低场核磁共振技术研究离子型稀土浸矿过程矿样内部微观孔隙结构的演化规律

为了探测离子型稀土浸矿过程中孔隙结构的演化特征，分析离子交换渗流作用对矿体微观结构的影响机理，设计了重塑稀土试样饱和浸矿试验。

借助于低场核磁共振检测和成像技术，得到了H2O和(NH4)2SO4两种溶液浸矿过程的孔隙结构T2图谱，反演重构了孔隙结构分布图像。

对比分析试验结果表明：浸矿过程对稀土矿体微观结构产生影响的因素包括溶液渗流和离子交换两个方面，双重作用下决定孔隙结构分布的主要因素是离子交换作用；

单纯溶液渗流导致孔隙尺寸增大，孔隙结构由中小孔隙向大孔隙过渡，离子交换引起颗粒移动重组，导致孔隙尺寸减小，孔隙结构由松散向密实过渡；

整个浸矿过程，离子交换作用沿渗流方向层状推进，化学置换和物理渗流交替影响矿体微观结构。

部分实验结果

核磁共振T2图谱分析

图3 纯水浸矿阶段（第一阶段）

图4 纯水与硫酸铵过渡阶段（第二阶段）

图5 硫酸铵浸矿阶段（第三阶段）

核磁共振成像分析

有大量文献显示，早期水泥浆体孔结构是由不同大小水泥颗粒，不同尺寸水化产物（包括钙矾石、氢氧化钙、C-S-H凝胶等）以及不同尺度的孔组成，这些情形满足分形理论中所定义的类分形体的特征，因此，本研究基于分形理论，对不同水灰比的早期水泥浆体的孔隙结构进行了探究，结果发现水泥浆体的孔结构存在分形特征，且分形的维数存在尺度相关性，即在不同T2区段存在不同的分形维数，具体如下图所示。

图6 试样剖切图像重构

图7 纯水浸矿孔隙结构反演图像

图8 硫酸铵溶液浸矿孔隙结构反演图像

1.浸矿过程中，稀土矿体内部微观孔隙结构受控于溶液渗流和离子交换两个过程的耦合影响，其中溶液渗流诱发矿体内部孔隙增多，孔径增大，微观结构趋于松散。而离子交换引起颗粒移动重组，导致孔径变小，孔隙数量减少，微观结构趋于紧密。

2.浸矿过程的离子交换反应在矿体中随溶液渗流逐层向下进行，符合渗流理论的层流规律。离子交换入渗双重作用下，对矿体微观结构产生主要影响的是离子交换的化学作用，而非渗流产生的物理作用。总体来说，离子型稀土浸矿化学置换反应对矿体微观结构具有一定的修复作用。