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堆浸工艺中矿岩散体介质的渗透特性试验研究

马俊伟  
【摘要】:堆浸技术因为能较好回收矿产资源,且具有成本小、劳动条件好,作业安全等显著优点,已经得到了越来越广泛的应用。堆浸工艺中,浸出过程是通过溶液在矿堆中的渗流来实现的,而矿堆的渗透性能又影响溶液的流动速率和路径,由此可见,矿堆的渗透性能对浸出效果起着重要作用。因此,论文结合“973计划”项目课题(2004CB619206)《微生物浸出体系多因素强关联》、“国家杰出青年科学基金”项目(50325414)《散体多相介质中多级渗流传质的动力学研究》以及“国家创新群体基金”项目(50321402)《硫化矿生物提取的基础研究》,对堆浸工艺中矿岩散体介质的渗透特性进行研究,具有重大的社会、经济意义和学术价值。论文主要完成的工作有: 在前人研究成果的基础上,借鉴散体力学有关理论,从岩石破碎时的能量原理出发,结合对散体颗粒分布的统计分析,给出了粒径的分布密度和分布函数,建立了散体粒径的对数正态分布模型,并求出了粒径分布的统计特征,为进一步研究散体物理力学特性提供了理论基础。 从矿岩散体介质的渗透特性出发,分析了堆浸工艺中溶浸液渗流运动的规律以及应力场变化对渗流场的影响机理,建立了有关各向异性散体中非稳定渗流的偏微分方程,推导了渗流运动与散体孔隙比的变化关系,得出应力场通过影响散体的体积应变和孔隙率而影响散体的渗透率,从而最终影响渗流场的结论。 采用自行设计的试验装置对矿岩散体介质的渗透特性进行了试验研究,认为矿岩散体介质存在各向异性特征,探明了相关因素对渗透特性的影响规律,并得出在柱浸过程中渗透系数会逐渐减小的结论,为工程应用提供了科学依据。 分析了堆浸工艺中矿岩散体介质孔隙发育的过程和机理,认为孔隙发育过程可以分为初始阶段和稳定阶段,并且在稳定阶段存在反应—输运—力学的反馈作用。基于孔隙中流体为稳定流的前提下,提出了一种堆浸工艺中矿岩散体介质孔隙发育的数学模型,该模型较好地反映了堆浸工艺中的流体流动—化学反应—形变过程。 针对堆浸现场情况,利用Fluent流体计算软件对矿岩散体介质中流体流动的规律进行了数值模拟,分析了矿堆高度以及孔隙率变化时


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