一种评估离子型稀土矿淋洗效率的数值模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种评估离子型稀土矿淋洗效率的数值模拟方法，方法包括：设置矿液输入流量和矿液浓度；基于矿层含水量和矿层土壤的非饱和导水率，通过理查德斯方程构建矿层土壤的基质势函数；进而确定矿层含水量随时间的变化关系；基于矿层含水量随时间的变化关系，通过对流

【技术实现步骤摘要】
一种评估离子型稀土矿淋洗效率的数值模拟方法


[0001]本专利技术涉及离子型稀土矿开采
，尤其是一种评估离子型稀土矿淋洗效率的数值模拟方法
。

技术介绍

[0002]离子吸附型稀土矿床是世界上一种特殊的稀土矿，主要分布在热带与亚热带地区
。
原岩中的稀土矿物，如硅铍钇矿
、
氟碳钙钇矿和氟碳铈矿等，会经过风化解离而形成稀土水合离子或羟基水合离子，随后吸附在风化形成的黏土矿物上，从而形成风化壳淋积型稀土矿，也称为离子吸附型稀土矿
。
离子吸附型稀土矿是重稀土元素的主要来源，重稀土在航空航天以及清洁能源等领域的发展中不可或缺，需求量日益增长
。
目前更多关注点在于借助各种技术提升浸提效率的同时保障环境
。
[0003]但是现有的关于稀土矿淋洗效率的相关技术方案存在如下缺点：
1)
对矿液进入矿层的运动过程表述不清；
2)
对矿液与离子型稀土矿的交换反应原理不够准确；
3)
没有提出离子型稀土矿淋洗效率的有效评估方法
。
产生上述问题的原因，首先在于洗矿工艺是一个复杂的过程，通常在土体下层开展进行，很难直观观察到矿液的迁移过程，因此，也无法得知矿液进入矿层后，在不同时间下，到达什么位置；其次，矿液与离子型稀土元素发生反应，反应位置
、
反应程度
、
反应时间等因素均不清楚，通常借助实际工作经验，给定一个参考标准，不能够对整个洗矿工艺展开精准控制，造成大量的人力
、
物力成本浪费
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术实施例提供一种评估离子型稀土矿淋洗效率的数值模拟方法，能够准确进行评估离子型稀土矿淋洗效率的数值模拟
。
[0005]一方面，本专利技术的实施例提供了一种评估离子型稀土矿淋洗效率的数值模拟方法，包括：
[0006]预设置矿液输入流量和矿液浓度；
[0007]基于矿层含水量和矿层土壤的非饱和导水率，通过理查德斯方程构建矿层土壤的基质势函数；进而确定矿层含水量随时间的变化关系；
[0008]基于矿层含水量随时间的变化关系，通过对流
‑
扩散方程求解扩散系数，进而确定矿液输出流量和稀土元素浓度；
[0009]根据矿液输入流量和矿液浓度，以及矿液输出流量和稀土元素浓度确定稀土矿淋洗效率
。
[0010]可选地，基于矿层含水量和矿层土壤的非饱和导水率，通过理查德斯方程构建矿层土壤的基质势函数，包括：
[0011]基于矿层含水量和矿层土壤的非饱和导水率确定矿液进入矿层的水分一维运动过程，在时间维度和空间维度构建矿层土壤的基质势函数；
[0012]其中，基质势函数的表达式为：
[0013][0014]式中，
θ
表示矿层含水量；
t
表示时间；
K(h)
表示矿层土壤的非饱和导水率；
z
表示垂直坐标
。
[0015]可选地，方法还包括：
[0016]基于饱和体积含水量和残留体积含水量，构建矿层土壤的第一基质势函数，进而确定构建矿层土壤的基质势函数的矿层含水量
。
[0017]可选地，基于饱和体积含水量和残留体积含水量，构建矿层土壤的第一基质势函数，包括：
[0018]基于饱和体积含水量和残留体积含水量，通过
Van Genuchten
模型构建矿层土壤的第一基质势函数；
[0019]其中，第一基质势函数的表达式为：
[0020][0021]式中，
θ
(h)
表示体积含水量的第一基质势函数；
θ
s
表示饱和体积含水量；
θ
r
表示残留体积含水量；
α
，
n
和
m
为经验值
。
[0022]可选地，方法还包括：
[0023]基于饱和导水率和有效饱和度，构建矿层土壤的第二基质势函数，进而确定构建矿层土壤的基质势函数的非饱和导水率
。
[0024]可选地，基于饱和导水率和有效饱和度，构建矿层土壤的第二基质势函数，包括：
[0025]基于饱和导水率和有效饱和度，通过
Mualem
’
s
模型构建矿层土壤的第二基质势函数；
[0026]其中，第二基质势函数的表达式为：
[0027][0028]式中，
K(h)
表示非饱和导水率的第二基质势函数；
K
s
表示饱和导水率；
S
e
表示有效饱和度，
m
为经验值
。
[0029]可选地，方法还包括：
[0030]预设置硫酸铵溶液为稀土矿淋洗的溶液
。
[0031]可选地，矿液采用硫酸铵溶液，预设置矿液浓度，包括：
[0032]预设置硫酸铵溶液的浓度为
1mol/L。
[0033]可选地，通过对流
‑
扩散方程求解扩散系数，进而确定矿液输出流量和稀土元素浓度，包括：
[0034]基于弥散度和孔隙水流速的乘积确定扩散系数；其中，孔隙水流速基于矿液输出流量与矿层含水量的比值确定；
[0035]通过对流
‑
扩散方程的数值求解获得孔隙水流速并确定扩散系数，进而确定矿液输出流量和稀土元素浓度；
[0036]其中，对流
‑
扩散方程的表达式为：
[0037][0038]式中，
θ
表示矿层含水量；
t
表示时间；
z
表示垂直坐标；
D
表示扩散系数；
q
表示矿液输出流量；
C
表示稀土元素浓度
。
[0039]可选地，根据矿液输入流量和矿液浓度，以及矿液输出流量和稀土元素浓度确定稀土矿淋洗效率，包括：
[0040]根据矿液输入流量和矿液浓度的乘积与矿液输出流量和稀土元素浓度的乘积的比值确定稀土矿淋洗效率
。
[0041]本专利技术实施例预设置矿液输入流量和矿液浓度；基于矿层含水量和矿层土壤的非饱和导水率，通过理查德斯
(Richards)
方程构建矿层土壤的基质势函数；进而确定矿层含水量随时间的变化关系；基于矿层含水量随时间的变化关系，通过对流
‑
扩散方程求解扩散系数，进而确定矿液输出流量和稀土元素浓度；根据矿液输入流量和矿液浓度，以及矿液输出流量和稀土元素浓度确定稀土矿淋洗效率
。
本专利技术实施例通过数学方法，借助理查德斯
(Richards)
方程构建的矿层土壤的基质势函数准确清晰描述矿液进入矿层的运动过程，同时通过对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种评估离子型稀土矿淋洗效率的数值模拟方法，其特征在于，包括：预设置矿液输入流量和矿液浓度；基于矿层含水量和矿层土壤的非饱和导水率，通过理查德斯方程构建所述矿层土壤的基质势函数；进而确定矿层含水量随时间的变化关系；基于所述矿层含水量随时间的变化关系，通过对流
‑
扩散方程求解扩散系数，进而确定矿液输出流量和稀土元素浓度；根据所述矿液输入流量和所述矿液浓度，以及所述矿液输出流量和所述稀土元素浓度确定稀土矿淋洗效率
。2.
根据权利要求1所述的一种评估离子型稀土矿淋洗效率的数值模拟方法，其特征在于，所述基于矿层含水量和矿层土壤的非饱和导水率，通过理查德斯方程构建所述矿层土壤的基质势函数，包括：基于矿层含水量和矿层土壤的非饱和导水率确定矿液进入矿层的水分一维运动过程，在时间维度和空间维度构建所述矿层土壤的基质势函数；其中，所述基质势函数的表达式为：式中，
θ
表示矿层含水量；
t
表示时间；
K(h)
表示矿层土壤的非饱和导水率；
z
表示垂直坐标
。3.
根据权利要求1所述的一种评估离子型稀土矿淋洗效率的数值模拟方法，其特征在于，所述方法还包括：基于饱和体积含水量和残留体积含水量，构建矿层土壤的第一基质势函数，进而确定构建矿层土壤的所述基质势函数的所述矿层含水量
。4.
根据权利要求3所述的一种评估离子型稀土矿淋洗效率的数值模拟方法，其特征在于，所述基于饱和体积含水量和残留体积含水量，构建矿层土壤的第一基质势函数，包括：基于饱和体积含水量和残留体积含水量，通过
Van Genuchten
模型构建矿层土壤的第一基质势函数；其中，所述第一基质势函数的表达式为：式中，
θ
(h)
表示体积含水量的第一基质势函数；
θ
s
表示饱和体积含水量；
θ
r
表示残留体积含水量；
α
，
n
和
m
为经验值
。5.
根据权利要求1所述的一种评估离子型稀土矿淋洗效率的数值模拟方法，其特征在于，所述方法还包括：基于饱和导水率和有效饱和度，构建矿层土壤的第二基质势函数，进而确定构建矿层土壤的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨婷，郭敏，汪实，胡启锋，袁少雄，宫清华，王均，陈敬业，
申请(专利权)人：广东省土地调查规划院，
类型：发明
国别省市：