CN106442260B - 一种测量稀土浸矿过程中渗透系数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量稀土浸矿过程中渗透系数的方法，准备浸矿容器，将现场取得的稀土试样装入浸矿容器进行饱和，浸矿前将标准浸矿液取一定量测试其pH值，作为标准pH值；每隔0.5～1小时，用胶头滴管将量筒内浸出的溶液取一滴至pH试纸，测试量筒内浸出的溶液酸碱度，并与标准pH值比较；打开控制旋钮开始浸矿，此后每隔0.5～1小时记录单位时间内的Δh和Q，并测试浸出液pH值；根据公式K＝(Q*L)/(A*Δh*t)计算出此时的渗透系数。本发明提出了实用有效的技术方案并获得离子型稀土浸矿过程渗透系数的真实情况。

Description

一种测量稀土浸矿过程中渗透系数的方法

技术领域

本发明属于稀土处理技术领域，尤其涉及一种测量稀土浸矿过程中渗透系数的方法。

背景技术

离子吸附型稀土矿是世界罕见的宝贵矿种，离子型稀土资源赋存于浅地表的强风化岩层中，近年来推广应用离子型稀土原地浸析采矿法回收资源，该方法主要利用浸矿溶液在矿体渗流过程中的化学置换反应回收稀土阳离子，因此浸矿液在矿体中的渗流规律决定了离子型稀土矿体的回收率，而渗透系数是表征渗流过程的重要参数，但目前所采用的渗透系数测定方法未考虑到化学置换反应这一渗透过程中的重要过程，也不能表征稀土浸矿过程中渗透系数的变化规律。

因此，本发明主要针对离子型稀土浸矿过程中溶液渗流离子交换作用，发明一种适用于离子型稀土浸矿渗流过程的渗透系数测定方法。解决的技术问题有：

(1)测定化学置换反应过程中的渗透系数

在离子型稀土浸矿过程中，随着化学置换反应的进行，由于强烈的离子交换作用，稀土矿体的孔隙结构发生变化，诱发内部渗流通道及渗流孔径改变，其渗透系数一定会发生变化，因此，离子型稀土浸矿过程渗透系数是随着浸矿时间在逐步发生变化，属于变值。

(2)发现浸矿渗流过程对渗透系数的影响

浸矿液在离子型稀土中渗透流动是一个动态的过程，在梯度压力作用下，浸矿液不断流动，诱发渗流通道发生变化，由于浸矿液的流动回收是一个循环过程，在整个流动过程中其孔隙结构是否会发生改变，能否诱发渗透系数发生变化，都依赖于浸矿渗流过程渗透系数的测定，因此通过本发明判明离子型稀土液体渗流过程对渗透系数变化的影响。

对于离子型稀土，85％以上的稀土元素以离子相的形式赋存于强风化的花岗岩层中，属于无粘性砂土层，目前在实验室主要采用常水头试验法测定其渗透系数，其过程利用达西渗透定律，通过70型渗透仪完成试验，试验过程首先使试样达到饱和状态，通过记录单位时间内流过渗透横截面液体的流量(Q/t)和水头高差Δh，根据达西定律计算得到渗透系数K。但该方法不适用于离子型稀土浸矿过程矿体渗透系数的测试，工程应用中利用常水头法测试得到的浸矿过程稀土矿体渗透系数误差极大，不能真实反映矿体渗透的实际情况，主要原因如下：

(1)常水头试验法不能实现渗流过程测试

常水头试验法对试样实施饱和，待水位线、测压管和调节管水位相平齐后，下方调节管，产生水头压力差Δh，当压力差Δh不变后，测试单位时间内的流量Q，计算得到渗透系数K，此时测得的渗透系数指的是稀土矿体的原始渗透系数，但稀土浸矿过程需要浸矿液体不断地渗入渗出，液体在土体中处于长期流动的过程，现有的常水头试验法无法实现浸矿液体在矿体中的不断流动渗入渗出过程。所以也就无法实现渗流过程渗透系数的测试。

(2)常水头试验法无法获得不断变化的渗透系数

利用常水头试验方法测试得到的是固定的原始渗透系数，但液体的不断渗流对孔隙结构产生了影响，进而影响了稀土矿体的渗透率，所以渗透系数在整个稀土浸矿过程中是个不断变化的值，而非定值。而现有的常水头试验法属于单次测试，不能测试不断变化的渗透系数。

(3)常水头试验法无法测试化学反应过程的渗透系数

常水头试验法常采用水作为液体测试渗透系数，整个试验过程不涉及任何化学反应，所测得的结果也是水在土体中的渗透系数，但稀土浸矿属于强烈的离子交换过程，化学置换反应贯穿全部过程，相关基础研究认为离子交换会破坏颗粒之间的结构链，导致颗粒重组，影响微观孔隙结构。而孔隙结构又是主要的渗流通道，所以化学反应一定会影响渗透系数，但化学反应过程渗透系数测定目前还没有相关的方法。

因此，稀土原地浸矿过程涉及到液体流动渗透和化学置换反应两个主要过程，两种过程耦合作用下，稀土矿体的微观结构在不断改变，其渗透系数也在不断发生变化。

综上所述，目前常采用的常水头试验法不能实现渗流过程测试、无法获得不断变化的渗透系数、无法测试化学反应过程的渗透系数和无法测得稀土原地浸矿过程中的渗透系数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量稀土浸矿过程中渗透系数的方法，旨在解决目前常采用的常水头试验法不能实现渗流过程测试、无法获得不断变化的渗透系数、无法测试化学反应过程的渗透系数和无法测得稀土原地浸矿过程中的渗透系数的问题。

本发明是这样实现的，一种测量稀土浸矿过程中渗透系数的方法，该测量稀土浸矿过程中渗透系数的方法包括以下步骤：

准备浸矿容器，选取透明防腐玻璃圆柱形容器为浸矿容器；

将现场取得的稀土试样装入浸矿容器进行饱和；试样保持一定高度，将注液池中的浸矿溶液通过导流滴管通过调节管上旋钮调节导流速度，使得浸矿液面始终保持一定高度，高于此高度后通过两侧溢流圆孔溢出；同时将左侧底部排液管抬高一定高度，使得排液口的高度与测液管底部保持齐平；浸矿液通过稀土矿体开始浸矿，浸矿后的液体通过过滤网和滤纸流入下部的积液区，并通过排液管排入量筒；

浸矿前将标准浸矿液取一定量测试其pH值，作为标准pH值；每隔1小时，用胶头滴管将量筒内浸出的溶液取一滴至pH试纸，测试量筒内浸出的溶液酸碱度，并与标准pH值比较；

准备工作完成后，打开控制旋钮开始浸矿，化学置换反应随即开始，记录测液管与浸矿液面的高差Δh和排液管流量Q，根据公式K＝(Q*L)/(A*Δh*t)计算初始渗透系数；后续整个浸矿排液过程保持排液管持续畅通；当排液管有液体流出后，测试其pH值；此后每隔1小时记录单位时间内的Δh和Q，并测试浸出液pH值；根据公式K＝(Q*L)/(A*Δh*t)计算出此时的渗透系数；

随着测试时间增长，当pH值接近浸矿液标准pH值时，化学反应结束；然后持续浸矿5～6小时，根据公式K＝(Q*L)/(A*Δh*t)同样计算当前渗透系数。

进一步，所述试样保持一定高度为80mm；所述浸矿液面始终保持一定高度为20mm。

本发明另一目的在于提供一种浸矿容器，该浸矿容器设置有圆柱形容器体；所述圆柱形容器体上部两侧开有溢流圆孔；所述圆柱形容器体底部安装有垫块，所述垫块上方安装有超薄致密不锈钢金属网和滤纸；所述超薄致密不锈钢金属网和滤纸上部填充有稀土试样层；

所述圆柱形容器体左侧底部设置有排液管；所述排液管连接位于圆柱形容器体一侧的量筒；所述圆柱形容器体右侧距底部设置有测液管；

所述圆柱形容器体上部联通有导流滴管；所述导流滴管上安装有控制旋钮。

进一步，所述圆柱形容器体直径40mm，高度160mm；所述溢流圆孔距圆柱形容器体底部150mm；所述溢流圆孔直径为5mm；所述垫块采用圆筒状防腐钢化玻璃并且高度为50mm。

进一步，所述测液管高于超薄致密不锈钢金属网和滤纸20mm；所述测液管管壁标有刻度。

进一步，所述量筒内安装有pH值测试装置。

本发明主要针对离子型稀土浸矿过程中溶液渗流离子交换作用，发明了一种适用于离子型稀土浸矿渗流过程的渗透系数测定方法，本发明测定了化学置换反应过程中的渗透系数：在离子型稀土浸矿过程中，随着化学置换反应的进行，由于强烈的离子交换作用，稀土矿体的孔隙结构发生变化，诱发内部渗流通道及渗流孔径改变，其渗透系数一定会发生变化，因此，离子型稀土浸矿过程渗透系数是随着浸矿时间在逐步发生变化，属于变值。本发明主要立足于这一点，通过本发明的测试方法得到浸矿过程中不同的渗透系数值，从而判别出渗透系数的变化规律。

本发明判明了浸矿渗流过程对渗透系数的影响：浸矿液在离子型稀土中渗透流动是一个动态的过程，在梯度压力作用下，浸矿液不断流动，诱发渗流通道发生变化，由于浸矿液的流动回收是一个循环过程，在整个流动过程中其孔隙结构是否会发生改变，能否诱发渗透系数发生变化，都依赖于浸矿渗流过程渗透系数的测定，因此通过本发明判明出了离子型稀土液体渗流过程对渗透系数变化的影响。

本发明主要针对现有方法的技术缺点，提出了实用有效的技术方案并获得离子型稀土浸矿过程渗透系数的真实情况。

附图说明

图1是本发明实施例提供的测量稀土浸矿过程中渗透系数的方法流程图。

图2是本发明实施例提供的浸矿容器示意图；

图3是本发明实施例提供的pH值测试装置连接示意图；

图4是本发明实际试验结果图。

图中：1、导流滴管；2、溢流圆孔；3、稀土试样层；4、排液管；5、量筒；6、测液管；7、超薄致密不锈钢金属网和滤纸；8、垫块；9、刻度；10、控制旋钮；11、pH值测试装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示：本发明实施例提供的测量稀土浸矿过程中渗透系数的方法，包括以下步骤：

S101：准备浸矿容器，选取透明防腐玻璃圆柱形容器为浸矿容器；

S102：将现场取得的稀土试样装入浸矿容器进行饱和；试样保持一定高度，将注液池中的浸矿溶液通过导流滴管通过调节管上旋钮调节导流速度，使得浸矿液面始终保持一定高度，高于此高度后通过两侧溢流圆孔溢出；同时将左侧底部排液管抬高一定高度，使得排液口的高度与测液管底部保持齐平；浸矿液通过稀土矿体开始浸矿，浸矿后的液体通过过滤网和滤纸流入下部的积液区，并通过排液管排入量筒；

S103：浸矿前将标准浸矿液取一定量测试其pH值，作为标准pH值；每隔1小时，用胶头滴管将量筒内浸出的溶液取一滴至pH试纸，测试量筒内浸出的溶液酸碱度，并与标准pH值比较；

S104：准备工作完成后，打开控制旋钮开始浸矿，化学置换反应随即开始，记录测液管与浸矿液面的高差Δh和排液管流量Q，根据公式K＝(Q*L)/(A*Δh*t)计算初始渗透系数；后续整个浸矿排液过程保持排液管持续畅通；当排液管有液体流出后，测试其pH值；此后每隔1小时记录单位时间内的Δh和Q，并测试浸出液pH值；根据公式K＝(Q*L)/(A*Δh*t)计算出此时的渗透系数；

S105：随着测试时间增长，当pH值接近浸矿液标准pH值时，化学反应结束；然后持续浸矿5小时，根据公式K＝(Q*L)/(A*Δh*t)同样计算当前渗透系数。

所述试样保持一定高度为80mm；所述浸矿液面始终保持一定高度为20mm。

如图2所示：本发明实施例提供的浸矿容器，采用圆柱形容器，材质为透明防腐玻璃，直径40mm，高度160mm，在距底部150mm高度处两边对开一直径为5mm的溢流圆孔2，底部垫块8高度为50mm，垫块采用圆筒状防腐钢化玻璃。垫块上方为超薄致密不锈钢金属网和滤纸7，上部浸矿液导流滴管1联通浸矿液容器。左侧底部设置排液管4一根，管径尺寸5mm。右侧距底部不锈钢网20mm处留测液管6一根，管径尺寸为5mm，管壁标有刻度9，刻度最上方与注液面平齐。

所述超薄致密不锈钢金属网和滤纸上部填充有稀土试样层3。

所述圆柱形容器体左侧底部设置有排液管4；所述排液管连接位于圆柱形容器体一侧的量筒5。

所述圆柱形容器体上部联通有导流滴管1；所述导流滴管上安装有控制旋钮10。

如图3所示：所述量筒5内安装有pH值测试装置11。

下面结合浸矿过程对本发明的工作原理进一步说明。

将现场取得的稀土试样装入浸矿容器并饱和，试样高度L保持80mm，将注液池中的浸矿溶液通过导流滴管1通过调节管上旋钮10调节导流速度，使得浸矿液面始终保持高度为20mm，高于20mm后通过两侧溢流圆孔溢出。同时将左侧底部排液管抬高一定高度，使得排液口的高度与测液管底部保持齐平，浸矿液通过稀土矿体开始浸矿，浸矿后的液体通过过滤网和滤纸7流入下部的积液区，并通过排液管4排入量筒5。

浸矿前将标准浸矿液取一定量测试其pH值，作为标准pH值，每隔1小时，用胶头滴管将量筒内浸出的溶液取一滴至pH试纸，测试其酸碱度，并与标准pH值比较，以此表示浸矿化学反应过程。

准备工作就绪后，打开控制旋钮10开始浸矿，化学置换反应随即开始，记录测液管与注液液面的高差Δh和排液管流量Q，根据公式K＝(Q*L)/(A*Δh*t)计算初始渗透系数。后续整个浸矿排液过程保持排液管持续畅通，实现浸矿液在矿体中不断渗流，当排液管有液体流出后，测试其pH值，此后每隔1小时记录单位时间内的Δh和Q，并测试浸出液pH值。根据以下公式计算出渗透系数，该系数则为化学置换过程的渗透系数，属于变化值。

随着测试时间增长，当pH值接近浸矿液标准pH值时，证明化学反应结束，然后持续浸矿5～6小时，根据第4步计算方法，同样计算渗透系数，由于该阶段并没有化学反应发生，所以该系数为纯渗流过程渗透系数，也属于变化值。

如图4所示：实际试验对比了化学反应阶段清水和硫酸铵溶液浸矿的渗透性变化。试验结果表明离子型稀土浸矿过程渗透系数是随着浸矿时间在逐步发生变化，属于变值，本试验方法适用测试变化的渗透系数。

本发明主要针对现有方法的技术缺点，提出了实用有效的技术方案并获得离子型稀土浸矿过程渗透系数的真实情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种测量稀土浸矿过程中渗透系数的方法，其特征在于，该测量稀土浸矿过程中渗透系数的方法包括以下步骤：

将现场取得的稀土试样装入浸矿容器进行饱和；试样保持一定高度，将注液池中的浸矿溶液通过导流滴管通过调节管上旋钮调节导流速度，使得浸矿液面始终保持一定高度，高于此高度后通过两侧溢流圆孔溢出；同时将左侧底部排液管抬高一定高度，使得排液口的高度与测液管底部保持齐平；浸矿液通过稀土矿体开始浸矿，浸矿后的液体通过过滤网和滤纸流入下部的积液区，并通过排液管排入量筒；

浸矿前将标准浸矿液取一定量测试其pH值，作为标准pH值；每隔0.5～1小时，用胶头滴管将量筒内浸出的溶液取一滴至pH试纸，测试量筒内浸出的溶液酸碱度，并与标准pH值比较；

准备工作完成后，打开控制旋钮开始浸矿，化学置换反应随即开始，记录测液管与浸矿液面的高差Δh和排液管流量Q，根据公式K＝(Q*L)/(A*Δh*t)计算初始渗透系数；后续整个浸矿排液过程保持排液管持续畅通；当排液管有液体流出后，测试其pH值；此后每隔0.5小时～1小时记录单位时间内的Δh和Q，并测试浸出液pH值；根据公式K＝(Q*L)/(A*Δh*t)计算出此时的渗透系数；

所述测量稀土浸矿过程中渗透系数的方法还包括：随着测试时间增长，当pH值接近浸矿液标准pH值时，化学反应结束；然后持续浸矿5小时～6小时，根据公式K＝(Q*L)/(A*Δh*t)同样计算当前渗透系数；

所述将现场取得的稀土试样装入浸矿容器进行饱和前需进行准备浸矿容器，选取透明防腐玻璃圆柱形容器为浸矿容器；

所述的测量稀土浸矿过程中渗透系数的方法的浸矿容器设置有圆柱形容器体；所述圆柱形容器体上部两侧开有溢流圆孔；所述圆柱形容器体底部安装有垫块，所述垫块上方安装有超薄致密不锈钢金属网和滤纸；所述超薄致密不锈钢金属网和滤纸上部填充有稀土试样层；

所述圆柱形容器体左侧底部设置有排液管；所述排液管连接位于圆柱形容器体一侧的量筒；所述圆柱形容器体右侧距底部设置有测液管；

所述圆柱形容器体上部联通有导流滴管；所述导流滴管上安装有控制旋钮。

2.如权利要求1所述的测量稀土浸矿过程中渗透系数的方法，其特征在于，所述试样保持一定高度为80mm；所述浸矿液面始终保持一定高度为20mm。

3.如权利要求1所述的测量稀土浸矿过程中渗透系数的方法，其特征在于，所述圆柱形容器体直径40mm，高度160mm；所述溢流圆孔距圆柱形容器体底部150mm；所述溢流圆孔直径为5mm；所述垫块采用圆筒状防腐钢化玻璃并且高度为50mm。

4.如权利要求1所述的测量稀土浸矿过程中渗透系数的方法，其特征在于，所述测液管高于超薄致密不锈钢金属网和滤纸20mm；所述测液管管壁标有刻度。

5.如权利要求1所述的测量稀土浸矿过程中渗透系数的方法，其特征在于，所述量筒内安装有pH值测试装置。