陈勋等：渗流作用下风化壳淋积型稀土矿细观孔隙结构演化特征 1285· 1.2浸出实验 Deionized water 本实验中以聚丙烯塑料管为装矿容器，内径 Flow control valve 为26mm,装矿高度为100mm.采用全粒级稀土 矿样进行实验，试样制备时取混合均匀的矿样逐 PVC pipe 步装入容器中，并对矿样进行压实处理，矿样装满 容器后铺设纱布并进行封口.浸出实验时，对试样 Rare earth ore 两端开口以用于注液和出液，并以纱布端为底部 采用去离子水为溶浸液开展浸出实验，实验装置 Holder 如图2所示.实验过程中，注液管位于试样中心位 置，溶液以中心点注的形式进入矿样中.实验过程 中注液强度控制在3 mLmin,注液时间持续2h. Leachate 注液结束后，试样在支架上进行静置排水，直至无 水流出时实验结束 图2浸出实验装置示意图 1.3CT扫描测试 Fig.2 Schematic diagram of the leaching experimental device 针对浸出前和浸出后的试样，分别开展CT扫 描测试，两次扫描为同一位置，位于试样的中上 转360°共获得1440幅样品投影图.扫描结束后， 部.所采用的CT扫描设备为Nano Voxel--4000型 利用VoxelStudiorecon软件采用FDK(Feldkamp- X射线三维扫描系统，两次扫描工作参数相同.经 Davis-Kress)算法对原始数据进行重建，得到试样 调试，确定扫描电压为180kV,电流为145A,曝 的三维灰度图像.三维图像共包含1400个二维截 光时间为0.5s,扫描空间分辨率为15.26um.扫描 面，每个截面尺寸为1900×1900像素，去离子水浸 过程中样品台不断旋转，每次旋转角度为0.25°，旋 出前后试样的二维截面如图3所示. (b) 5mm 5mm 图3试样内部结构图像.(a)浸出前：(b)浸出后 Fig.3 Internal structure image of the sample:(a)before leaching;(b)after leaching 2图像处理及数据提取 噪，以降低噪声或伪影对图像的干扰，增强样品结 构特征.最后，为消除边壁效应的影响对试样图像 2.1图像预处理 进行裁剪，得到直径为1600像素、高度为1300像 在对孔隙结构进行提取之前，先对图像进行 素的圆柱形试样三维灰度图像.预处理之后的试 预处理，主要包括方位校正、滤波降噪和图像裁剪 样二维截面图像如图4所示 等.由图3可以发现，两次扫描得到的CT图像中 2.2孔隙结构提取 颗粒方位存在差异，这是由于扫描时试样摆放角 本研究利用阈值分割算法对孔隙结构进行 度误差所导致的，因此首先对图像进行方位校正 提取，将图像分割成孔隙和矿岩两相介质.阈值 以保证浸出前后的试样CT图像具有一致性.然 分割得到的孔隙结构如图5所示.由图5可以直 后，采用非线性三维中值滤波算法对图像进行降 观地看出相比浸出前，在去离子水渗流作用下，1.2    浸出实验 本实验中以聚丙烯塑料管为装矿容器，内径 为 26 mm，装矿高度为 100 mm. 采用全粒级稀土 矿样进行实验，试样制备时取混合均匀的矿样逐 步装入容器中，并对矿样进行压实处理，矿样装满 容器后铺设纱布并进行封口. 浸出实验时，对试样 两端开口以用于注液和出液，并以纱布端为底部. 采用去离子水为溶浸液开展浸出实验，实验装置 如图 2 所示. 实验过程中，注液管位于试样中心位 置，溶液以中心点注的形式进入矿样中. 实验过程 中注液强度控制在 3 mL·min−1，注液时间持续 2 h. 注液结束后，试样在支架上进行静置排水，直至无 水流出时实验结束. 1.3    CT 扫描测试 针对浸出前和浸出后的试样，分别开展 CT 扫 描测试，两次扫描为同一位置，位于试样的中上 部. 所采用的 CT 扫描设备为 Nano Voxel−4000 型 X 射线三维扫描系统，两次扫描工作参数相同. 经 调试，确定扫描电压为 180 kV，电流为 145 μA，曝 光时间为 0.5 s，扫描空间分辨率为 15.26 μm. 扫描 过程中样品台不断旋转，每次旋转角度为 0.25°，旋 转 360°共获得 1440 幅样品投影图. 扫描结束后， 利 用 VoxelStudiorecon 软件采 用 FDK（ Feldkamp− Davis−Kress）算法对原始数据进行重建，得到试样 的三维灰度图像. 三维图像共包含 1400 个二维截 面，每个截面尺寸为 1900×1900 像素，去离子水浸 出前后试样的二维截面如图 3 所示. (a) 5 mm 5 mm (b) 图 3    试样内部结构图像. （a）浸出前；（b）浸出后 Fig.3    Internal structure image of the sample: (a) before leaching; (b) after leaching 2    图像处理及数据提取 2.1    图像预处理 在对孔隙结构进行提取之前，先对图像进行 预处理，主要包括方位校正、滤波降噪和图像裁剪 等. 由图 3 可以发现，两次扫描得到的 CT 图像中 颗粒方位存在差异，这是由于扫描时试样摆放角 度误差所导致的，因此首先对图像进行方位校正 以保证浸出前后的试样 CT 图像具有一致性. 然 后，采用非线性三维中值滤波算法对图像进行降 噪，以降低噪声或伪影对图像的干扰，增强样品结 构特征. 最后，为消除边壁效应的影响对试样图像 进行裁剪，得到直径为 1600 像素、高度为 1300 像 素的圆柱形试样三维灰度图像. 预处理之后的试 样二维截面图像如图 4 所示. 2.2    孔隙结构提取 本研究利用阈值分割算法对孔隙结构进行 提取，将图像分割成孔隙和矿岩两相介质. 阈值 分割得到的孔隙结构如图 5 所示. 由图 5 可以直 观地看出相比浸出前，在去离子水渗流作用下， Deionized water Flow control valve PVC pipe Rare earth ore Holder Leachate 图 2    浸出实验装置示意图 Fig.2    Schematic diagram of the leaching experimental device 陈    勋等： 渗流作用下风化壳淋积型稀土矿细观孔隙结构演化特征 · 1285 ·