工程科学学报.第42卷.第8期：972-979.2020年8月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,No.8:972-979,August 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.17.002;http://cje.ustb.edu.cn 矿石颗粒级配对堆浸体系三维孔隙结构的影响 尹升华12)，陈勋，2)，刘超)，王雷鸣2)，严荣富1,2) 1)北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京1000832)北京科技大学土木与资源工程学院，北京1000833)万宝 矿产有限公司.北京100053 ☒通信作者，E-mail:ckchenxun@163.com 摘要为研究堆浸体系矿石粒径分布对孔隙结构的影响，对不同级配矿岩散体构成的浸柱开展显微CT扫描测试，得到浸 柱内部结构图像.通过阈值分割算法对孔隙结构进行提取，建立浸柱三维孔隙模型，对浸柱体孔隙率和面孔隙率的空间分布 特征进行研究.利用最大球算法构建浸柱孔隙网络模型，进而分析矿石粒径分布对孔喉半径、喉道长度、孔喉体积、形状因 子和配位数等参数的影响规律.结果表明：矿石颗粒级配性越好，矿堆孔隙率越低：矿石粒径越均匀，矿堆不同区域孔隙率差 异越小：矿石粒径分布对孔隙尺寸和连通性影响较为显著，对孔喉形状因子影响较小.随着细颗粒矿石的减少，大孔隙增多， 孔喉半径、喉道长度和孔喉体积相应增大：随着矿石粒径均匀性的增加，堆浸体系中孤立孔隙所占比例减少，高配位数孔隙 所占比例增大，即矿堆内的孔隙空间具有更好的连通性. 关键词堆浸体系：颗粒级配：显微CT:三维孔隙结构：孔隙网络模型 分类号TD853 Effects of ore size distribution on the pore structure characteristics of packed ore beds YIN Sheng-hua2)CHEN Xun2,LIU Chao,WANG Lei-ming2,YAN Rong-fu2) 1)Key Laboratory of the Ministry of Education of China for High-efficient Mining and Safety of Metal Mines,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)Wanbao Mining Co.,Ltd.,Beijing 100053,China Corresponding author,E-mail:ckchenxun@163.com ABSTRACT Heap leaching is a widely used solution mining technology that enables various kinds of low-grade ores to be processed economically.The solution flow characteristics are very important factors in the leaching process,and they influence both the overall recovery and kinetics of the system.The properties of fluid flow in porous media are associated with the pore structure,which is influenced by the grain size and shape.To study the influence of ore particle size gradation on the pore structure of the heap leaching system,a micro-CT scanning test was conducted in ore columns with two grain size gradation types,and images of the internal structure of the leaching columns were obtained.A 3D digital pore model of the two leaching columns was then established,and the spatial distribution characteristics of 2D and 3D porosity were analyzed.The pore network models of the two columns were then extracted from the reconstructed 3D binary pore structures using the maximal ball fitting method,and the effect of the ore particle size distribution on the pore throat radius,throat length,pore throat volume,shape factor,and coordination number was analyzed.The results show that the porosity of the column comprising well-graded ore particles is lower than the column with uniformly graded grains.In addition,the 2D and 3D porosities of the well-graded ores show a relatively high degree of heterogeneity compared to those of the more uniformly graded 收稿日期：2020-01-17 基金项目：国家优秀青年科学基金资助项目(51722401)：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(FRF.TP.18-003C1):国家自然科学 基金重点资助项目(51734001)矿石颗粒级配对堆浸体系三维孔隙结构的影响 尹升华1,2)，陈    勋1,2) 苣，刘    超3)，王雷鸣1,2)，严荣富1,2) 1) 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083    2) 北京科技大学土木与资源工程学院，北京 100083    3) 万宝 矿产有限公司，北京 100053 苣通信作者，E-mail：ckchenxun@163.com 摘    要    为研究堆浸体系矿石粒径分布对孔隙结构的影响，对不同级配矿岩散体构成的浸柱开展显微 CT 扫描测试，得到浸 柱内部结构图像. 通过阈值分割算法对孔隙结构进行提取，建立浸柱三维孔隙模型，对浸柱体孔隙率和面孔隙率的空间分布 特征进行研究. 利用最大球算法构建浸柱孔隙网络模型，进而分析矿石粒径分布对孔喉半径、喉道长度、孔喉体积、形状因 子和配位数等参数的影响规律. 结果表明：矿石颗粒级配性越好，矿堆孔隙率越低；矿石粒径越均匀，矿堆不同区域孔隙率差 异越小；矿石粒径分布对孔隙尺寸和连通性影响较为显著，对孔喉形状因子影响较小. 随着细颗粒矿石的减少，大孔隙增多， 孔喉半径、喉道长度和孔喉体积相应增大；随着矿石粒径均匀性的增加，堆浸体系中孤立孔隙所占比例减少，高配位数孔隙 所占比例增大，即矿堆内的孔隙空间具有更好的连通性. 关键词    堆浸体系；颗粒级配；显微 CT；三维孔隙结构；孔隙网络模型 分类号    TD853 Effects of ore size distribution on the pore structure characteristics of packed ore beds YIN Sheng-hua1,2) ，CHEN Xun1,2) 苣 ，LIU Chao3) ，WANG Lei-ming1,2) ，YAN Rong-fu1,2) 1) Key Laboratory of the Ministry of Education of China for High-efficient Mining and Safety of Metal Mines, 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) Wanbao Mining Co., Ltd., Beijing 100053, China 苣 Corresponding author, E-mail: ckchenxun@163.com ABSTRACT    Heap leaching is a widely used solution mining technology that enables various kinds of low-grade ores to be processed economically. The solution flow characteristics are very important factors in the leaching process, and they influence both the overall recovery  and  kinetics  of  the  system.  The  properties  of  fluid  flow  in  porous  media  are  associated  with  the  pore  structure,  which  is influenced by the grain size and shape. To study the influence of ore particle size gradation on the pore structure of the heap leaching system, a micro-CT scanning test was conducted in ore columns with two grain size gradation types, and images of the internal structure of  the  leaching  columns  were  obtained.  A  3D  digital  pore  model  of  the  two  leaching  columns  was  then  established,  and  the  spatial distribution characteristics of 2D and 3D porosity were analyzed. The pore network models of the two columns were then extracted from the reconstructed 3D binary pore structures using the maximal ball fitting method, and the effect of the ore particle size distribution on the pore throat radius, throat length, pore throat volume, shape factor, and coordination number was analyzed. The results show that the porosity of the column comprising well-graded ore particles is lower than the column with uniformly graded grains. In addition, the 2D and 3D porosities of the well-graded ores show a relatively high degree of heterogeneity compared to those of the more uniformly graded 收稿日期: 2020−01−17 基金项目: 国家优秀青年科学基金资助项目（51722401）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（FRF-TP-18-003C1）；国家自然科学 基金重点资助项目（51734001） 工程科学学报，第 42 卷，第 8 期：972−979，2020 年 8 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, No. 8: 972−979, August 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.17.002; http://cje.ustb.edu.cn