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堆浸工艺中矿岩散体介质的渗透特性试验研究

作　者: 马俊伟
导　师: 吴爱祥
学　校: 中南大学
专　业: 采矿工程
关键词: 堆浸散体介质渗透特性渗流场孔隙发育
分类号: TD80
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

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

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第一章绪论  10-23
  1．1 引言  10-11
  1．2 溶浸采矿的实质和意义  11-12
  1．3 国内外研究现状  12-21
    1．3．1 溶浸采矿的发展历史和研究现状  12-13
    1．3．2 堆浸法的发展历史和研究现状  13-14
    1．3．3 堆浸工艺实践应用的研究现状  14-17
    1．3．4 散体介质渗透系数的研究现状  17-20
    1．3．5 国内外研究现状简要评述  20-21
  1．4 研究内容、方法和意义  21-23
第二章散体介质及其主要物理力学性质  23-35
  2．1 散体的基本性质  23
  2．2 散体的基本概念  23-28
    2．2．1 散体密度  23-24
    2．2．2 散体的结构  24-25
    2．2．3 散体的孔隙率、孔隙比和压实度  25-26
    2．2．4 散体的湿度及含水性质  26-28
  2．3 散体的级配特征  28-34
    2．3．1 散体颗粒的粒径  28-29
    2．3．2 散体粒径的分布特征  29-34
  2．4 散体介质的渗透特性  34
  2．5 本章小结  34-35
第三章矿岩散体介质中渗流规律的研究  35-45
  3．1 渗流基本定律的研究  35-38
    3．1．1 从颗粒粒径方面进行研究  36
    3．1．2 从水流形态方面进行研究  36-37
    3．1．3 从雷诺数Re入手进行研究  37
    3．1．4 普遍适用的渗流经验关系  37-38
  3．2 矿岩散体介质渗透系数的确定方法  38
  3．3 矿岩散体介质中的渗流规律  38-40
  3．4 矿岩散体介质中的渗流场分析研究  40-44
    3．4．1 控制微分方程  40-42
    3．4．2 应力场变化对渗流场影响的分析  42-44
  3．5 本章小结  44-45
第四章矿岩散体介质的渗透特性试验研究  45-82
  4．1 概述  45-46
    4．1．1 试验背景  45-46
    4．1．2 原料来源及其性质分析  46
  4．2 试验装置及原理  46-50
    4．2．1 试验装置  46-49
    4．2．2 试验原理  49-50
  4．3 矿岩散体介质的渗透特性试验研究  50-71
    4．3．1 均匀设计法的引入  50-52
    4．3．2 试验过程  52-53
    4．3．3 试验结果及分析  53-66
    4．3．4 矿岩散体介质渗透系数的影响因素分析  66-71
  4．4 德兴铜矿氧化矿酸浸试验研究  71-80
    4．4．1 酸浸试验装置、仪器、设备及药品  71
    4．4．2 氧化矿硫酸浸出原理与方法  71-72
    4．4．3 柱浸过程中渗透特性试验结果及分析  72-79
    4．4．4 柱浸过程中即时取样结果及分析  79-80
  4．5 本章小结  80-82
第五章堆浸工艺中矿岩散体介质孔隙发育的模型研究  82-94
  5．1 孔隙的类型及特征  82-83
  5．2 国内外堆浸模型研究概述  83-87
    5．2．1 混合矿物与混合溶剂的浸出模型  83-84
    5．2．2 简单扩散模型  84-85
    5．2．3 从球形颗粒中浸出多种固体反应物的数学模型  85-86
    5．2．4 堆浸过程中渗流模型  86-87
  5．3 矿岩散体介质中孔隙的发育机理  87-89
  5．4 矿岩散体介质中的孔隙发育模型  89-93
    5．4．1 孔隙率和有效孔隙率  89-90
    5．4．2 孔隙发育控制方程  90-93
  5．5 本章小结  93-94
第六章矿堆中渗流规律的数值模拟及其应用研究  94-112
  6．1 FLUENT流体计算软件  94-98
    6．1．1 Fluent软件简介  94
    6．1．2 Fluent软件的组成及其功能模块说明  94-97
    6．1．3 Fluent程序可以求解的问题  97
    6．1．4 用Fluent程序求解问题的步骤  97-98
    6．1．5 Fluent及其特性  98
  6．2 多孔介质条件下主要参数的确定方法  98-100
    6．2．1 多孔介质的动量方程  98-99
    6．2．2 多孔介质的内部损失  99
    6．2．3 多孔介质中能量方程的处理  99-100
    6．2．4 多孔介质的有效传导率  100
  6．3 矿堆高度对渗流场影响的数值模拟分析  100-108
    6．3．1 计算模型的选取  100
    6．3．2 计算参数的确定  100
    6．3．3 边界条件的确定  100-101
    6．3．4 矿堆高度对渗流场影响的计算结果分析  101-104
    6．3．5 孔隙率对渗流场影响的计算结果分析  104-108
  6．4 提高矿堆渗透性的措施研究  108-111
    6．4．1 筑堆方式的改进  108-109
    6．4．2 矿堆内设增渗器物  109
    6．4．3 布液方式的改进  109-111
  6．5 本章小结  111-112
第七章全文总结  112-115
参考文献  115-122
致谢  122-123
攻读硕士学位期间主要研究成果  123

堆浸工艺中矿岩散体介质的渗透特性试验研究

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