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离子吸附型稀土矿(RE)是我国特有的一种稀土矿种,主要赋存在高岭土、伊利石等黏土矿物中,可通过化学和生物作用解离出稀土离子。目前稀土的开采通常采用铵盐作为浸取剂,通过原地浸矿技术,稀土矿中的稀土离子被浸矿液更为活泼的阳离子置换出来,最后从收集的稀土母液中提取所需要的稀土资源。一方面,在铵盐原地浸矿过程中,浸矿剂浓度高、浸取时间长,与之相伴的环境问题日益凸显,包括矿区植被破坏、带走原矿土壤中的镁等营养元素、大量废水氨氮超标等,生态系统极难治理和修复;另一方面,由于持续性的注入浸矿液,稀土矿体在饱水条件下极易被破坏,稀土矿体中的稀土离子与浸矿液中的阳离子发生强烈的置换反应,必定会导致矿体内部孔隙结构发生改变;此外,按照等价交换原则,要解吸等量的稀土元素,不同价态的阳离子置换进入矿体的数量存在倍数的差别,在多方面的影响下,对稀土矿体“次生孔隙结构”的演化极有可能产生不同结果,稀土矿体孔隙结构动态演化成为浸矿液良好运移渗透的关键所在。因此,只有对不同价态离子交换过程稀土矿体微观结构进行研究,才能判明不同价态阳离子化学置换过程稀土矿体孔隙结构的动态演化规律及其机制,同时为开发新型绿色环保浸矿液提供一定的基础研究理论。本文通过室内模拟柱浸试验,配置了以NH4+、Mg2+、A13+为阳离子的浸矿剂,研究了含有不同价态阳离子溶液浸矿过程稀土矿体孔隙结构动态演化规律,运用核磁共振技术测定试样微观孔隙结构,同时借助扫描电镜和能谱测试技术对试样内部微区形貌进行观察和元素测定,对比不同价态阳离子浸矿过程试样微观形貌及孔隙结构的差异,统计分析结果,实现差异量化,以此论证离子价态对浸矿液运移渗透的影响。通过以上工作,得出主要研究结果如下:(1)室内模拟浸矿试验中,采用2%(NH4)2SO4、2%MgSO4及2%A12(SO4)3溶液浸矿,整个柱浸过程分成四个阶段:(a)去离子水饱和阶段,该阶段只存在物理渗流作用,无离子交换反应;(b)主反应阶段,该阶段发生了强烈的离子交换,但稀土离子的渗出滞后于离子交换反应,稀土浸出液中稀土离子浓度微量;(c)离子渗流阶段,该阶段仍然存在少量的离子交换反应,回收溶液中稀土离子含量开始增加,达到峰值之后迅速降低;(d)拖尾阶段,该阶段离子交换反应微弱,浸出的稀土离子浓度缓慢减少,存在拖尾现象。(2)采用2%(NH4)2SO4、2%MgSO4及2%Al2(SO4)3溶液浸矿,浸出稀土浓度峰值(C)大小关系为:CAl2(SO4)3>C(NH4)2SO4>CMgSO4;浸出稀土总质量(M)分别为:M(NH4)2SO4=44.92mg、MMgSO4=46.69mg、MAl2(SO4)3=40.46mg。三组溶液浸矿的有效离子置换时间区域在主反应阶段,时间为2.3-4.3h,循环次数为第2-5次,期间的出液速率(V)的大小关系为:V(NH4)2SO4>VMgSO4>VAl2(SO4)3。(3)采用含有不同价态阳离子的浸矿液浸矿,在主反应阶段,三组试样的纵、横剖面核磁共振反演图像展现的规律基本一致,试样内部伴随着离子置换反应自上而下的过程,固体微细颗粒自上而下运移过程,体现在试样的纵剖面反演图像中自上而下出现了条状的黑色聚集区域,相对应试样的横剖面反演图像出现大块黑色区域,大量的离子交换反应结束后,试样的纵、横剖面反演图像主体变为亮白显示。通过对黑色聚集区域的试样进行观察,发现聚集区域的产生是微细黏土颗粒运移时的暂时淤积,其主要成分为黏土颗粒,其中硫酸铵浸矿组试样孔隙表面吸附的微细颗粒数量整体较少,硫酸镁浸矿组试样孔隙表面吸附的微细颗粒数量整体较多,硫酸铝浸矿组试样内部富集了大量的微细颗粒,由此造成三组试样孔隙结构差异性较大。(4)采用含有不同价态阳离子的浸矿液浸矿,从去离子水饱和阶段到主反应阶段再到大量离子渗出阶段,对比三组试样的T2图谱及孔隙结构演化规律得到:一方面,矿体孔隙结构由大孔隙向中、小孔隙动态演化,离子置换结束后孔隙结构变化反之;另一方面,在试样内部大孔隙和超大孔隙数量上,硫酸铵浸矿组最多,其次是硫酸镁浸矿组,最少的是硫酸铝浸矿组。阳离子价态、溶液的离子强度及浸矿剂pH值的不同综合影响导致微细颗粒与孔隙表面之间的范德华引力和双电层斥力失去平衡,促使孔隙表面微细颗粒的吸附与解析动态转化过程,进而引起浸矿过程中试样不同孔隙半径占比出现差异性,从而引起浸出液渗流速率的差异,利用双电层理论和经典的DLVO理论可以很好的解析其中的机理。(5)通过对饱和柱浸过程中不同价态阳离子与稀土离子置换过程规律及矿体孔隙结构演化、微细颗粒运移规律的研究,对比分析浸矿液阳离子价态对离子置换过程浸出液渗流及矿体孔隙的影响,就本文研究可置换的阳离子范畴而言,有利于浸取剂渗流的最优离子价态为+1价的NH4+。