目前，依靠工程经验确定离子型稀土矿的原地浸矿工艺参数，易造成大量硫酸铵残留在浸矿场，引发矿区及其流域氨氮严重超标。通过优化注液参数，减少浸矿剂用量进而减少浸矿剂残留量，是解决原地浸矿引发环境污染问题的最直接的有效手段。离子型稀土矿浸出过程实质为非饱和溶质运移过程，采用Richards方程描述水在矿土中的渗流过程，提出矿土水力性质和溶质运移参数的测试方法；建立离子型稀土矿浸出过程的竞争离子交换模型，采用顺序非迭代法求解溶质运移方程；构建离子型稀土矿浸出过程的数值模拟方法，研究注液参数对原地浸出溶质运移的影响规律。得到以下结论：
　　(1)针对水力性质中土水特征曲线和非饱和渗透系数难以同时测试的问题，基于非饱和渗流的含水率变化，提出了测试水力性质的LM反分析法、实测边界法和两步注水法。与Hydrus反分析法相比，提出的方法均具有计算精度高和适定性好的特点。与LM反分析法相比，实测边界法和两步注水法由于不需要假设边界条件，适用范围更广。实测边界法得到土水特征曲线的反分析结果的决定系数均在0.9470以上，两步注水法丰富了低含水率区的信息，将土水特征曲线的反分析结果的决定系数提升至0.9980。
　　(2)针对现阶段通过离子穿透曲线反分析测试溶质运移参数，难以事先估算离子穿透曲线的问题，提出了基于土水特征曲线测试溶质运移参数的方法。讨论了水动力弥散系数与矿层厚度的关系，结果发现水动力弥散系数与矿层厚度呈线性关系，结合现有研究成果，验证了方法的合理性。
　　(3)针对离子型稀土矿浸出过程中存在的多组分竞争交换问题，基于室内批试验数据，建立了铵离子交换单一离子的双参数模型，以及铝离子和稀土离子竞争交换的数学模型。与Kerr模型对比，提出的双参数模型的计算误差降低了3.00%。在双参数模型的基础上推导了铝离子和稀土离子竞争交换的数学模型，采用竞争离子交换模型分析试验数据，结果发现，铵离子交换稀土离子和交换铝离子的计算误差分别低于12.00%和20.00%，满足工程误差要求。
　　(4)针对现有数值方法解对流为主的对流-弥散方程会出现振荡和弥散的问题，提出了顺序非迭代解法，较好的解决了振荡和弥散的问题。把水力性质、溶质运移参数和竞争交换的数学模型代入非饱和溶质运移方程中，结合顺序非迭代法，建立了离子型稀土矿浸出过程的数值模拟方法。采用建立的数值模拟方法分析室内柱浸试验的数据，计算结果和试验结果的相关系数均超过了0.7500，说明提出的数值模拟方法具有较高的精度。
　　(5)针对以经验确定注液方案的局限性，在离子型稀土矿浸出过程的数值模拟方法的基础上，提出了以0.95为目标稀土浸取率，采用轮廓图优化浸矿注液方案的方法。分析了渗透性、稀土品位分布和含铝杂质品位分布对注液方案的影响，结果发现，注液方案主要受矿体渗透性的影响。以杂质离子和稀土离子错峰浸出作为基本思想，提出了采用先注入低浓度硫酸铵溶液、后注入高浓度的硫酸铵溶液的“先淡后浓”注液方案，这种注液方案得到稀土母液中铝离子的浓度在0.05g/L以下，显著降低了稀土母液中杂质离子的含量。