Abstract Solid-liquid separation is an indispensable, challenging and energy-intensive process in the mineral processing industry. An accurate assessment of the filter cake structure is critically important for predicting and controlling the dewaterability of mineral slurries. However, due to the random particle arrangement and complex pore network of filter cake, such microscopic information is difficult to obtain by the current experimental techniques. In this paper, a methodology for identifying and quantifying the microstructure property of filter cake has been developed using X-ray microtomography and tested using the spherical and irregular particles. Several key pore structure parameters, including porosity, pore shape, pore surface area, connectivity, tortuosity, and pore networks, were characterized quantitatively. Combining the filtration experiments, we observe that a single parameter of overall porosity cannot predict the filtration behavior. Spherical particle is more favourable to filtration since its filter cake host better connectivity and lower tortuosity, which appears to affect the filtration velocity and specific resistance. The cake formed by irregular particles has a higher moisture content, which may be caused by its large pore surface area and narrow throat size. These findings demonstrate that X-ray microtomography is more suitable for nondestructive and comprehensive detection of cake structure, compared to conventional methods. This research is expected to provide a comprehensive understanding of the cake structure and a theoretical basis for achieving a high-efficiency solid-liquid separation.

中文翻译：

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使用X射线显微断层扫描定量表征三维滤饼的孔隙结构

摘要 固液分离是矿物加工业中不可或缺的、具有挑战性和高能耗的过程。滤饼结构的准确评估对于预测和控制矿物泥浆的脱水性至关重要。然而，由于滤饼的随机颗粒排列和复杂的孔隙网络，目前的实验技术难以获得这些微观信息。在本文中，使用 X 射线显微断层扫描技术开发了一种用于识别和量化滤饼微观结构特性的方法，并使用球形和不规则颗粒进行了测试。定量表征了几个关键的孔隙结构参数，包括孔隙率、孔隙形状、孔隙表面积、连通性、曲折度和孔隙网络。结合过滤实验，我们观察到整体孔隙率的单个参数无法预测过滤行为。球形颗粒更利于过滤，因为其滤饼具有更好的连通性和更低的曲折度，这似乎会影响过滤速度和比阻力。由不规则颗粒形成的滤饼含水量较高，这可能是由于其孔隙表面积大、喉道尺寸窄造成的。这些发现表明，与传统方法相比，X 射线显微断层扫描更适合于蛋糕结构的无损和全面检测。该研究有望提供对滤饼结构的全面了解，并为实现高效固液分离提供理论依据。我们观察到整体孔隙率的单个参数无法预测过滤行为。球形颗粒更利于过滤，因为其滤饼具有更好的连通性和更低的曲折度，这似乎会影响过滤速度和比阻力。由不规则颗粒形成的滤饼含水量较高，这可能是由于其孔隙表面积大、喉道尺寸窄造成的。这些发现表明，与传统方法相比，X 射线显微断层扫描更适合于蛋糕结构的无损和全面检测。该研究有望提供对滤饼结构的全面了解，并为实现高效固液分离提供理论依据。我们观察到整体孔隙率的单个参数无法预测过滤行为。球形颗粒更利于过滤，因为其滤饼具有更好的连通性和更低的曲折度，这似乎会影响过滤速度和比阻力。由不规则颗粒形成的滤饼含水量较高，这可能是由于其孔隙表面积大、喉道尺寸窄造成的。这些发现表明，与传统方法相比，X 射线显微断层扫描更适合于蛋糕结构的无损和全面检测。该研究有望提供对滤饼结构的全面了解，并为实现高效固液分离提供理论依据。球形颗粒更利于过滤，因为其滤饼具有更好的连通性和更低的曲折度，这似乎会影响过滤速度和比阻力。由不规则颗粒形成的滤饼含水量较高，这可能是由于其孔隙表面积大、喉道尺寸窄造成的。这些发现表明，与传统方法相比，X 射线显微断层扫描更适合于蛋糕结构的无损和全面检测。该研究有望提供对滤饼结构的全面了解，并为实现高效固液分离提供理论依据。球形颗粒更利于过滤，因为其滤饼具有更好的连通性和更低的曲折度，这似乎会影响过滤速度和比阻力。由不规则颗粒形成的滤饼含水量较高，这可能是由于其孔隙表面积大、喉道尺寸窄造成的。这些发现表明，与传统方法相比，X 射线显微断层扫描更适合于蛋糕结构的无损和全面检测。该研究有望提供对滤饼结构的全面了解，并为实现高效固液分离提供理论依据。由不规则颗粒形成的滤饼含水量较高，这可能是由于其孔隙表面积大、喉道尺寸窄造成的。这些发现表明，与传统方法相比，X 射线显微断层扫描更适合于蛋糕结构的无损和全面检测。该研究有望提供对滤饼结构的全面了解，并为实现高效固液分离提供理论依据。由不规则颗粒形成的滤饼含水量较高，这可能是由于其孔隙表面积大、喉道尺寸窄造成的。这些发现表明，与传统方法相比，X 射线显微断层扫描更适合于蛋糕结构的无损和全面检测。该研究有望提供对滤饼结构的全面了解，并为实现高效固液分离提供理论依据。