一种堆浸过程中铀矿石颗粒内部孔裂隙演化的检测方法技术

本发明专利技术公开了一种堆浸过程中铀矿石颗粒内部孔裂隙演化的检测方法。该方法是切割原矿颗粒获得两个相邻的平面，利用扫描电镜、能谱仪以及X射线CT扫描仪等检查手段对原矿颗粒进行无损检测，获取原矿内部三维孔(裂)隙结构和矿物信息，然后对原矿进行堆浸试验并对浸出渣再次进行X射线CT扫描，总结浸出前后孔(裂)隙分布和矿物组成差异。该方法不但能对孔(裂)隙的演化进行更直观地研究，同时能够查明参与孔隙演化的矿物，对演化规律有更清晰地认识，可以更好地指导铀矿物的堆浸过程。以更好地指导铀矿物的堆浸过程。

【技术实现步骤摘要】
一种堆浸过程中铀矿石颗粒内部孔裂隙演化的检测方法


[0001]本专利技术涉及一种矿石堆浸过程中颗粒内部孔(裂)隙演化的检测方法，特别涉及利用扫描电镜图像采集和能谱测试结合X射线CT扫描来实现铀矿石堆浸过程中颗粒内部孔裂隙演化的检测方法，属于冶金


技术介绍

[0002]堆浸法具有低成本、能耗小、周期短、资源利用率高等诸多优点，在中国铀矿采冶领域应用广泛，国内约90％的铀矿山进行过堆浸试验。在堆浸过程中，矿石颗粒与酸(或碱)试剂相互反应，会出现一系列的矿物溶解和新的物质沉淀。在堆浸后期，随着反应不断进行，矿石颗粒内部的孔(裂)隙以及颗粒之间的孔隙通道的结构、数量都会发生巨大变化：矿物的溶解将推进孔(裂)隙的演化，而新物质的沉淀则会堵塞原有通道，导致浸堆渗透性降低，浸出效果变差。因此针对铀矿石堆浸过程中矿物组成与结构变化、孔(裂)隙数量与形态变化的研究对堆浸效果的监测和堆浸技术的改进都具有重要意义。
[0003]浸堆内矿石颗粒的孔隙具有隐蔽性、不稳定性以及复杂性，使得对孔隙结构及其演化的研究条件很苛刻。针对浸堆孔(裂)隙的研究主要借助于计算流体动力学方法，采用数值模拟研究。近年来，随着计算机技术、图像处理技术、可视化技术的发展，无损检测技术越来越多地应用在孔(裂)隙结构研究中。目前应用最为广泛的无损检测技术主要为X光CT技术。吴爱祥、杨保华等利用X光CT技术，对铜矿堆浸体系中散体孔隙(矿石颗粒之间的孔隙通道)演化进行了研究，但未对矿石颗粒内部的孔(裂)隙演化进行深入了解，更未对参与孔隙演化的矿物类型、结构变化以及对孔(裂)隙的改造作用进行研究。
[0004]有关矿石内部孔隙结构的其他常用研究方法主要为压汞法、定量立体学方法、孔隙铸体片的镜下统计法，这些方法都是通过对样品进行多种处理进行孔隙研究，不但会对孔隙结构，也会对矿石本身造成损伤和破坏，一旦对矿石样品进行改造则会对浸出效果、浸出后孔裂隙结构及形态变化都会带来巨大影响。因此，这些方法并不适用于针对堆浸过程的孔(裂)隙的演化规律研究。

技术实现思路

[0005]针对现有技术对堆浸过程中矿石颗粒内部孔(裂)隙的演化规律检测方法存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种利用扫描电镜及能谱结合X光CT扫描技术，实现对铀矿石样品进行无损检测，对堆浸铀矿石样品中矿物类型、含量及结构的变化，以及其对孔(裂)隙改造情况进行更直观检测的方法，该方法有利于深入了解孔隙演化的矿物或其他物质，达到对堆浸过程矿石颗粒内部的孔(裂)隙演化有更加明确认识的目的，从而可以更好地指导铀矿石的堆浸过程。
[0006]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种堆浸过程中铀矿石颗粒内部孔裂隙演化的检测方法，该方法包括以下步骤：
[0007]1)将一个铀矿石颗粒样品切割成具有相同矿物分布切割平面的相对应的两个铀
矿石颗粒，分别标记为1-I和1-II(其中1-I颗粒粒径稍小于1-II，1-I颗粒用于制作扫描电镜观测样，切割面为待观测面，1-II用于堆浸试验)；按照此方法，切割n个铀矿石颗粒样品，分别依次标记为1-I至n-I和1-II至n-II；
[0008]2)将铀矿石颗粒1-I至n-I，先进行X射线CT扫描，得到其切割平面的X射线二值图像A，再进行扫描电镜图像采集和能谱测试，得到背散射图像B及各不同灰度图像对应的矿物类型，再将X射线二值图像A和背散射图像B中相同位置、相同形状的矿物进行一一对应，再根据背散射图像B中灰度与矿物类型关系对X射线二值图像A中不同灰度区域的矿物类型进行标定；
[0009]3)将铀矿石颗粒1-II至n-II进行X射线CT扫描，得到三维二值图像C，并依据步骤2)所得铀矿石颗粒1-I至n-I的X射线二值图像A对与之相对应的铀矿石颗粒1-II至n-II切割平面的三维二值图像C中的不同灰度所对应的矿物类型进行标定，形成相应的矿物类型及孔裂隙分布三维图像；
[0010]4)在进行堆浸过程中，将矿石堆体按深度由深到浅分为多个层级，且将铀矿石颗粒1-II至n-II均匀分散放置在各层级内部，堆浸完成后，剩余矿石即为浸出渣；
[0011]5)对浸堆中各层级的浸出渣进行X射线CT扫描后，得到浸出渣的三维二值图像D，将三维二值图像D与步骤3)中铀矿石颗粒1-II至n-II的三维二值图像C进行对比，对浸出渣的三维二值图像D中的矿物类型及孔裂隙分布进行标定；
[0012]6)将步骤3)所得铀矿石颗粒1-II至n-II的孔裂隙分布及矿物类型三维二值图像C与步骤5)所得各层级的浸出渣的孔裂隙及矿物分布三维二值图像D进行对比，推断出浸堆内部矿石颗粒内部孔裂隙演化情况。
[0013]作为一个优选的技术方案，所述灰度图像中黑色部分为孔裂隙，而非黑色部分由白色至灰色过渡的不同颜色分别表示不同的矿物类型。
[0014]作为一个优选的技术方案，通过对铀矿石颗粒1-II至n-II进行扫描电镜图像采集和能谱测试，得到铀矿石颗粒1-II至n-II的切割平面的背散射图像B中不同灰度所对应的矿物类型并依据背散射图像B中灰度所对应的矿物类型对X射线二值图像A中不同灰度所对应的矿物类型进行标定。
[0015]作为一个优选的技术方案，对铀矿石颗粒1-II至n-II的X射线CT扫描所得三维二值图像C中的不同灰度分布及所占面积进行统计，得到铀矿石颗粒II包括矿物分布、矿物间共生关系、矿物含量及孔隙度、孔隙联通性在内的相关数据。
[0016]作为进一步优选的方案，对铀矿石颗粒II进行X射线CT扫描，利用可视化软件，如Avizo、VstudioMAX以及数字岩心分析软件Sypicore等软件对CT图像信息进行提取和优化，形成矿石颗粒的三维二值图像C，选取图像的最佳灰度阈值，使不同矿物和孔裂隙的灰度呈现较为清晰的区分，利用图像处理软件对三维二值图像中的不同矿物和孔裂隙对应的灰度图像进行提取，可以直接观察铀矿石颗粒II的某指定矿物分布情况、矿物间的共生关系以及孔裂隙形状等。
[0017]作为进一步优选的方案，通过统计图像中不同矿物和孔裂隙所对应的灰度像素值所占的体积百分比V1、V2、V3……
V
n
，孔裂隙体积百分比V
n
即为孔隙率；通过计算矿物密度ρ与体积百分比V的乘积，最后利用归一化法得到铀矿石颗粒II中各矿物含量。
[0018]作为进一步优选的方案，通过统计图像中某种矿物(即某一灰度值域)颗粒的等效
直径分布，得到该矿物的等效粒度分布。以此类推，得到铀矿石颗粒II中各矿物的等效粒度分布和孔裂隙尺寸分布。
[0019]作为进一步优选的方案，利用图像处理软件对所提取出的孔裂隙三维图像中的孔和裂缝进行定义，原则是较大的孔隙定义为孔，连接孔的通道定义为裂缝，利用球体和线条对孔裂隙进行简化并建立拓扑结构模型。根据孔隙在三维结构上的延伸方向对孔隙连通性进行分级，并统计不同级别孔隙连通性的数量和所占比例。以孔隙在X轴、Y轴、Z轴三个方向上的分布情况为原则，仅在X轴方向延伸的孔隙为一级，在XY和XZ方向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种堆浸过程中铀矿石颗粒内部孔裂隙演化的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将一个铀矿石颗粒样品切割成具有相同矿物分布切割平面的相对应的两个铀矿石颗粒，分别标记为1-I和1-II；按照此方法，切割n个铀矿石颗粒样品，分别依次标记为1-I至n-I和1-II至n-II；2)将铀矿石颗粒1-I至n-I，先进行X射线CT扫描，得到其切割平面的X射线二值图像A，再进行扫描电镜图像采集和能谱测试，得到背散射图像B及各不同灰度图像对应的矿物类型，再将X射线二值图像A和背散射图像B中相同位置、相同形状的矿物进行一一对应，再根据背散射图像B中灰度与矿物类型关系对X射线二值图像A中不同灰度区域的矿物类型进行标定；3)将铀矿石颗粒1-II至n-II进行X射线CT扫描，得到三维二值图像C，并依据步骤2)所得铀矿石颗粒1-I至n-I的X射线二值图像A对与之相对应的铀矿石颗粒1-II至n-II切割平面的三维二值图像C中的不同灰度所对应的矿物类型进行标定，形成相应的矿物类型及孔裂隙分布三维图像；4)在进行堆浸过程中，将矿石堆体按深度由深到浅分为多个层级，且将铀矿石颗粒1-II至n-II均匀分散放置在各层级内部，堆浸完成后，剩余矿石即为浸出渣；5)对浸堆中各层级的浸出渣进行X射线CT扫描后，得到浸出渣的三维二值图像D，将三维二值图像D与步骤3)中铀矿石颗粒1-II至n-II的三维二值图像C进行对比，对浸出渣的三维二值图像D中的矿物类型及孔裂隙分布进行标定；6)将步骤3)所得铀矿石颗粒1-II至n-II的孔裂隙分布及矿物类型三维二值图像C与步骤5)所得各层级的浸出渣的孔裂隙及矿物分布三维二值图像D进行对比，推断出浸堆内部矿石颗粒内部孔裂隙演化情况。2.根据权利要求1所述的一种堆浸过程中铀矿石颗粒内部孔裂隙演化的检测方法，其特征在于：所述灰度图像中黑色部分为孔裂隙，而非黑色部分由白色至灰色过渡的不同颜色分别表示不同的矿物类型。3.根据权利要求1所述的一种堆浸过程中铀矿石颗粒内部孔裂隙演化的检测方法，其特征在于：通过对铀矿石颗粒1-II至n-II进行扫描电镜图像采集和能谱测试，得到铀矿石颗粒1-II至n-II的切割平面的背散射图像B中不同灰度所对应的矿物类型并依据背散射图像B中灰度所对应的矿物类型对X射线二值图像A中不同灰度所对应的矿物类型进行标定。4.根据权利要求1所述的一种堆浸过程中铀矿石颗粒内部孔裂隙演化的检测方法，其特征在于：对铀矿石颗粒1-II至n-II的X射线CT扫描所得三维二值图像C中的不同灰度分布及所占面积进行统计，得到铀矿石颗粒II包括矿物分布、矿物间共生关系、矿物含量及孔隙度、孔隙联通性在内的相关数据。5.根据权利要求4所述的一种堆浸过程中铀矿石颗粒内部孔裂隙演化的检测方法，其特征在于：对铀矿石颗粒1-II至n-II进行X射线CT扫描，利用可视化软件对CT图像信息进行提取和优化，形成铀矿石颗粒的三维二值图像C；选取三维二值图像C...

【专利技术属性】
技术研发人员：马嘉，李春风，刘辉，李广，刘志超，唐宝彬，强录德，
申请(专利权)人：核工业北京化工冶金研究院，
类型：发明
国别省市：