階段,濕潤(rùn)體的形狀由半橢圓狀逐漸變?yōu)榘雸A狀。這是因?yàn)樽⒁撼跗跐駶?rùn)體的體積含水率低,溶液的入滲主要受基質(zhì)吸力作用,因此橫向擴(kuò)散速度較快。隨著注液入滲時(shí)間的增加,濕潤(rùn)體的體積含水率升高,重力逐漸占據(jù)主導(dǎo)作用,縱向運(yùn)移速度加快。隨著濕潤(rùn)體濕潤(rùn)面積的增大,礦體左右兩側(cè)注液孔與中間注液孔濕潤(rùn)鋒分別在480 min和420 min左右發(fā)生交匯,溶液入滲方式進(jìn)入交匯入滲階段。交匯處濕潤(rùn)鋒運(yùn)移速度比未交匯處更快,交匯處水分運(yùn)移速度也更快,兩注液孔之間的溶液在交匯處聚集后形成了零通量面,此處不存在水分交換,溶液僅為縱向滲流,由起初的二維入滲轉(zhuǎn)變?yōu)橐痪S垂直入滲,溶液的垂直入滲量增加,垂直入滲速度加快[21]。

2.2 溶液流動(dòng)規(guī)律及浸出稀土離子質(zhì)量分布

注液入滲時(shí),當(dāng)注液孔周圍礦體土壤含水率達(dá)到飽和后,會(huì)與周圍非飽和礦體形成較大的水勢(shì)梯度,進(jìn)而使溶液從注液孔周圍向四周擴(kuò)散。濕潤(rùn)體面積不斷增大后在兩注液孔之間發(fā)生交匯,待礦體全部飽和后,礦體底部出液孔開始出液。注液孔位于3號(hào)、6號(hào)和9號(hào)出液孔的正上方。圖4為浸礦結(jié)束后礦體各出液孔的累積出液量,浸出液總體積為5 499.7 mL。

圖4 各出液孔累積出液量

由圖4可知:3個(gè)注液孔正下方的累積出液量分別為695.7、723.1、566.5 mL;兩個(gè)注液孔之間的交匯區(qū)平均累積出液量分別為616.4、549.9 mL,礦體兩側(cè)的邊界區(qū)平均累積出液量為328.4、262.5 mL。整體上看,注液孔正下方區(qū)域累積出液量最多,交匯區(qū)累積出液量次之,兩側(cè)邊界區(qū)累積出液量最少。本試驗(yàn)?zāi)M的是原地浸礦過程中溶液的二維入滲,主要存在橫向和縱向兩個(gè)滲流方向。注液孔正下方區(qū)域的溶液滲流方向?yàn)榭v向垂直入滲,入滲距離最短,故注液孔正下方出液孔的累積出液量最多。而交匯區(qū)累積出液量遠(yuǎn)大于邊界區(qū)累積出液量,由溶液的入滲過程可知,溶液在交匯處形成了瞬時(shí)零通量面,導(dǎo)致交匯處濕潤(rùn)鋒運(yùn)移速度更快。當(dāng)溶液到達(dá)交匯面時(shí),由二維入滲變?yōu)橐痪S垂直入滲,增加了溶液的垂直入滲量。在模型兩側(cè)邊界區(qū)無交匯作用,故交匯區(qū)的累積出液量比無交匯作用的邊界區(qū)累積出液量多。

礦體各出液孔浸出稀土離子質(zhì)量見圖5。由圖5可知,注液孔正下方區(qū)域(3號(hào)、6號(hào)、9號(hào))浸出稀土離子質(zhì)量較小,邊界區(qū)和交匯區(qū)浸出稀土離子質(zhì)量較大。結(jié)合上文對(duì)各孔浸出液體積的分析可知,礦體各區(qū)域浸出稀土離子質(zhì)量與其浸出液體積無明顯關(guān)系。

圖5 各出液孔浸出稀土質(zhì)量

浸礦時(shí)礦體不同孔隙中存在的液體對(duì)稀土離子運(yùn)移以及浸出的影響并非都是相同的[22],處于小孔隙中的稀土離子傳質(zhì)主要依賴于擴(kuò)散,其傳質(zhì)速度遠(yuǎn)不如大孔隙中的對(duì)流作用,而稀土離子在小孔隙和大孔隙中的滯留時(shí)間因溶液流速不同也存在差異,因此稀土離子浸出效果不能簡(jiǎn)單以溶液滲流效果分析,需結(jié)合稀土離子穿透曲線作具體分析。

2.3 不同出液孔浸出液中稀土離子濃度變化規(guī)律

通過對(duì)浸出液進(jìn)行測(cè)試,獲得各出液孔流出溶液中不同時(shí)間稀土離子質(zhì)量濃度的變化規(guī)律(見圖6)。

圖6 稀土離子質(zhì)量濃度隨浸出時(shí)間的變化

由圖6可知:多孔注液時(shí),不同區(qū)域稀土離子浸出速度、初始穿透時(shí)間不同;注液孔正下方區(qū)域出液孔(3號(hào)、6號(hào)和9號(hào))稀土離子最先穿透礦體,且浸出速度最快,交匯區(qū)(藍(lán)色)稀土離子浸出速度次之,兩側(cè)(黑色)區(qū)域稀土離子浸出速度最慢、浸出結(jié)束時(shí)間最晚。注液孔正下方區(qū)域稀土離子穿透曲線為“窄瘦”形,浸出液稀土離子濃度在達(dá)到峰值后迅速降低,拖尾現(xiàn)象不明顯。注液孔中間交匯區(qū)及兩側(cè)邊界區(qū)域稀土離子穿透曲線為“寬胖”形,稀土離子質(zhì)量濃度上升速度較慢,并在下降的過程中表現(xiàn)出長(zhǎng)時(shí)間的拖尾現(xiàn)象。硫酸鎂浸出稀土離子受內(nèi)擴(kuò)散控制[23],浸礦劑陽(yáng)離子濃度越高,稀土離子浸出傳質(zhì)速度越快。由于注液孔正下方區(qū)域溶液中Mg2+濃度梯度最大,擴(kuò)散速度最快,因此稀土離子浸出速度最快、最先被浸出。與此同時(shí),大量Mg2+被消耗使得擴(kuò)散至兩側(cè)的溶液中Mg2+濃度較低,因此稀土離子浸出傳質(zhì)速度減慢。由于溶液的交匯形成零通量面,溶液從注液孔正下方橫向擴(kuò)散至交匯區(qū)的距離僅為擴(kuò)散至邊界區(qū)域的一半,Mg2+消耗量減少,交匯區(qū)溶液中Mg2+濃度比兩側(cè)邊界區(qū)Mg2+濃度更高,因此擴(kuò)散速度更快,稀土離子浸出速度也更快。

除注液孔正下方區(qū)域以外,其余區(qū)域出液孔浸出液稀土離子穿透曲線均表現(xiàn)出不同程度的拖尾,其中7號(hào)出液孔的稀土離子穿透曲線出現(xiàn)了雙峰現(xiàn)象。分析認(rèn)為,上述現(xiàn)象主要由不同滲流通道釋放溶質(zhì)的速度差以及溶質(zhì)滯留時(shí)間差所致[24]。大孔隙組成的主要滲流通道內(nèi)溶液流速快、溶質(zhì)運(yùn)移距離短,因此溶質(zhì)滯留時(shí)間短,稀土離子被迅速排出礦體。主要滲流通道周圍存在許多狹小的滲流路徑,溶液的流速更慢,溶質(zhì)的運(yùn)移路徑、滯留時(shí)間相對(duì)更長(zhǎng),因此造成了拖尾現(xiàn)象;待主要滲流通道中的稀土離子被大量浸出后,滯留在非貫通孔隙中的稀土離子由于濃度差緩慢擴(kuò)散至主要滲流通道中,由此稀土離子浸出時(shí)間向后推移,造成了雙峰現(xiàn)象。前人研究[25]已經(jīng)證實(shí)溶質(zhì)的二次釋放及溶質(zhì)在不同流速滲流通道中運(yùn)移的差異會(huì)造成穿透曲線出現(xiàn)雙峰及拖尾現(xiàn)象。

浸礦結(jié)束后,不同出液孔浸出液體積不同,即各出液孔出液速度不同,出液速度的大小同樣影響稀土離子的浸出過程,因此,對(duì)于稀土離子質(zhì)量濃度變化還應(yīng)結(jié)合累積出液量進(jìn)行分析。礦體底部各出液孔浸出液中稀土離子質(zhì)量濃度隨累積出液量體積的變化見圖7。

圖7 稀土離子濃度隨浸出液體積的變化

由圖7可知,交匯區(qū)和兩側(cè)邊界區(qū)浸出液中稀土離子質(zhì)量濃度始終維持在較高水平,而注液孔正下方區(qū)域3號(hào)和6號(hào)出液孔浸出液中大約僅在前200 mL含稀土離子,9號(hào)出液孔甚至僅前20 mL左右含稀土離子,后續(xù)大量浸出液中幾乎不含稀土離子。不同區(qū)域稀土離子浸出速度以及初始穿透時(shí)間不同。由于注液孔正下方區(qū)域稀土離子浸出速度最快且初始穿透時(shí)間最早,稀土離子在很短時(shí)間內(nèi)被完全浸出;而兩側(cè)邊界區(qū)稀土離子浸出速度最慢且初始穿透時(shí)間最晚,兩側(cè)區(qū)域稀土離子被完全浸出需要更多的時(shí)間和浸礦劑。由此可見,礦體不同區(qū)域稀土離子集中浸出時(shí)間不同會(huì)導(dǎo)致浸礦劑有效利用率存在較大差異。

2.4 礦體不同區(qū)域稀土離子遷移規(guī)律及浸出質(zhì)量

礦體不同區(qū)域平均浸出稀土離子質(zhì)量可以宏觀地反映稀土離子在礦體內(nèi)的遷移規(guī)律。平均浸出稀土離子質(zhì)量越大,說明該區(qū)域遷移態(tài)稀土離子量越多。為分析多孔注液稀土離子遷移富集規(guī)律,依據(jù)注液孔的位置,將礦體分為7個(gè)區(qū)域,礦體分區(qū)示意圖見圖8(注液孔正下方區(qū)域分別為Z-1、Z-2、Z-3,注液孔間交匯區(qū)為J-1、J-2,B-1、B-2為兩側(cè)邊界區(qū)),分別計(jì)算各區(qū)域平均累積浸出稀土離子質(zhì)量變化(各區(qū)域浸出稀土總量與對(duì)應(yīng)出液孔數(shù)量的比值),計(jì)算結(jié)果見圖9。

圖8 礦體分區(qū)示意圖

圖9 各區(qū)域平均浸出稀土離子質(zhì)量變化

由圖9可知:整體上,注液孔正下方區(qū)域浸出的稀土離子質(zhì)量最小,Z-1、Z-2、Z-3區(qū)域浸出稀土離子質(zhì)量分別為0.577、0.549、0.099 g;礦體兩側(cè)邊界區(qū)域次之,B-1、B-2區(qū)域平均浸出稀土離子質(zhì)量分別為0.677、0.704 g;注液孔間交匯區(qū)域稀土離子最多,J-1、J-2區(qū)域平均浸出稀土離子質(zhì)量分別為0.914、1.038 g。由此可知,在多孔注液時(shí),稀土離子由注液孔正下方區(qū)域向交匯區(qū)域、礦體兩側(cè)區(qū)域大量遷移并聚集,導(dǎo)致注液孔正下方區(qū)域稀土離子質(zhì)量明顯小于其他區(qū)域。交匯區(qū)和邊界區(qū)所對(duì)應(yīng)的礦樣體積相同,但由于溶液的交匯帶動(dòng)更多的稀土離子向交匯區(qū)遷移,故交匯區(qū)遷移態(tài)稀土離子更多,亦即交匯區(qū)平均浸出稀土離子質(zhì)量比邊界區(qū)域大。

多孔注液浸礦過程中稀土離子遷移浸出過程見圖10。在多孔注液過程中,注液孔中心區(qū)域最先開始進(jìn)行離子交換反應(yīng),黏土礦物表面的RE3+被Mg2+解吸下來后形成一個(gè)高稀土離子濃度的解吸區(qū)域(圖10中紫色區(qū)域);隨著硫酸鎂溶液的持續(xù)注入,反應(yīng)不斷向前推進(jìn),稀土離子從注液孔周圍向四周遷移擴(kuò)散。由于浸礦劑最先與注液孔正下方區(qū)域的礦體發(fā)生離子交換反應(yīng),隨后再逐步與交匯區(qū)和兩側(cè)邊界區(qū)礦體發(fā)生反應(yīng),因此不同區(qū)域稀土離子集中浸出時(shí)間不同。注液孔正下方的紫色區(qū)域從礦體上部移至礦體下部區(qū)域的時(shí)間更早、速度更快,當(dāng)注液孔正下方區(qū)域的稀土離子穿透礦體而被大量浸出時(shí),交匯區(qū)和邊界區(qū)稀土離子還未穿透礦體,因此仍需不斷注入浸礦劑來浸出交匯區(qū)和邊界區(qū)的稀土離子,這就導(dǎo)致了注液孔正下方區(qū)域浸礦劑的浪費(fèi)。

圖10 多孔注液稀土離子遷移浸出過程

與此同時(shí),隨著溶液的擴(kuò)散,被解吸下來的稀土離子也隨滲流路徑往注液孔兩側(cè)遷移擴(kuò)散,直至浸出結(jié)束。遷移態(tài)的稀土離子在交匯區(qū)以及礦體兩側(cè)區(qū)域聚集,導(dǎo)致注液孔正下方區(qū)域浸出稀土離子質(zhì)量較小,相應(yīng)的交匯區(qū)和邊界區(qū)浸出稀土離子質(zhì)量較大,進(jìn)一步導(dǎo)致了注液孔正下方區(qū)域與交匯區(qū)、邊界區(qū)稀土離子浸出的時(shí)間差增大。由此可見,如能優(yōu)化注液方式,使礦體不同區(qū)域稀土離子集中浸出的同步性增強(qiáng)、減弱稀土離子的遷移程度、使礦體內(nèi)稀土離子分布更均勻,就可以減少浸礦劑的浪費(fèi)以及縮短浸礦時(shí)間。

針對(duì)多孔注液浸礦溶液滲流和稀土離子遷移浸出規(guī)律,通過交替注液的方式對(duì)交匯區(qū)溶液的滲流方向進(jìn)行調(diào)控,減小稀土離子的遷移程度,進(jìn)而使稀土離子浸出更加均勻。交替注液即原地浸礦所布注液孔網(wǎng)不同時(shí)進(jìn)行浸礦,以一定周期輪番交替進(jìn)行注液浸礦。以本試驗(yàn)為例,即中間注液孔與兩側(cè)注液孔輪番交替注液。

3 結(jié)論

通過二維模型開展了多孔注液溶液滲流和稀土離子浸出規(guī)律研究,考查了溶液入滲過程以及各出液孔稀土離子穿透曲線差異,分析了礦體各區(qū)域浸出液體積以及浸出稀土離子質(zhì)量,揭示了原地浸礦溶液流動(dòng)以及稀土離子遷移規(guī)律,得到以下主要結(jié)論:

a.多孔注液入滲過程中溶液由自由入滲逐漸轉(zhuǎn)為交匯入滲,在交匯面不存在水分交換,溶液僅為縱向滲流,交匯處濕潤(rùn)鋒運(yùn)移速度加快。

b.注液孔正下方區(qū)域溶液流動(dòng)路徑最短、浸出液體積最大,交匯面溶液的滲流方式由二維入滲變?yōu)橐痪S垂直入滲,增大了溶液垂直方向的滲流量,因此交匯區(qū)域浸出液體積次之,無交匯作用的邊界區(qū)域浸出液體積最小。

c.礦體不同區(qū)域稀土離子浸出速度、浸出量不同。注液孔正下方區(qū)域稀土離子浸出速度最快,幾乎無拖尾現(xiàn)象;交匯區(qū)和邊界區(qū)稀土離子浸出速度較慢,出現(xiàn)了明顯的拖尾現(xiàn)象。

d.隨著溶液的擴(kuò)散,稀土離子在縱向運(yùn)移的同時(shí)也向注液孔兩側(cè)遷移,遷移態(tài)的稀土離子在交匯區(qū)以及礦體兩側(cè)區(qū)域聚集。溶液交匯區(qū)浸出稀土離子質(zhì)量最大,兩側(cè)邊界區(qū)域次之,注液孔正下方區(qū)域最小。