·1284 工程科学学报，第43卷，第10期 increases due to seepage.The change rate of the number of pores in each size interval increases and then decreases as pore size increases. Compared with the initial state,the distribution of pore aspect ratio is more concentrated after the solution seepage.Moreover,the distribution of pore azimuthal angle is more uniform,and the anisotropy of pore structure is enhanced by solution seepage. KEY WORDS weathered crust elution-deposited rare earth ore;leaching system;micro-CT scanning;solution seepage;pore structure evolution 稀土元素由于独特的物理和化学性质而广泛 过程中孔隙结构的演化特征2o,.Hoummady等通 应用于现代工业体系中的诸多领域，是国家的重 过Micro-CT扫描技术，研究了铀矿浸出过程中孔 要战略资源，尤其是与高新技术产业密切相关的 隙结构的变化特征，建立了孔隙结构三维动态模 中重稀土-)风化壳淋积型（离子吸附型）稀土矿 型，得到了孔隙半径、孔隙率等参数随时间的变化 是中重稀土的主要来源，其中的稀土元素主要以 特征].总体而言，已有研究虽然对离子型稀土矿 水合或羟基水合离子形式吸附于黏土矿物表面， 孔隙结构进行了探索，但相关结果大多反映二维 传统选冶工艺无法有效回收，而离子交换法是从 孔隙结构特征，并未对三维孔隙结构特征进行直 风化壳淋积型稀土矿中提取稀土元素的有效手 观表征，也缺乏对渗流作用下离子型稀土矿三维 段6经过多年的发展，原地浸出工艺逐渐成为 孔隙结构演化特征的深入分析 风化壳淋积型稀土矿开采的主要技术，对于稀土 本文聚焦于风化壳淋积型稀土矿孔隙结构， 原地浸出体系而言，溶液渗透性能是控制稀土元 以去离子水为溶浸液开展稀土矿浸出实验，利用 素浸出效率的重要因素-]而矿体中的孔隙空间 Micro-CT扫描技术获取渗流前后稀土矿样的内部 是溶液渗流的主要通道，其形态结构特征对溶液 结构图像，基于图像处理及分析得到孔隙结构三 渗流效果具有重要影响，并且孔隙结构在渗流作 维图像，分析溶液渗流作用下稀土矿细观孔隙结 用下会不断发生演化，因此，研究渗流作用下浸出 构变化特征，探讨渗流作用对孔隙率、孔隙体积、 体系孔隙结构特征对优化离子型稀土矿浸出效果 孔隙长宽比、孔隙方向等参数的影响 具有重要意义910 1实验 近年来，相关学者针对风化壳淋积型稀土矿 孔隙结构特征开展了一些研究工作-，王晓军 1.1稀土矿样 等利用显微镜对浸矿过程中离子型稀土矿的二维 本实验中所用稀土矿样取自江西省赣州龙南 孔隙结构演化特征进行了研究，结果表明：孔隙率 某稀土矿山，矿样中主要矿物为石英，其次为高岭 和孔隙半径均随着浸矿时间的增加而增大)刘 石、斜闪石和伊利石等黏土物质.将所取矿样混 德峰等基于扫描电镜测试，分析了浸矿后矿样孔 合均匀，然后取样测试得到的矿样粒级组成如图1 隙率随深度的变化规律，研究了不同深度位置稀 所示.可以发现，稀土矿样级配良好，级配曲线中 土矿样微观孔隙结构的差异特征，并探讨了宏 细颗粒段相对较为平缓而粗颗粒段相对较陡，矿 观渗透系数与有效孔隙率的关系].谢芳芳等利 样中细颗粒易被侵蚀2！ 用医学CT得到了浸出前后的稀土孔隙结构图像， 100 分析了浸出前后不同高度稀土矿样的二维孔隙 率变化特征，并对孔隙演化机理进行了探讨] Zhou等基于核磁共振技术对浸出过程中孔隙结构 的演化规律进行了分析，结果显示：随着离子交换 五60 反应的进行，矿样孔隙率保持不变，孔隙结构呈现 出先减小后增大的趋势（同时，随着Micro- CT技术的快速发展，国内外学者将其应用于铜、 20 金、铀、镍等浸出体系孔隙结构研究方面，并取得 了创新性进展-1杨保华等利用工业CT得到了 0.0050.01 01 10 Particle size/mm 铜矿石颗粒浸出前后内部微观孔隙结构特征 图1稀土矿样粒级组成 Yang等基于同步辐射CT技术分析了黄铜矿浸出 Fig.I Particle size distribution of the rare earth ore sampleincreases due to seepage. The change rate of the number of pores in each size interval increases and then decreases as pore size increases. Compared  with  the  initial  state,  the  distribution  of  pore  aspect  ratio  is  more  concentrated  after  the  solution  seepage.  Moreover,  the distribution of pore azimuthal angle is more uniform, and the anisotropy of pore structure is enhanced by solution seepage. KEY WORDS    weathered crust elution-deposited rare earth ore；leaching system；micro-CT scanning；solution seepage；pore structure evolution 稀土元素由于独特的物理和化学性质而广泛 应用于现代工业体系中的诸多领域，是国家的重 要战略资源，尤其是与高新技术产业密切相关的 中重稀土[1−3] . 风化壳淋积型（离子吸附型）稀土矿 是中重稀土的主要来源，其中的稀土元素主要以 水合或羟基水合离子形式吸附于黏土矿物表面， 传统选冶工艺无法有效回收，而离子交换法是从 风化壳淋积型稀土矿中提取稀土元素的有效手 段[4−6] . 经过多年的发展，原地浸出工艺逐渐成为 风化壳淋积型稀土矿开采的主要技术，对于稀土 原地浸出体系而言，溶液渗透性能是控制稀土元 素浸出效率的重要因素[7−8] . 而矿体中的孔隙空间 是溶液渗流的主要通道，其形态结构特征对溶液 渗流效果具有重要影响，并且孔隙结构在渗流作 用下会不断发生演化，因此，研究渗流作用下浸出 体系孔隙结构特征对优化离子型稀土矿浸出效果 具有重要意义[9−10] . 近年来，相关学者针对风化壳淋积型稀土矿 孔隙结构特征开展了一些研究工作[11−12] . 王晓军 等利用显微镜对浸矿过程中离子型稀土矿的二维 孔隙结构演化特征进行了研究，结果表明：孔隙率 和孔隙半径均随着浸矿时间的增加而增大[13] . 刘 德峰等基于扫描电镜测试，分析了浸矿后矿样孔 隙率随深度的变化规律，研究了不同深度位置稀 土矿样微观孔隙结构的差异特征，并探讨了宏 观渗透系数与有效孔隙率的关系[14] . 谢芳芳等利 用医学 CT 得到了浸出前后的稀土孔隙结构图像， 分析了浸出前后不同高度稀土矿样的二维孔隙 率变化特征，并对孔隙演化机理进行了探讨[15] . Zhou 等基于核磁共振技术对浸出过程中孔隙结构 的演化规律进行了分析，结果显示：随着离子交换 反应的进行，矿样孔隙率保持不变，孔隙结构呈现 出先减小后增大的趋势 [16] . 同时 ，随 着 Micro￾CT 技术的快速发展，国内外学者将其应用于铜、 金、铀、镍等浸出体系孔隙结构研究方面，并取得 了创新性进展[17−18] . 杨保华等利用工业 CT 得到了 铜矿石颗粒浸出前后内部微观孔隙结构特征[19] . Yang 等基于同步辐射 CT 技术分析了黄铜矿浸出 过程中孔隙结构的演化特征[20] . Hoummady 等通 过 Micro-CT 扫描技术，研究了铀矿浸出过程中孔 隙结构的变化特征，建立了孔隙结构三维动态模 型，得到了孔隙半径、孔隙率等参数随时间的变化 特征[21] . 总体而言，已有研究虽然对离子型稀土矿 孔隙结构进行了探索，但相关结果大多反映二维 孔隙结构特征，并未对三维孔隙结构特征进行直 观表征，也缺乏对渗流作用下离子型稀土矿三维 孔隙结构演化特征的深入分析. 本文聚焦于风化壳淋积型稀土矿孔隙结构， 以去离子水为溶浸液开展稀土矿浸出实验，利用 Micro-CT 扫描技术获取渗流前后稀土矿样的内部 结构图像，基于图像处理及分析得到孔隙结构三 维图像，分析溶液渗流作用下稀土矿细观孔隙结 构变化特征，探讨渗流作用对孔隙率、孔隙体积、 孔隙长宽比、孔隙方向等参数的影响. 1    实验 1.1    稀土矿样 本实验中所用稀土矿样取自江西省赣州龙南 某稀土矿山，矿样中主要矿物为石英，其次为高岭 石、斜闪石和伊利石等黏土物质. 将所取矿样混 合均匀，然后取样测试得到的矿样粒级组成如图 1 所示. 可以发现，稀土矿样级配良好，级配曲线中 细颗粒段相对较为平缓而粗颗粒段相对较陡，矿 样中细颗粒易被侵蚀[22] . 100 80 60 Percentage passing by weight/ % 40 20 0 Particle size/mm 0.005 0.01 0.1 1 10 图 1    稀土矿样粒级组成 Fig.1    Particle size distribution of the rare earth ore sample · 1284 · 工程科学学报，第 43 卷，第 10 期