[发明专利]一种基于CT扫描和3D打印技术的滤饼结构表征和制备方法

说明书

一种基于CT扫描和3D打印技术的滤饼结构表征和制备方法，包括以下步骤：将待过滤的矿浆悬浮液搅拌均匀，进行加压过滤实验；压滤结束后将滤饼试样放入称量皿中，用滴管将固化剂灌注液注入取样器中，将取样器放入干燥箱中，得到滤饼；对滤饼试样进行CT扫描，获取二维断层扫描图像，并存储为RAW格式扫描数据；导入RAW格式CT数据，得到原始切片图，对CT图像进行二值化分割，进行三维重构；将三维滤饼颗粒骨架和孔隙模型生成支撑；对基材进行逐层固化聚合，形成滤饼三维孔隙模型和颗粒骨架模型；使用酒精对打印出的模型进行清洗，放置紫外线干燥箱中固化得到成品模型。本发明能够在三维空间内对滤饼样品进行无损、精细、定量表征和实物再现的手段。

技术领域

本发明属于微细矿物过滤脱水所形成的滤饼技术领域，特别涉及一种基于CT扫描和3D打印技术的滤饼结构表征和制备方法。

背景技术

固液分离技术是当今各个工业与科技领域中不可或缺的关键技术。在很多生产过程中，过滤与脱水都是十分关键的工艺环节，其技术和理论水平的完善、设备性能的优劣以及操作水平的科学合理都是保证工业生产效率、提高产品质量、节约能耗、环境保护、提高经济和社会效益的重要保证。

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。

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。

与其它多孔介质不同，滤饼多孔介质存在高随机性、颗粒成分复杂、孔隙分布复杂、含水量高、强度低且具备一定的可压缩性等特点。因而常规的多孔介质孔隙结构的表征手段都难以应用到滤饼孔隙结构的测试当中，例如压汞法要求样品自身具备一定的强度，测试过程中会损坏样品、而且具有毒性，测试周期较长；核磁共振法表征样品孔隙特性时需要对样品进行饱和水或者饱和烃类处理，显然也无法满足滤饼的孔隙测量；而氮气吸附法的孔径测试范围往往局限在纳米级别上，同样也无法真实全面的反映出滤饼孔隙结构特征；电镜观察法比如SEM、TEM等，精度都可以达到纳米尺度，但是成像效果通常依赖于样品的自身尺寸和导电性，而且只能对样品表面进行成像，难以对样品孔隙结构进行三维表征。因此，滤饼孔隙结构的精确表征一直是固液分离领域的一大瓶颈。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种基于CT扫描和3D打印技术的滤饼结构表征和制备方法，解决当前滤饼结构表征手段落后，精度差，难以可视化的问题，能够在三维空间内对滤饼样品进行无损、精细、定量表征和实物再现的手段。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方，案是：

一种基于CT扫描和3D打印技术的滤饼结构表征和制备方法，包括以下步骤：

第一步，将待过滤的矿浆悬浮液搅拌均匀，对其进行加压过滤实验；

第二步，压滤结束后将滤饼试样放入称量皿中，用滴管将固化剂灌注液注入取样器中，灌注结束，将取样器放入干燥箱中，干燥后即可得到固化后的滤饼；

第三步，对滤饼试样进行CT扫描，获取滤饼试样的多个二维断层扫描图像，并存储为RAW格式扫描数据；

第四步，在AVIZO2019软件中导入RAW格式CT数据，得到原始切片图，使用中值滤波算法对原始切片图进行去噪处理，把数字序列中的一点的值用该点以及它的一个领域窗口内的所有点的值的中值代替，假设一组灰度值分别为x₁,x₂,…,x_n,将其按数值大小排序得到x₁’,x₂’,…,x_n’,中值的计算式为: