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离子型稀土矿浸出过程的渗流-反应-应力耦合模拟研究

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中国稀土学报 2022年第5期40卷 880-892页

作者：刘庆生肖浩谈成亮喻修远王栋梁邱廷省江西理工大学材料冶金化学学部江西赣州341000 金隆铜业有限公司安徽铜陵244000 江西理工大学资源与环境学院江西赣州341000

基于孔隙流体质量守恒和溶质质量守恒,综合考虑岩土力学固结对土体结构影响,结合浸矿过程的化学反应,建立浸出液对离子型稀土矿浸出行为的渗流-反应-应力耦合数值模型。通过COMSOL软件模拟浸出液通过三轴渗透对稀土矿进行渗透时的渗流... 详细信息

基于孔隙流体质量守恒和溶质质量守恒,综合考虑岩土力学固结对土体结构影响,结合浸矿过程的化学反应,建立浸出液对离子型稀土矿浸出行为的渗流-反应-应力耦合数值模型。通过COMSOL软件模拟浸出液通过三轴渗透对稀土矿进行渗透时的渗流运动以及溶质运移过程,并分别研究注液压、轴压、围压3种不同载荷对柱浸过程中渗流场、应力场和浓度场分布的时空演化规律。通过液相和固相中的RE^(3+)和NH_(4)^(+)浓度分布结果表明,注液压由10 kPa增至50 kPa时,液相RE^(3+)浓度峰值有所减小,最大峰值差为0.19 g·L^(-1),而浸出液末端位置大幅度加深,最大位置差为0.051 m,说明增大注液压能显著加快渗流过程的进行,进而缩短浸出周期。增大轴压和围压可使矿体的孔隙结构更为紧密,液相RE^(3+)浓度峰值有所增大,其RE^(3+)浓度峰值差分别为0.37,0.58 g·L^(-1),浸出液末端深度有所减小,最大位置差分别为0.020,0.029m,表明阻碍了浸出液的渗流,延长浸出周期,但在一定程度上能提高浸出率,且围压的提升效果较轴压更大。

关键词：离子型稀土矿柱浸三轴渗透试验数值模拟

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离子型稀土矿地球化学特征与物性研究

稀有金属 2022年第1期46卷 78-86页

作者：周贺鹏谢帆欣张永兵罗仙平江西理工大学资源与环境工程学院江西省矿冶环境污染控制重点实验室钨资源高效开发及应用技术教育部工程研究中心江西赣州341000

离子型稀土矿是中国重要的战略关键金属资源,其特殊的成矿特征与稀土元素赋存机制导致矿床地球化学特征、矿石理化性质及元素分布规律等特性复杂,制约了离子型稀土资源的高效开发利用。本文以江西赣州离子型稀土矿为研究对象,系统研究... 详细信息

离子型稀土矿是中国重要的战略关键金属资源,其特殊的成矿特征与稀土元素赋存机制导致矿床地球化学特征、矿石理化性质及元素分布规律等特性复杂,制约了离子型稀土资源的高效开发利用。本文以江西赣州离子型稀土矿为研究对象,系统研究了矿床地球化学特征、稀土元素空间分布规律及矿石物性特征,结果表明江西赣州地处亚热带丘陵地带,气候特征与地质板块运动使得稀土元素能以离子形态在风化壳花岗岩中富集,并迁移吸附于高岭石、伊利石、埃洛石等黏土矿物表面,形成轻、重稀土元素分异规律明显且富钇特征显著的中重型稀土矿床。沿矿体垂直方向,稀土元素含量呈上贫中富下贫的分布规律,以全风化层含量最高,矿床类型为浅伏式,采用原地浸矿浸取稀土时注液井深度应尽量控制在全风化层。因稀土矿石比重大、含水率高,因此原地浸矿过程中应适当添加防膨剂以缓解矿物膨胀现象,避免堵塞渗流孔隙;同时矿体渗透性差,矿石粒径分布以粗、细粒为主,溶浸过程极易发生微细粒迁移现象,原地浸矿时应调控浸出剂的流速、浓度、粘度及水力梯度等参数,并添加促渗剂对矿物表面进行润湿,以改善矿物表面的亲水性,从而提高离子型稀土的浸出效率。

关键词：离子型稀土矿战略关键金属地球化学特征吸附特征富集规律

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离子型稀土矿放射性核素迁移及处理研究进展

中国稀土学报 2022年第6期40卷 1007-1020页

作者：蓝桥发张小林牛飞刘东辉孟玉宁郭浩然张骞杨幼明江西理工大学材料冶金化学学部江西赣州341000 国家离子型稀土资源高效开发利用工程技术研究中心江西赣州341000 国家市场监管重点实验室(稀土产品检测与湖源) 江西赣州341000

离子型稀土矿伴生一定量的铀、钍等天然放射性核素。采用原地浸矿工艺提取稀土时,部分放射性核素与稀土元素一同浸出,并随着稀土的冶炼过程富集在多种工序产生的废渣中,使得铀、钍、镭的放射性活度浓度大于1000 Bq·kg^(-1),属于低放射... 详细信息

离子型稀土矿伴生一定量的铀、钍等天然放射性核素。采用原地浸矿工艺提取稀土时,部分放射性核素与稀土元素一同浸出,并随着稀土的冶炼过程富集在多种工序产生的废渣中,使得铀、钍、镭的放射性活度浓度大于1000 Bq·kg^(-1),属于低放射性废渣。随着渣量的不断增加,该类低放射性废渣的安全处置已成为困扰行业发展的难题。本文阐述了中国对放射性辐射环境管理、放射性废物存储及处理要求的发展过程,总结了放射性核素铀、钍、镭在离子型稀土矿冶炼过程中的迁移富集规律,综述了溶剂萃取法、吸附法处理含放射性废水以及废渣资源化、减量化处理等方面的研究进展,分析了离子型稀土矿放射性核素处理存在的问题,最后提出了在放射性核素的源头减量化、废渣资源化、残渣安全化处置等方面的一些技术发展建议。

关键词：离子型稀土矿放射性核素迁移安全处置综合回收

离子型稀土矿粒度、粘土矿物、盐基离子迁移及重金属释放研究及展望

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中国稀土学报 2022年第2期40卷 194-215页

作者：陈陵康陈海霞金雄伟张恋刘金辉柳传毅徐狮吴开兴何书孙涛刘卫明广东石油化工学院理学院广东茂名525000 江西理工大学资源与环境工程学院江西赣州341000 广东石油化工学院石油工程学院广东茂名525000 中国地质大学(北京)水资源与环境学院北京100083 中国瑞林工程技术股份有限公司江西南昌330038 中国水利水电第九工程局有限公司贵州贵阳550081 中铁四院集团广州设计院有限公司广东广州510030

离子型稀土矿自发现以来,由于其稀土配分元素以中重稀土为主、提取工艺简单而在世界上占据重要地位。系统总结了近年来离子型稀土矿粒度分布特征、粘土矿物类型及转化、盐基离子迁移及重金属在表生地球化学作用、原地浸矿及模拟浸矿等... 详细信息

离子型稀土矿自发现以来,由于其稀土配分元素以中重稀土为主、提取工艺简单而在世界上占据重要地位。系统总结了近年来离子型稀土矿粒度分布特征、粘土矿物类型及转化、盐基离子迁移及重金属在表生地球化学作用、原地浸矿及模拟浸矿等不同条件下的释放规律等。结果表明:化学蚀变指数(CIA)、酸雨淋溶、地形地貌及母岩岩性控制了稀土矿粒径的空间分布。X射线衍射(XRD)分析显示离子型稀土矿中粘土矿物主要类型有高岭石、埃洛石等,不同母岩风化形成的粘土矿物在扫描电镜(SEM)图像中呈现较大差异;透射电镜(TEM)扫描表明,粘土矿物出现堆垛晶格条纹、裂隙等,揭示原地浸矿及模拟浸矿作用下粘土矿物发生了含量及类型转化。稀土矿表层土壤中盐基离子含量受风化程度及母岩岩性双重控制,弱酸环境(pH=4.6~5.8)更有利于盐基离子淋溶。原地浸矿促进土壤酸化的加剧,不同层位稀土矿中盐基离子含量呈K^(+)>Na^(+)>Mg^(2+)>Ca^(2+),且在浸矿初期各离子含量大量淋失;模拟浸矿盐基离子的淋溶量随浸矿液pH的降低而增加,随浸矿液浓度的增加而增加,但注液强度降低盐基淋溶量越大,盐基的淋溶呈现一定的滞后效应。区域稀土矿调查及资料分析表明,稀土矿区表土层具重金属高背景值的特点,其来源与母岩风化密切相关。原地浸矿及模拟浸矿均表明,弱酸可溶态及可氧化态重金属随浸矿的持续发生迁移及释放,其迁移能力表现为Pb>Zn>Cu;重金属的迁移释放不是简单的扩散过程,而是由多个扩散机制控制及反应较为复杂的过程。在上述研究的基础上,对未来离子型稀土矿勘查标准、新型可控的池浸工艺及多孔介质稀土矿渗流模型等研究进行了展望,为稀土矿山可持续开发及矿山地质环境保护提供参考依据。

关键词：粒度粘土矿物盐基离子重金属Pb 离子型稀土矿

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离子型稀土矿浸出前后工艺矿物学研究

稀有金属 2019年第1期43卷 92-101页

作者：刘庆生李江霖常晴邱廷省江西理工大学冶金与化学工程学院江西赣州341000 江西理工大学资源与环境工程学院江西赣州341000

为了研究离子型稀土矿浸出前后的工艺矿物学,以柱浸实验为基础,通过X射线衍射仪(XRD),矿物解离分析仪(MLA),傅利叶交换-红外分析仪(FT-IR), X射线荧光分析仪(XPS),扫描电镜(SEM)等多种测量手段对稀土原矿与浸出尾矿的表面组成和结构进... 详细信息

为了研究离子型稀土矿浸出前后的工艺矿物学,以柱浸实验为基础,通过X射线衍射仪(XRD),矿物解离分析仪(MLA),傅利叶交换-红外分析仪(FT-IR), X射线荧光分析仪(XPS),扫描电镜(SEM)等多种测量手段对稀土原矿与浸出尾矿的表面组成和结构进行对比分析。研究结果表明:离子型稀土矿主要由高岭石、钾长石、石英、金云母、褐铁矿等矿物组成,稀土含量仅含0.12%左右;浸出过后Al, RE, Fe, O元素相对含量下降, K, Si元素含量相对上升; Al减少的主要原因是高岭石、褐铁矿、金云母等矿物与浸出剂发生溶解反应造成的,浸出后矿体结构遭到破坏; Fe减少的主要原因是部分氧化铁胶体被溶解以及浸出过后离子型稀土矿中的水合铁离子进入到了溶液中。钾长石、石英等矿物在浸出过程中基本不参与反应;元素N在稀土原矿中主要以有机物的形式存在,浸出后稀土矿中发生了离子交换反应,大量N元素以-NH_2键存在于尾矿中,有机态N大量减少,有机态N的减少会破坏矿体的胶结体结构,使矿体中团聚体的稳定性降低,进而使矿体的整体稳定性下降。Al, Fe等元素随着矿体的部分溶解而进入到溶液中,使浸出液含有杂质。本实验进一步完善了稀土浸出理论,并为稀土浸出以及矿山防护提供了理论依据。

关键词：离子型稀土矿稀土浸出工艺矿物学

离子型稀土矿浸矿场地增值利用技术模式与示范——以脐橙种植为例

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有色金属科学与工程 2023年

作者：郑小俊周步蟾赖志鹏余水静陈明稀有稀土资源开发与利用省部共建协同创新中心江西理工大学资源与环境工程学院江西省矿冶环境污染与控制重点实验室

离子型稀土矿是重要的金属矿产资源，在国际市场上也具有不可或缺的地位。离子型稀土矿山开采的历史遗留问题导致水土流失和土壤功能退化严重。浸矿场地的生态问题限制了离子型稀土的进一步开采以及赣州市经济发展，这一背景要求尽快探... 详细信息

离子型稀土矿是重要的金属矿产资源，在国际市场上也具有不可或缺的地位。离子型稀土矿山开采的历史遗留问题导致水土流失和土壤功能退化严重。浸矿场地的生态问题限制了离子型稀土的进一步开采以及赣州市经济发展，这一背景要求尽快探索出一条可持续的离子型稀土矿山浸矿场地生态修复之路。课题以脐橙种植联合微生物修复为技术思路，通过三年的集成研究与示范，浸矿场地植被覆盖度达到95%，增值效益为5015800 ￥/(km2·a)，形成了集生态功能恢复和土地增值利用为一体的离子型稀土矿废弃地生态修复模式。该模式在实现生态功能恢复的同时，产生的经济效益既可以提高农民收入，又可以为生态修复提供资金保障，实现可持续性的生态修复，为实现赣南地区经济建设目标和环境保护目标提供了技术支撑。

关键词：离子型稀土矿生态功能恢复技术模式可持续性

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离子型稀土矿含量高光谱定量反演研究

光谱学与光谱分析 2019年第5期39卷 1571-1578页

作者：成功李嘉璇王朝鹏胡振光宁庆坤有色金属成矿预测与地质环境检测教育部重点实验室(中南大学) 湖南长沙410083 中南大学地球科学与信息物理学院湖南长沙410083 中铝广西有色崇左稀土开发有限公司广西崇左532299

运用光谱测量技术来测量土壤、矿物、植物的光谱吸收特征,并将其用于物质成分的分析中,是高光谱遥感技术近些年来的一个新的发展方向,具有速度快、效率高、费用低、损耗少的优点。稀土是战略元素,因具有特殊的物理化学性质,在多个领域... 详细信息

运用光谱测量技术来测量土壤、矿物、植物的光谱吸收特征,并将其用于物质成分的分析中,是高光谱遥感技术近些年来的一个新的发展方向,具有速度快、效率高、费用低、损耗少的优点。稀土是战略元素,因具有特殊的物理化学性质,在多个领域都能发挥其独特的作用。近年来对稀土资源需求量的不断增加使得稀土价值不断提高,使得如何快速大面积探测稀土资源,合理对稀土矿进行布设开采成为了当前社会面临解决的重要科学问题。通过对稀土矿物进行光谱采集与分析从而对稀土元素及其化学特征之间的相关性进行研究分析展开了一系列的工作。在研究过程中,实地采集了广西崇左市六汤稀土矿区内的12个稀土矿样,并在实验室控制环境内使用SVC HR1024I便携式地物波谱仪测得其对应的反射光谱数据。对所测得的矿样波谱特征进行了连续统去除处理,并对凸显的特征吸收波段进行相对吸收深度的计算分析,从而运用其波谱特征建立起波谱与矿样稀土总含量、各稀土元素含量间的线性关系。通过实验发现,稀土元素的五个特征吸收波段在可见光和近红外波长分别为370, 950, 1 400, 1 900和2 200 nm。这五个吸收带的强度与总稀土含量呈线性相关,R^2达到0.69,同时发现稀土含量值与可见光波段相关性较大,对可见光波段与样本稀土总含量进行相关分析,提取出部分可见光波段中与稀土总含量建模相关性最强的10个波段,分别为340, 350, 360, 370, 390, 400, 420, 480, 550和760 nm。运用线性回归的方法得到上述波段处的反射率值与样本总稀土含量值的预测模型精度较高,R^2大于0.95。运用可见光波段与15种稀土元素含量值也进行了线性建模,相关系数均可以达到0.89以上,表明各单一稀土元素与可见光波段之间的相关性同样较好。通过研究稀土矿样的光谱特性及化学分析,通过5个稀土特征吸收波段和可见光波段与矿样的稀土总含量、 15种稀土元素含量进行回归建模,得到了矿样稀土含量的定量预测模型,对稀土矿快速定量-半定量评估具有一定参考价值,同时为进行稀土矿物及其元素高光谱遥感信息提取研究提供了科学启发,为最终实现对稀土资源高效开采的基础上,从源头上降低消耗和生产成本,减少对环境的破坏和污染,为促进中重稀土资源的战略开发和使用提供了科学有效的理论依据。

关键词：离子型稀土矿高光谱定量反演线性回归

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离子型稀土矿抗剪强度指标特征及影响因素

矿业研究与开发 2022年第12期42卷 134-140页

作者：叶云雪熊章祥洪本根李洪亮喻勇南昌航空大学土木建筑学院江西南昌330063 江西省智慧建筑工程研究中心江西南昌330063 龙岩市稀土开发有限公司福建龙岩市364000

由于离子型稀土矿通常采用原地浸矿工艺,降低了矿岩的抗剪强度,从而诱发边坡失稳。利用固结不排水试验、不固结不排水试验和快剪试验,研究不同初始干密度、初始含水率和孔隙溶液类型下矿体抗剪强度指标的变化规律。结果表明:当初始含水... 详细信息

由于离子型稀土矿通常采用原地浸矿工艺,降低了矿岩的抗剪强度,从而诱发边坡失稳。利用固结不排水试验、不固结不排水试验和快剪试验,研究不同初始干密度、初始含水率和孔隙溶液类型下矿体抗剪强度指标的变化规律。结果表明:当初始含水率一定时,矿体的黏聚力与初始干密度呈正相关,内摩擦角随初始干密度变化不大;当初始干密度一定时,矿体的黏聚力与初始含水率呈负相关,内摩擦角随初始含水率增加略微增大;在不同初始干密度、含水率影响下Ccu和C′呈良好的线性关系;当初始干密度、含水率一定时,CU试验、UU试验与快剪试验的C、φ值大小关系分别为:Cq>Cuu>Ccu,φcu≈φq。研究结果为离子型稀土在无氨氮或少氨氮开采工艺中矿山边坡的稳定性评价提供一定的理论指导。

关键词：离子型稀土矿干密度含水率孔隙溶液类型抗剪强度

离子型稀土矿浸出过程微细颗粒迁移规律及调控

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有色金属（冶炼部分） 2022年第4期 77-84页

作者：周贺鹏谢帆欣张臻悦李运强郭江凤张永兵罗仙平江西省矿冶环境污染控制重点实验室(江西理工大学) 江西赣州341000 绿色化工过程教育部重点实验室武汉430073 离子型稀土资源开发与应用教育部重点实验室(江西理工大学) 江西赣州341000

离子型稀土矿在浸出过程中浸出剂与矿石表面水合机制较为复杂,颗粒间的桥式胶结因离子吸附交换过程中存在多种作用力与分散作用而容易发生断裂,从而使微细颗粒发生迁移和重新排列,并在孔喉处沉淀,产生堵塞现象,影响离子型稀土的浸出效... 详细信息

离子型稀土矿在浸出过程中浸出剂与矿石表面水合机制较为复杂,颗粒间的桥式胶结因离子吸附交换过程中存在多种作用力与分散作用而容易发生断裂,从而使微细颗粒发生迁移和重新排列,并在孔喉处沉淀,产生堵塞现象,影响离子型稀土的浸出效率。为揭示离子型稀土矿在原地浸出过程中微细颗粒的迁移规律,并找到适宜的调控方法,以龙南足洞离子型稀土矿为研究对象,采用实验室柱式溶浸法,考察了浸出剂质量浓度、黏度、流速、水力梯度、矿体高度及矿体含水率对微细颗粒迁移的影响。结果表明,离子型稀土矿浸出过程微细颗粒的迁移是影响浸出效率的重要因素之一。在外力的作用下,微细颗粒在浸出过程中易随浸出剂发生迁移运动。当调控浸出剂质量浓度低于4%,浸出剂黏度不超过1.5 mPa·s,水力梯度小于0.75,浸出剂流速低于3 mL/min,原矿含水量大于11%时,矿体中微细颗粒迁移率较低,矿体渗透性保持良好,有利于浸出液的渗流和稀土离子的浸取。

关键词：离子型稀土矿微细颗粒迁移规律优化调控