压力梯度和孔隙比对离子型稀土柱浸过程的影响

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稀土元素在多个领域得到多方面的应用,有很高的经济价值,因此各国对稀土资源越来越重视,而离子吸附型稀土富含中重稀土,因此也被列为我国宝贵的战略性矿产资源。目前许多的学者针对现有的原地浸矿工艺做了各种的研究,并有了许多的成果。但是,目前稀土的浸矿技术依然存在各种问题如浸矿周期长等。针对原地浸矿工艺浸矿周期长问题,通过试验、理论和数值模拟相结合的方法展开一系列的研究。通过离子型稀土矿平衡浸矿试验,研究了硫酸铝浓度对稀土离子浸出效果的影响,确定了衡量离子交换反应程度的参数Kerr模型选择系数;通过柱浸试验,设置了不同压力梯度的硫酸铝溶液和不同孔隙比的矿样,探究压力梯度和孔隙比对离子吸附型稀土浸出效果的影响规律,得到以下几点研究结果:(1)进行了以硫酸铝为浸取剂的平衡浸矿试验,确定了可逆反应Kerr模型的平衡离子交换选择系数。分别采用浓度为1g/L-10g/L的五组硫酸铝进行浸矿试验,由试验结果可知,当硫酸铝浓度小于8g/L时,随着硫酸铝浓度的增加,溶液中稀土离子浓度也增加,当硫酸铝浓度超过8g/L时,溶液中稀土离子浓度变化幅度明显变小。并采用Kerr模型分析试验结果,得到Kerr模型的平衡离子交换选择系数为0.4876。(2)开展了不同压力梯度下的硫酸铝溶液柱浸试验,发现压力梯度越大,渗流流量越大,浸矿周期越短。不同的压力梯度下稀土离子浓度均在出液量30m L-40m L左右达到浓度峰值,说明了柱浸过程中浓度的峰值只和进入矿柱的浸取剂多少有关。(3)选择不同孔隙比的稀土矿样进行硫酸铝柱浸试验,结果表明发现孔隙比越大,渗流流量越大,浸矿周期越短。不同孔隙比对于稀土离子浸出浓度峰值的出现的时间有影响,但对于浓度峰值的大小影响较小。根据不同条件下稀土浸出率曲线,得出结论,一定范围内加速渗流运动,能减少稀土浸矿周期,且不会影响稀土浸出率。(4)通过COMSOL软件建立稀土柱浸的数值模型,研究压力梯度和孔隙比对柱浸过程中浸取剂浓度和稀土浓度的影响。结果显示,压力能促进浸矿剂在矿柱中的渗流运动。压力梯度越大,出液时间的越早,稀土浓度峰值也越早到来。而孔隙比的增大同样能加强矿柱中的渗流运动,达到减少浸矿周期的目的。通过模拟计算为该柱浸模拟选择了一个合适的压力,来减少浸矿周期。
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