中重稀土作为改造传统产业和发展新一代信息技术、生物工程、新能源等战略性新兴产业的关键元素,离子型稀土是中重稀土的主要来源,其开采技术直接影响资源利用效率和生态环境。目前主要采用以电解质为浸矿剂的原地浸矿工艺,但开采过程面临多重挑战:一方面,离子型稀土矿具有复杂的地质条件,其矿层厚度和稀土品位呈现显著的空间异质性;另一方面,现行工艺的关键参数多依赖工程经验确定,难以适应矿层厚度变化和品位分布差异。经验性注液易导致双重风险,浸矿剂过量会导致浸矿剂大量残留在矿体中,用量不足则造成稀土浸出率低下。离子型稀土矿浸矿过程本质上是包含离子交换与溶质迁移的非饱和渗流问题,为此,本研究探究不同硫酸铵用量下矿层厚度对稀土离子浸出的影响和相同硫酸铵用量下品位分布对稀土离子浸出的影响,根据试验结果以Kerr模型为源汇项,建立溶质运移模型,通过优化参数,得到不同矿层条件下,浸矿剂用量的计算方法,研究结果表明: (1)硫酸铵用量对稀土浸出过程具有显著调控作用,在矿层厚度相同,单耗分别为1.1、2.2和4.4工况下,稀土离子与铵离子的浸出规律呈现一致性特征,单耗1.1时稀土浸取率为70%,而单耗提升至2.2和4.4后浸取率提升至98%以上,且不同矿层厚度对稀土离子的浸出趋势影响较小。品位分布对浸出效果具有决定性影响,设置三种不同品位分布的矿层结构,其中高品位矿层下方存在低品位矿层时会引发稀土反吸附效应,降低稀土浸取率,这些位置需针对性增加浸矿剂用量以提高浸取率。 (2)采用Kerr模型量化稀土离子和钙离子的交换参数,得到模型的相关系数大于0.990,结合矿层厚度和品位分布对浸矿过程进行优化,模拟不同矿层厚度下稀土离子穿透曲线的相关系数大于0.850,不同品位分布下稀土离子穿透曲线的相关系数大于0.910。模拟得到0.4 m、0.8 m和1.2 m矿柱95%浸取率下的硫酸铵用量为单耗1.4,且不同矿层厚度对硫酸铵单耗用量变化较小。通过动态调整低品位矿层厚度,得到95%浸取率时,单位矿石量所需硫酸铵质量最低为3.07 kg/t。 (3)将硫酸铵用量优化的结果,在实际矿山进行应用,先计算出矿体的矿层厚度,得到矿体的矿石量,A矿体的稀土储量为48.68 t,矿石量为317288 t,B矿体的稀土储量为28.40 t,矿石量197093 t,计算得到矿体的矿石量和该矿体95%浸取率下所需硫酸铵质量,其中A矿体需要硫酸铵用量974 t,B矿体需要硫酸铵用量605 t。