[發明專利]離子型稀土原地浸礦的浸礦劑濃度計算方法

有效

• 申請號: 201810130892.5
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108319791B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 龍平;王觀石;彭陳亮;胡世麗;羅嗣海
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;C22B3/14;C22B59/00;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 贛州凌云專利事務所 36116
• 代理人: 曾上

1.一種離子型稀土原地浸礦的浸礦劑濃度計算方法，其特征是，包括以下步驟：

第一步：確定礦體的離子交換模型，

(1)離子型稀土礦樣的杯浸試驗，進行浸礦劑濃度為1.0g/L～20.0g/L浸取稀土礦樣的杯浸試驗，測試對應浸出液中稀土離子濃度，得到浸礦劑濃度與浸出液中稀土離子濃度的關系曲線；

(2)采用離子交換模型擬合浸礦劑濃度與浸出液中稀土離子濃度的關系曲線，選擇平均相對誤差最小的離子交換模型作為描述浸礦劑浸取稀土礦樣的離子交換模型；

第二步：計算離子交換模型的選擇系數，

以選擇系數作為未知數，采用第一步確定的離子交換模型擬合浸礦劑濃度與浸出液中稀土離子濃度的關系曲線，得到礦樣的離子交換模型的選擇系數；

第三步：測試礦體的平均孔隙流速，

采用原位測試土水特性參數方法測試礦體的飽和滲透系數，礦體的達西流速在數值上等于飽和滲透系數，對現場礦體進行取樣，采用烘干法測試礦體的孔隙率，根據關系式(1)確定現場礦體的平均孔隙流速；

關系式(1)：

u＝v/n (1)，

關系式(1)中：u為平均孔隙流速，v為達西流速，n為孔隙率；

采用關系式(2)確定不同坐標處礦體的水動力彌散系數：

關系式(2)，

D ＝ 0.1z · |u| (2)

關系式(2)中：D為水動力彌散系數，z為垂直坐標，垂直坐標以地表為原點，垂直向下為正，u為平均孔隙流速，|u|為對u取絕對值運算；

第四步：考慮對流-彌散過程計算液相浸礦劑陽離子和液相稀土離子的濃度，

浸礦劑在礦體中運移時，液相浸礦劑陽離子在運移過程中會與吸附在土顆粒表面的稀土離子發生離子交換反應，置換出吸附在礦體土顆粒表面的稀土離子，整個過程既有浸礦劑陽離子和稀土離子的對流-彌散過程，又有浸礦劑陽離子和稀土離子的離子交換過程；先計算對流-彌散過程的浸礦劑陽離子和稀土離子的分布，再計算浸礦劑陽離子與稀土離子的交換量，對流-彌散過程的浸礦劑陽離子和稀土離子分別滿足關系式(3)和關系式(4)；

關系式(3)：

關系式(3)中：為考慮對流-彌散的液相浸礦劑陽離子的濃度，D為水動力彌散系數，u為平均孔隙流速，k為時間節點，k＝0,1,2,…,p-1，p為最大的時間結點，Δt為時間步長，i為坐標節點，i＝1,2,…,q-1，q為最大的z坐標結點，Δz為z坐標步長；

關系式(4)：

關系式(4)中：為考慮對流-彌散的液相稀土離子的濃度，D為水動力彌散系數，u為平均孔隙流速，k為時間節點，k＝0,1,2,…,p-1，p為最大的時間結點，Δt為時間步長，i為z坐標節點，i＝1,2,…,q-1，q為最大的z坐標結點，Δz為z坐標步長；

在初始時刻，礦體中液相浸礦劑陽離子和液相稀土離子的濃度均為0，結合實際注液的邊界條件，根據關系式(3)和關系式(4)，可以得到對流-彌散過程，不同時刻、不同坐標處的液相浸礦劑陽離子和液相稀土離子的濃度；

第五步：考慮離子交換過程計算液相浸礦劑陽離子和液相稀土離子的濃度，

在第四步的基礎上，考慮離子交換過程，發生離子交換后固相浸礦劑陽離子的摩爾數與離子交換前的差值與離子交換后液相稀土離子的摩爾數與交換前差值應滿足當量關系，可以得到關系式(5)；

關系式(5)：

關系式(5)中：k為時間節點，k＝0,1,2,…,p-1，p為最大的時間結點，i為z坐標節點，i＝1,2,…,q-1，q為最大的z坐標結點，和分別為考慮離子交換的固相浸礦劑陽離子和液相稀土離子的濃度，為考慮對流-彌散的液相稀土離子的濃度，將每個坐標節點劃分為一個單元，坐標節點i處的單元稱為單元體i，m_si為單元體i內礦體的質量，V_Li為單元體i內液相的體積，V_Li/m_si＝n/ρ_b/(1-n)，n為孔隙率，ρ_b為礦體土顆粒的密度，M_N和M_R分別為浸礦劑陽離子和稀土離子的摩爾質量；

單元體i內離子交換前后，液相和固相所構成的體系，浸礦劑陽離子和稀土離子應滿足質量守恒，單元體i內，離子交換反應前液相浸礦劑陽離子的質量與固相浸礦劑陽離子的質量之和等于反應后液相浸礦劑陽離子的質量與固相浸礦劑陽離子的質量之和，可以采用關系式(6)表示；

關系式(6)：

關系式(6)中：k為時間節點，k＝0,1,2,…,p-1，p為最大的時間結點，i為坐標節點，i＝1,2,…,q-1，q為最大的z坐標結點，和分別為考慮離子交換的液相浸礦劑陽離子和液相稀土離子的濃度，和分別為考慮對流-彌散的液相浸礦劑陽離子和液相稀土離子的濃度，M_N和M_R分別為浸礦劑陽離子和稀土離子的摩爾質量；

單元體i內，離子交換反應前液相稀土離子的質量與固相稀土離子的質量之和等于反應后液相稀土離子的質量與固相稀土離子的質量之和，可以采用關系式(7)表示；

關系式(7)：

關系式(7)中：k為時間節點，k＝0,1,2,…,p-1，p為最大的時間結點，i為坐標節點，i＝1,2,…,q-1，q為最大的z坐標結點，和分別為考慮離子交換的固相稀土離子和液相稀土離子的濃度，為考慮對流-彌散的液相稀土離子的濃度，將每個坐標節點劃分為一個單元，坐標節點i處的單元稱為單元體i，m_si為單元體i內礦體質量，V_Li為單元體i內液相的體積，V_Li/m_si＝n/ρ_b/(1-n)，n為孔隙率，ρ_b為礦體土顆粒的密度；

初始時刻，礦體中任意坐標的固相稀土離子濃度為浸礦前固相稀土離子濃度，礦體中任意坐標的固相銨根離子濃度為0，在礦體的底端，固相浸礦劑陽離子和固相稀土離子的濃度梯度為0，則固相浸礦劑陽離子和固相稀土離子的邊界條件采用關系式(8)和關系式(9)表示；

關系式(8)：

關系式(8)中：為考慮離子交換的固相浸礦劑陽離子的濃度，L為礦塊的礦體厚度，L通過探礦資料確定，t為時間，z為垂直坐標，垂直坐標以地表為原點，垂直向下為正；

關系式(9)：

關系式(9)中：為考慮離子交換的固相稀土離子的濃度，為初始時刻固相稀土離子的濃度，L為礦塊的礦體厚度，和L通過探礦資料確定，t為時間，z為垂直坐標，垂直坐標以地表為原點，垂直向下為正；

當k＝0，i＝1時，由邊界條件和關系式(3)和關系式(4)得到和由關系式(8)和關系式(9)可知，等于0，等于在已知選擇系數、和情況下，把關系式(5)、關系式(6)和關系式(7)代入離子交換模型中，可以得到關于的非線性方程組，解該非線性方程組，計算出把得到的代入關系式(5)、關系式(6)和關系式(7)中，分別可以計算出修正后的和當k＝0，i＝2時，結合邊界條件，同樣的，也可以計算出和以此類推，可計算出任意時刻、任意位置的和

第六步：計算浸礦劑的濃度，

在第一步、第二步和第三步確定基本參數的基礎上，根據第四步和第五步的方法，先給定浸礦劑濃度初值，可以計算出稀土離子的穿透曲線，根據稀土離子的穿透曲線，計算這種浸礦劑濃度對應的稀土浸取率，改變浸礦劑濃度，可以得到不同浸礦劑濃度與稀土浸取率的關系圖，設定目標浸取率，當計算浸取率大于目標浸取率時，由此確定浸礦劑濃度。