498 工程科学学报，第43卷，第4期 除因噪点、模糊等对后续实验分析造成的干扰 连通度为贯穿上界面和下界面的孔隙通道的体积 对CT扫描图像进行预处理包括降噪滤波、阈值调 占孔隙总体积的比值).在生物浸矿过程中，孔隙 整、孔隙分割及矿粒切割等，CT图像预处理流程 连通度越大，溶液越容易进入矿粒内部流动，即生 如图4所示，得到便于试验分析的700像素×700 物与矿石的接触越充分.基于矿粒的三维重构结 像素×700像素的立方体矿块图像数据，实际尺寸 构，溶浸前矿块在X、Y、Z三个方向上均没有连通 为1.2cm×1.2cm×1.2cm. 上界面和下界面的孔隙通道，无法直接进行孔隙 连通度的计算.假设矿粒内部最大的孔隙是小孔 隙相互连通贯穿的结果.基于此，通过矿粒中最大 孔隙的体积可确定矿粒的孔隙连通度，如公式(2) 所示.孔隙率及孔隙连通度计算结果如表4所示. Filter and Adjust Cut 3D de-nosing thresholds Segment pores structure 9=7×100% (1) 0=x100% (2) V 其中，为孔隙率；θ为孔隙连通度；'1为矿粒内部 图4图像预处理流程 孔隙总体积，m3;V为矿粒总体积，um3;Vo为矿粒 Fig.4 Workflow of CTscan image preprocessing 中最大的孔隙的体积，um3. 浸前矿粒的孔隙率为3.2%，浸后矿粒的孔隙 由于孔隙形态不规则，无法从数据的角度定 率达到16%，说明溶浸过程中，矿粒内部孔隙增 量对比分析，将孔隙近似等效为球体，基于三维重 多，矿粒内部的结构也发生了明显改变.矿粒内部 构的矿粒结构，得到矿粒内部孔隙参数数据，并计 孔隙增多的原因有：(1)矿粒内部的固态NaCI溶 算其增长率，结果如表3所示.对比浸前与浸后矿 解在水中，导致矿粒结构改变、孔隙增多；(2)随 粒的特征参数，矿粒内部孔隙数目增长了99%，孔 着NaCI的溶解，附着在NaCI上的矿石颗粒随之 隙平均体积增长了151%，平均表面积增长了 掉落至溶液中，亦造成了矿粒结构改变，孔隙增 223%,平均等效直径增长了90%.溶浸过程后矿粒 多，如图5所示. 的孔隙数目、孔隙平均体积、孔隙平均面积以及 溶浸前矿粒的孔隙连通度为29.96%，而溶浸 孔隙等效直径均明显增加 后孔隙连通度达到了88.26%，连通度增加了195%， 孔隙率是指多孔物质中孔隙体积占物质总体 说明在模拟溶浸过程中，矿粒内部的部分孔隙相 积的百分数，是表征矿粒结构及孔隙特征的一个 互连通，形成了孔隙通道.孔隙通道的形成为溶液 重要物理量.浸矿系统的孔隙率与系统渗透性联 在矿粒内部流动提供了空间和通路，基于此，矿粒 系密切：孔隙率越大，系统的渗透性越好.基于以 与溶液接触更加充分，反应也更加充分，从而促进 上数据，根据公式(1)计算矿粒内部孔隙率.孔隙 了新孔隙的生成与连通 表3矿粒孔隙参数变化 Table 3 Variation of pore parameters Parameter Pore number Mean pore volume/(10%um') Average pore surface area/I0°μm) Average equivalent pore diameter/um Before leaching 288 1.71 1.16 304 After leaching 575 4.29 3.75 579 Growth rate/% 99 151 223 90 表4矿粒孔隙率及孔隙连通度变化 Table 4 Evolution of porosity and pore connectivity Parameter Porosity/% Growth rate/% Porosity connectivity/% Growth rate/% Before leaching 3.20 29.96 400 195 After leaching 16.00 88.26除因噪点、模糊等对后续实验分析造成的干扰. 对 CT 扫描图像进行预处理包括降噪滤波、阈值调 整、孔隙分割及矿粒切割等，CT 图像预处理流程 如图 4 所示，得到便于试验分析的 700 像素×700 像素×700 像素的立方体矿块图像数据,实际尺寸 为 1.2 cm×1.2 cm×1.2 cm. 由于孔隙形态不规则，无法从数据的角度定 量对比分析，将孔隙近似等效为球体，基于三维重 构的矿粒结构，得到矿粒内部孔隙参数数据，并计 算其增长率，结果如表 3 所示. 对比浸前与浸后矿 粒的特征参数，矿粒内部孔隙数目增长了 99%，孔 隙平均体积增长 了 151%，平均表面积增长 了 223%，平均等效直径增长了 90%. 溶浸过程后矿粒 的孔隙数目、孔隙平均体积、孔隙平均面积以及 孔隙等效直径均明显增加. 孔隙率是指多孔物质中孔隙体积占物质总体 积的百分数，是表征矿粒结构及孔隙特征的一个 重要物理量. 浸矿系统的孔隙率与系统渗透性联 系密切；孔隙率越大，系统的渗透性越好. 基于以 上数据，根据公式（1）计算矿粒内部孔隙率. 孔隙 连通度为贯穿上界面和下界面的孔隙通道的体积 占孔隙总体积的比值[23] . 在生物浸矿过程中，孔隙 连通度越大，溶液越容易进入矿粒内部流动，即生 物与矿石的接触越充分. 基于矿粒的三维重构结 构，溶浸前矿块在 X、Y、Z 三个方向上均没有连通 上界面和下界面的孔隙通道，无法直接进行孔隙 连通度的计算. 假设矿粒内部最大的孔隙是小孔 隙相互连通贯穿的结果. 基于此，通过矿粒中最大 孔隙的体积可确定矿粒的孔隙连通度，如公式（2） 所示. 孔隙率及孔隙连通度计算结果如表 4 所示. φ = V1 V ×100% （1） θ = V0 V1 ×100% （2） 其中， φ 为孔隙率；θ 为孔隙连通度；V1 为矿粒内部 孔隙总体积，μm3 ；V 为矿粒总体积，μm3 ；V0 为矿粒 中最大的孔隙的体积，μm3 . 浸前矿粒的孔隙率为 3.2%，浸后矿粒的孔隙 率达到 16%，说明溶浸过程中，矿粒内部孔隙增 多，矿粒内部的结构也发生了明显改变. 矿粒内部 孔隙增多的原因有：（1）矿粒内部的固态 NaCl 溶 解在水中，导致矿粒结构改变、孔隙增多；（2）随 着 NaCl 的溶解，附着在 NaCl 上的矿石颗粒随之 掉落至溶液中，亦造成了矿粒结构改变，孔隙增 多，如图 5 所示. 溶浸前矿粒的孔隙连通度为 29.96%，而溶浸 后孔隙连通度达到了 88.26%，连通度增加了 195%， 说明在模拟溶浸过程中，矿粒内部的部分孔隙相 互连通，形成了孔隙通道. 孔隙通道的形成为溶液 在矿粒内部流动提供了空间和通路，基于此，矿粒 与溶液接触更加充分，反应也更加充分，从而促进 了新孔隙的生成与连通. 表 3 矿粒孔隙参数变化 Table 3 Variation of pore parameters Parameter Pore number Mean pore volume/(108 μm3 ) Average pore surface area/(106 μm2 ) Average equivalent pore diameter/μm Before leaching 288 1.71 1.16 304 After leaching 575 4.29 3.75 579 Growth rate/% 99 151 223 90 表 4 矿粒孔隙率及孔隙连通度变化 Table 4 Evolution of porosity and pore connectivity Parameter Porosity/% Growth rate/% Porosity connectivity/% Growth rate/% Before leaching 3.20 400 29.96 195 After leaching 16.00 88.26 Filter and de-nosing Adjust thresholds Segment pores Cut 3D structure 图 4    图像预处理流程 Fig.4    Workflow of CT scan image preprocessing · 498 · 工程科学学报，第 43 卷，第 4 期