一种基于CT扫描系统的滤饼孔隙率和各向异性计算方法，包括以下步骤；真空过滤实验；固化实验；将固化后的滤饼样品固定在X射线三维显微镜的载物台上，开启X射线源，设置探测器镜头放大倍数、射线源与探测器之间的距离，样品台到探测器之间的距离、扫描电压和电流、扫描帧数、曝光时间等一系列参数后，对滤饼进行CT扫描；将扫描得到的数据进行三维重构，并统计其总体孔隙率；确定滤饼内部孔隙度各向异性特征，在水平方向上，确定合适的表征单元体体素；确定滤饼内部孔隙度各向异性特征，在垂直方向上，分析样品在垂直方向上的均质性。本发明专利技术从微观本质上认识过滤脱水的机理，建立宏观过滤效果与微观孔隙结构之间的联系。效果与微观孔隙结构之间的联系。效果与微观孔隙结构之间的联系。
【技术实现步骤摘要】
一种基于CT扫描系统的滤饼孔隙率和各向异性计算方法
[0001]本专利技术属于微细矿物过滤脱水所形成的滤饼
，特别涉及一种基于CT扫描系统的滤饼孔隙率和各向异性计算方法。
技术介绍
[0002]在选矿领域，矿物脱水同样是循环作业中一道重要的工序。大多数分选作业都是在水中进行的。湿法选矿得到的精矿含有大量的水分，这对精矿的直接使用和继续加工，以及运输成本和冶炼成本都会带来不利影响。湿式选矿的精矿产品水分含量高，水的重量常为精矿干料重量的几倍。精矿含水量是衡量精矿质量的标准之一。
[0003]随着科技的发展，越来越多的脱水设备和工艺陆续得到应用，相关机理也屡见研究，但多数是针对影响因素所开展的研究，且多停留在对宏观过滤效果的描述上，缺乏对滤饼孔隙结构这一影响过滤效果的本质因素的认识。
技术实现思路
[0004]为了克服以上技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于CT扫描系统的滤饼孔隙率和各向异性计算方法，从微观本质上认识过滤脱水的机理，建立宏观过滤效果与微观孔隙结构之间的联系，不仅对深化固液分离理论具有重要科学意义，而且对促进水资源与矿物资源的高效循环利用具有重要的现实意义。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种基于CT扫描系统的滤饼孔隙率和各向异性计算方法，包括以下步骤；
[0007]第一步，真空过滤实验，使用真空过滤装置对矿浆悬浮液进行过滤；过滤结束后，将取样器垂直插入滤饼内，向下取样至整个滤饼厚度，将夹有滤饼的取样器与底部放有滤纸的玻璃漏斗一同放入恒温干燥箱内进行干燥并冷却至室温，将干燥后的取样器和漏斗放回抽滤瓶上；
[0008]第二步，固化实验，用滴管将固化剂灌注液注入取样器中，灌注结束，取岀取样器放入干燥箱中，干燥后即可得到固化后的滤饼，使用孔隙度测试仪对滤饼孔隙率进行测量；
[0009]第三步，将固化后的滤饼样品按要求固定在X射线三维显微镜的载物台上，打开主控计算机，开启X射线源，设置探测器镜头放大倍数、射线源与探测器之间的距离，样品台到探测器之间的距离、扫描电压和电流、扫描帧数、曝光时间等一系列参数后，对滤饼进行CT扫描；
[0010]第四步，将扫描得到的数据保存为RAW格式后导出，然后使用AVIZO 2019软件对原始切片图进行滤波去噪，使用阈值分割操作将滤饼的孔隙空间进行分割和提取，最后进行三维重构，并统计其总体孔隙率；
[0011]第五步，确定滤饼内部孔隙度各向异性特征，在水平方向上，选取不同体积的滤饼子体积分别计算其孔隙率，与总体孔隙率进行对比，分析样品在水平方向上的均质性，确定合适的表征单元体体素；
[0012]第六步，确定滤饼内部孔隙度各向异性特征，在垂直方向上，自下而上，分别计算滤饼每层切片的面孔隙率，分析样品在垂直方向上的均质性。
[0013]优选的，所述第一步过滤实验中，所过滤的矿浆为微细石英矿物，浓度为300g/L，使用磁力搅拌器对矿浆悬浮液搅拌10分钟。
[0014]优选的，所述第二步滤饼固化实验中，所用的取样器是一段内径为8mm的透明的聚丙烯圆管，所用固化剂灌注液为环氧树脂和固化剂(AB胶)按照3：1的浓度配置而成的。
[0015]优选的，所述第二步滤饼固化实验中，将夹有滤饼的取样器与底部放有滤纸的玻璃漏斗一同放入恒温干燥箱，所选取的干燥温度为75℃，干燥时间为2h，灌注结束后，取岀取样器并放入干燥箱中，干燥温度选择为50℃，干燥时间选取为24h，气测法孔隙率测试当中使用的是PHI
‑
220氦孔隙度仪。
[0016]优选的，所述第三步CT扫描实验中，选择探测器镜头为20x，射线源与探测器之间的距离(SOD)为35mm，样品台到探测器之间的距离(ODD)为13mm，扫描电压和电流分别设置为60kV和25μA，扫描帧数为900，即样品台每旋转0.4
°
扫描一次，曝光时间为65s，最终扫描样品的分辨率为0.8μm，体素为1500
×
1500
×
933。
[0017]优选的，第四步中，对原始切片图进行滤波去噪所选用的滤波算法为三维中值滤波算法，使用Interactive Thresholding模块进行阈值分割时人工设置的阈值为2240，使用Auto Thresholding模块阈值分割时软件自动识别的阈值为2760，基于各自的分割结果，对孔隙空间进行三维重构，分别计算其总体孔隙率数据，与气测法测得的孔隙率结果进行对比。
[0018]优选的，采用逻辑运算OR Image操作将Interactive Thresholding模块与Interactive Top
‑
Hat模块相结合的方法再次对孔隙空间进行分割和提取，以弥补Interactive Thresholding模块未能捕捉到的狭小裂隙空间，并计算孔隙率。
[0019]优选的，滤饼各向异性分析过程中，在水平方向上，所选取滤饼子体积的体素分别为128
×
128
×
128、256
×
256
×
256、512
×
512
×
512、768
×
768
×
768。
[0020]优选的，滤饼各向异性分析过程中，在水平方向上，以样品中心为圆心做圆，每隔45
°
选取一个子体积，一共计算9个子体积的孔隙率。
[0021]优选的，滤饼各向异性分析过程中，所述滤饼垂直方向上一共有933层切片。
[0022]优选的，滤饼各向异性分析过程中，在水平方向上，所述滤饼的最小表征单元体为512
×
512
×
512体素，实际的样品大小为409.6mm3。
[0023]本专利技术的有益效果。
[0024](1)样品制备方便，使用本专利技术所述的固化法制备的滤饼样品的莫氏硬度可以达到5
‑
6；
[0025](2)区别于传统的切片观察法，本专利技术所提出的CT扫描方法是一种无损检测方法，可以有效避免对样品内部结构的损坏，而且操作简单；
[0026](3)CT扫描法所获取的滤饼内部空间信息完整，真实，分辨率可以达到0.8μm，成像速度快，扫描一个样品仅需1h；
[0027](4)逻辑运算OR Image操作将Interactive Thresholding模块与Interactive Top
‑
Hat模块相结合对孔隙空间进行分割和提取，孔隙率和各向异性计算精度高，与实测法数据吻合。
附图说明：
[0028]图1为CT图像处理结果示意图。(a)原始灰度切片(b)滤波处理后的切片图(c)阈值分割结果(d)三维重建结果。
[0029]图2为XY平面滤饼子体积选取示意图。
[0030]图3为滤饼面孔隙率计算选取示意图。
[0031]图4本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于CT扫描系统的滤饼孔隙率和各向异性计算方法，其特征在于，包括以下步骤；第一步，真空过滤实验，使用真空过滤装置对矿浆悬浮液进行过滤；过滤结束后，将取样器垂直插入滤饼内，向下取样至整个滤饼厚度，将夹有滤饼的取样器与底部放有滤纸的玻璃漏斗一同放入恒温干燥箱内进行干燥并冷却至室温，将干燥后的取样器和漏斗放回抽滤瓶上；第二步，固化实验，用滴管将固化剂灌注液注入取样器中，灌注结束，取岀取样器放入干燥箱中，干燥后即可得到固化后的滤饼，使用孔隙度测试仪对滤饼孔隙率进行测量；第三步，将固化后的滤饼样品按要求固定在X射线三维显微镜的载物台上，打开主控计算机，开启X射线源，设置探测器镜头放大倍数、射线源与探测器之间的距离，样品台到探测器之间的距离、扫描电压和电流、扫描帧数、曝光时间等一系列参数后，对滤饼进行CT扫描；第四步，将扫描得到的数据保存为RAW格式后导出，然后使用AVIZO 2019软件对原始切片图进行滤波去噪，使用阈值分割操作将滤饼的孔隙空间进行分割和提取，最后进行三维重构，并统计其总体孔隙率；第五步，确定滤饼内部孔隙度各向异性特征，在水平方向上，选取不同体积的滤饼子体积分别计算其孔隙率，与总体孔隙率进行对比，分析样品在水平方向上的均质性，确定合适的表征单元体体素；第六步，确定滤饼内部孔隙度各向异性特征，在垂直方向上，自下而上，分别计算滤饼每层切片的面孔隙率，分析样品在垂直方向上的均质性。2.根据权利要求1所述的一种基于CT扫描系统的滤饼孔隙率和各向异性计算方法，其特征在于，所述第一步过滤实验中，所过滤的矿浆为微细石英矿物，浓度为300g/L，使用磁力搅拌器对矿浆悬浮液搅拌10分钟。3.根据权利要求1所述的一种基于CT扫描系统的滤饼孔隙率和各向异性计算方法，其特征在于，所述第二步滤饼固化实验中，所用的取样器是一段内径为8mm的透明的聚丙烯圆管，所用固化剂灌注液为环氧树脂和固化剂(AB胶)按照3：1的浓度配置而成的。4.根据权利要求1所述的一种基于CT扫描系统的滤饼孔隙率和各向异性计算方法，其特征在于，所述第二步滤饼固化实验中，将夹有滤饼的取样器与底部放有滤纸的玻璃漏斗一同放入恒温干燥箱，所选取的干燥温度为75℃，干燥时间为2h，灌注结束后，取岀取样器并放入干燥箱中，干燥温度选择为50℃，干燥时间选取为24h，气测法孔隙率测试当中使用的是PHI
‑
220氦孔隙度仪。5.根据权利要求1所述的一种基于CT扫描系统的滤饼孔隙率和各向异性计算方法，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯泽宇，陈茹霞，王雪峰，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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