不同价态离子置换过程离子型稀土矿孔隙结构演化机制研究
发布时间：2021-08-18 13:37
离子吸附型稀土矿（RE）是我国特有的一种稀土矿种,主要赋存在高岭土、伊利石等黏土矿物中,可通过化学和生物作用解离出稀土离子。目前稀土的开采通常采用铵盐作为浸取剂,通过原地浸矿技术,稀土矿中的稀土离子被浸矿液更为活泼的阳离子置换出来,最后从收集的稀土母液中提取所需要的稀土资源。一方面,在铵盐原地浸矿过程中,浸矿剂浓度高、浸取时间长,与之相伴的环境问题日益凸显,包括矿区植被破坏、带走原矿土壤中的镁等营养元素、大量废水氨氮超标等,生态系统极难治理和修复;另一方面,由于持续性的注入浸矿液,稀土矿体在饱水条件下极易被破坏,稀土矿体中的稀土离子与浸矿液中的阳离子发生强烈的置换反应,必定会导致矿体内部孔隙结构发生改变;此外,按照等价交换原则,要解吸等量的稀土元素,不同价态的阳离子置换进入矿体的数量存在倍数的差别,在多方面的影响下,对稀土矿体“次生孔隙结构”的演化极有可能产生不同结果,稀土矿体孔隙结构动态演化成为浸矿液良好运移渗透的关键所在。因此,只有对不同价态离子交换过程稀土矿体微观结构进行研究,才能判明不同价态阳离子化学置换过程稀土矿体孔隙结构的动态演化规律及其机制,同时为开发新型绿色环保浸矿液提...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
矿物表面双电层示意图：A-内层(定位离子层)；B-紧密层(Stern层)；C-滑移面；D-扩散层(Guoy层)；0-表面总电位；-斯特恩层的电位；-动电位；-紧密层的厚度
第二章多孔介质微细颗粒运移原理解析12作用诱发稀土矿体中大孔隙数量减少，中、小孔隙数量上升，矿体孔隙结构由大孔隙向中、小孔隙动态演化，随着离子交换结束，孔隙结构再次由中小孔隙向大孔隙动态演化，整个矿体孔隙结构回复到原先状态。浸矿过程中矿体孔隙结构动态的变化正是微细颗粒的吸附解析过程导致的，离子型稀土微细颗粒吸附解析原理如下：采用含有NH4+的NH4Cl溶液浸矿，如图2.1a所示，浸矿开始时，浸矿液中充满了NH4+和Cl-，离子交换作用伴随了溶液中1+价态离子向3+价态离子的转变，浸矿溶液的离子强度增加，如图2.1b所示，试样内部粘土胶体颗粒双电层被压缩，引起胶体颗粒与矿物表面之间的范德华引力和双电层斥力失去平衡，致使矿体中大量微细颗粒沉积在矿物表面，造成孔隙堵塞，使得大尺寸孔隙变为中小尺寸孔隙，随着矿体中离子置换反应的减弱，大量3+价态稀土离子脱离浸矿母体，在浸矿液持续渗流作用下，矿体孔隙中充斥的溶液由3+价态向1+价态转变，溶液离子强度降低，如图2.1c所示，试样内部粘土微细颗粒双电层厚度再次增加，双电层斥力再次占据优势，矿物表面所吸附的大量微细颗粒得到释放，孔隙回复原状，整个矿体孔隙结构出现由中小孔隙向大孔隙转变，因此，稀土矿体浸矿过程的离子交换作用诱发矿体内部微细颗粒的沉积与释放，导致矿体内部孔隙结构动态演化，在一定程度上抑制了浸矿溶液在矿体中的渗流，延缓了浸矿母液的回收速速率。图2.1微细颗粒双电层示意图
第三章离子型稀土浸矿试验及分析方法13第三章离子型稀土浸矿试验及分析方法3.1主要试验材料及仪器装置3.1.1离子吸附型稀土矿原料本文试验使用的稀土矿原料来自于江西龙南某离子型稀土矿。由于风化壳矿体疏松，取样时要开挖除去稀土矿体表面的浮土，尽可能取具有代表性的稀土矿，现场采样示意图如图3.1所示。首先在稀土矿体上开挖较大的粗坯，尺寸约为1m×1m×0.5m，其次沿周边用竹片和钢丝将矿样扎紧，在矿样底部小心掏槽，将薄木板小心插入矿样底部，将矿样取出，利用此法取出多块矿样粗坯后妥善保护运至实验室[82]。获取的原位稀土矿样后，测定其密度、含水率、颗粒级配等物理参数以及稀土元素配分等参数。图3.1现场采样示意图(1)稀土原矿密度和容重试验矿样成微红色，表面形状不规则且极易破裂，根据土工试验方法标准，原状稀土的密度与容重采用蜡封法测定[83]，测定结果如表3.1所示。表3.1稀土原矿密度测量数据表测试次数土块质量(g)封蜡后土块质量(g)排水体积(cm3)封蜡体积(cm3)土块体积(cm3)密度(g·cm-3)平均值(g·cm-3)17.868.595.514.51.741.7529.049.6861.14.91.84326.7928.20173141.91421.8223.30163131.67529.8232.75225171.75
【参考文献】：
期刊论文
[1]浸矿过程中离子吸附型稀土矿力学特性实验研究[J]. 周凌波,王晓军,黄成光,汪豪,卓毓龙,陈刚. 稀土. 2020(01)
[2]温度和pH对多孔介质中悬浮颗粒渗透迁移的影响[J]. 薛传成,王艳,刘干斌,陈航,李轲轲. 岩土工程学报. 2019(11)
[3]基于DLVO理论探究不同因素下土壤胶体迁移堵塞问题[J]. 张凡,张永祥,王祎啸. 山东化工. 2019(13)
[4]离子吸附型稀土找矿及研究新进展[J]. 赵芝,王登红,王成辉,王瑧,邹新勇,冯文杰,周辉,黄新鹏,黄华谷. 地质学报. 2019(06)
[5]高岭-蒙脱混合黏土渗透各向异性模型研究[J]. 徐杰,周建,罗凌晖,余良贵. 岩土力学. 2020(02)
[6]离子型稀土开发面临的问题与绿色提取研究进展[J]. 郭钟群,赵奎,金解放,袁伟,梁晨. 化工进展. 2019(07)
[7]基于核磁共振技术的弱胶结砂岩干湿循环损伤特性研究[J]. 宋勇军,张磊涛,任建喜,陈佳星,车永新,杨慧敏,毕冉. 岩石力学与工程学报. 2019(04)
[8]磨矿对离子相稀土浸出量的影响规律及成因分析[J]. 邓振乡,秦磊,王观石,彭陈亮,罗嗣海,宋晨曦. 矿业研究与开发. 2018(12)
[9]风化壳淋积型稀土矿开发的现状及展望[J]. 池汝安,刘雪梅. 中国稀土学报. 2019(02)
[10]风化壳淋积型稀土矿浸出前后孔隙结构特性[J]. 尹升华,齐炎,谢芳芳,陈勋,王雷鸣,邵亚建. 中国有色金属学报. 2018(10)
博士论文
[1]离子吸附型稀土矿镁盐体系绿色高效浸取技术研究[D]. 肖燕飞.东北大学 2015
硕士论文
[1]浸矿过程中离子型稀土矿体渗透性变化规律的试验研究[D]. 黄群群.江西理工大学 2014
本文编号：3349989
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
矿物表面双电层示意图：A-内层(定位离子层)；B-紧密层(Stern层)；C-滑移面；D-扩散层(Guoy层)；0-表面总电位；-斯特恩层的电位；-动电位；-紧密层的厚度
第二章多孔介质微细颗粒运移原理解析12作用诱发稀土矿体中大孔隙数量减少，中、小孔隙数量上升，矿体孔隙结构由大孔隙向中、小孔隙动态演化，随着离子交换结束，孔隙结构再次由中小孔隙向大孔隙动态演化，整个矿体孔隙结构回复到原先状态。浸矿过程中矿体孔隙结构动态的变化正是微细颗粒的吸附解析过程导致的，离子型稀土微细颗粒吸附解析原理如下：采用含有NH4+的NH4Cl溶液浸矿，如图2.1a所示，浸矿开始时，浸矿液中充满了NH4+和Cl-，离子交换作用伴随了溶液中1+价态离子向3+价态离子的转变，浸矿溶液的离子强度增加，如图2.1b所示，试样内部粘土胶体颗粒双电层被压缩，引起胶体颗粒与矿物表面之间的范德华引力和双电层斥力失去平衡，致使矿体中大量微细颗粒沉积在矿物表面，造成孔隙堵塞，使得大尺寸孔隙变为中小尺寸孔隙，随着矿体中离子置换反应的减弱，大量3+价态稀土离子脱离浸矿母体，在浸矿液持续渗流作用下，矿体孔隙中充斥的溶液由3+价态向1+价态转变，溶液离子强度降低，如图2.1c所示，试样内部粘土微细颗粒双电层厚度再次增加，双电层斥力再次占据优势，矿物表面所吸附的大量微细颗粒得到释放，孔隙回复原状，整个矿体孔隙结构出现由中小孔隙向大孔隙转变，因此，稀土矿体浸矿过程的离子交换作用诱发矿体内部微细颗粒的沉积与释放，导致矿体内部孔隙结构动态演化，在一定程度上抑制了浸矿溶液在矿体中的渗流，延缓了浸矿母液的回收速速率。图2.1微细颗粒双电层示意图
第三章离子型稀土浸矿试验及分析方法13第三章离子型稀土浸矿试验及分析方法3.1主要试验材料及仪器装置3.1.1离子吸附型稀土矿原料本文试验使用的稀土矿原料来自于江西龙南某离子型稀土矿。由于风化壳矿体疏松，取样时要开挖除去稀土矿体表面的浮土，尽可能取具有代表性的稀土矿，现场采样示意图如图3.1所示。首先在稀土矿体上开挖较大的粗坯，尺寸约为1m×1m×0.5m，其次沿周边用竹片和钢丝将矿样扎紧，在矿样底部小心掏槽，将薄木板小心插入矿样底部，将矿样取出，利用此法取出多块矿样粗坯后妥善保护运至实验室[82]。获取的原位稀土矿样后，测定其密度、含水率、颗粒级配等物理参数以及稀土元素配分等参数。图3.1现场采样示意图(1)稀土原矿密度和容重试验矿样成微红色，表面形状不规则且极易破裂，根据土工试验方法标准，原状稀土的密度与容重采用蜡封法测定[83]，测定结果如表3.1所示。表3.1稀土原矿密度测量数据表测试次数土块质量(g)封蜡后土块质量(g)排水体积(cm3)封蜡体积(cm3)土块体积(cm3)密度(g·cm-3)平均值(g·cm-3)17.868.595.514.51.741.7529.049.6861.14.91.84326.7928.20173141.91421.8223.30163131.67529.8232.75225171.75
【参考文献】：
期刊论文
[1]浸矿过程中离子吸附型稀土矿力学特性实验研究[J]. 周凌波,王晓军,黄成光,汪豪,卓毓龙,陈刚. 稀土. 2020(01)
[2]温度和pH对多孔介质中悬浮颗粒渗透迁移的影响[J]. 薛传成,王艳,刘干斌,陈航,李轲轲. 岩土工程学报. 2019(11)
[3]基于DLVO理论探究不同因素下土壤胶体迁移堵塞问题[J]. 张凡,张永祥,王祎啸. 山东化工. 2019(13)
[4]离子吸附型稀土找矿及研究新进展[J]. 赵芝,王登红,王成辉,王瑧,邹新勇,冯文杰,周辉,黄新鹏,黄华谷. 地质学报. 2019(06)
[5]高岭-蒙脱混合黏土渗透各向异性模型研究[J]. 徐杰,周建,罗凌晖,余良贵. 岩土力学. 2020(02)
[6]离子型稀土开发面临的问题与绿色提取研究进展[J]. 郭钟群,赵奎,金解放,袁伟,梁晨. 化工进展. 2019(07)
[7]基于核磁共振技术的弱胶结砂岩干湿循环损伤特性研究[J]. 宋勇军,张磊涛,任建喜,陈佳星,车永新,杨慧敏,毕冉. 岩石力学与工程学报. 2019(04)
[8]磨矿对离子相稀土浸出量的影响规律及成因分析[J]. 邓振乡,秦磊,王观石,彭陈亮,罗嗣海,宋晨曦. 矿业研究与开发. 2018(12)
[9]风化壳淋积型稀土矿开发的现状及展望[J]. 池汝安,刘雪梅. 中国稀土学报. 2019(02)
[10]风化壳淋积型稀土矿浸出前后孔隙结构特性[J]. 尹升华,齐炎,谢芳芳,陈勋,王雷鸣,邵亚建. 中国有色金属学报. 2018(10)
博士论文
[1]离子吸附型稀土矿镁盐体系绿色高效浸取技术研究[D]. 肖燕飞.东北大学 2015
硕士论文
[1]浸矿过程中离子型稀土矿体渗透性变化规律的试验研究[D]. 黄群群.江西理工大学 2014
本文编号：3349989
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