新型稀土堆体浸矿优势渗流通道形成机理及封堵方法研究.pdf

摘要

摘要

为解决传统稀土堆浸工艺堆体顶部注液造成堆浸场植被修复难的问题，创造

性地提出了一种适应植被修复的新型稀土堆浸技术。采用这种新型堆浸技术时，

稀土矿逐级水平堆置，浸矿液从稀土堆体端部横向注入堆体中，这为稀土堆体顶

部的植被修复预留了空间，从而可以实现稀土浸取与堆浸场植被修复同步，减小

堆浸场的生态破坏。稀土堆浸过程中一个重要问题是堆体中易形成优势渗流通道，

这将对堆体的浸出效率和堆体的稳定性造成不利影响。因此，研究新型稀土堆体

浸矿优势渗流通道的形成机理及其封堵方法对于新型稀土堆浸技术的推广应用

具有重要意义。

本文针对新型稀土堆浸技术的横向注液方案，采用室内模型试验和数值模拟

相结合的方法，研究了横向注液条件下离子吸附型稀土堆体优势渗流通道的形成

机理，分析了横向注液条件下优势渗流通道的形成及分布对稀土堆体浸取效率的

影响；提出并分析了采用稀土细颗粒封堵稀土堆体优势渗流通道的方法。主要取

得如下研究成果：

(1)开展小型室内试验，揭示了横向注液过程中优势渗流通道的形成。研究

结果表明：横向注液条件下，离子吸附型稀土堆体内的细颗粒向远离注液端及堆

体下部移动，细颗粒的迁移导致局部位置的粗颗粒骨架之间缺少细颗粒的填充，

从而形成优势渗流通道；优势渗流通道主要出现在堆体下部靠注液端的位置，即

水头压力大的位置，优势渗流通道的出现导致堆体下部的渗流速度明显快于堆体

上部的渗流速度。

(2)采用室内模型试验研究了横向注液条件下离子吸附型稀土堆体的颗粒

运移规律及其渗透特性，分析了稀土颗粒不同粒径组合对堆体渗透性的影响。研

究结果表明：随着浸矿液注液压力的逐渐增加，稀土细颗粒的运动过程分为稳定、

启动运移、沉积、再运移四个阶段，造成稀土的渗透系数呈现出稳定、逐渐增大、

再稳定和再次增大的变化过程，稀土细颗粒的迁移和渗出导致堆体内稀土的渗透

系数呈现出“两端大、中间小”的空间分布不均匀性；不同粒径的稀土颗粒组合

对横向注液条件下离子吸附型稀土堆体的渗透性具有显著的影响，粗-细颗粒组

合情况下细颗粒易发生迁移且难以沉积，易形成优势渗流通道，细-中颗粒组合

情况下细颗粒的迁移程度较低，渗透系数随进液水头的增加变化较为缓慢。

(3)采用基于双渗透模型的COMSOL数值模拟方法，研究了优势渗流通道

存在条件下稀土堆体内浸矿液的渗流特征，分析了优势渗流通道的形成及分布对

堆体浸取效率的影响。研究结果表明：优势渗流通道发育区域、发育角度以及优

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摘要

势渗流通道占比对堆体内浸矿液的渗流特性及堆体浸取效率影响较大，而基质域

与优先流域的转换程度对其影响较小，优势渗流通道的存在加快了浸矿液向堆体

底部的移动以及发育区域内湿润锋的前移速度，使得堆体顶部的区域的饱和度增

加速度放缓，以至于难以完全饱和；当考虑优势渗流通道在堆体内部完全发育情

况下，浸取面积减小最多；当优势渗流通道发育角度为45°时，优先流域向基质

域的水交换程度最强，浸取效率降低最多，降低了28.09%；随着优势渗流通道

占比的增加，水交换发生的时间提前，浸取效率降低；随着基质域与优先流域转

换系数的增加，优先流域向基质域的水交换程度增强，但对浸取效率影响较小。

(4)针对横向注液条件下离子吸附型稀土堆体内优势渗流通道的形成机理，

提出了向优势渗流通道内注入细颗粒浆液的封堵方法，并开展相应的模型试验对

其进行了验证。研究结果表明：封堵浆液中稀土颗粒的粒径越小，浆液稳定性越

好，颗粒越不容易沉积，使用0.15mm的稀土颗粒作为封堵材料进行封堵是有效

的，有效封堵区主要分布在浸矿液注入端附近；随着封堵浆液细颗粒质量占比的

增加，封堵区的形成时间和位置将前移，封堵后堆体的渗流流量降低，其中采用

稀土颗粒质量占比为30%和40%的浆液进行封堵时，封堵后的渗流流量最小。

关键词：离子型稀土；堆浸；优势渗流通道；颗粒运移；封堵

II

ABSTRACT

ABSTRAC