充气强化的微生物浸出试验研究

论文摘要

溶浸采矿技术,尤其是微生物浸出技术能够较好回收低品位矿物中的有用成分,拓宽了地下矿产资源的利用范围,为满足世界日益增长的金属需求开辟了新的途径。然而,该技术对低品位原生硫化铜矿浸出速度慢、浸出率低的问题一直无法从根本上得到解决。论文结合国家“973”重点基础研究发展规划项目“微生物浸出体系多因素强关联”（2004CB619205）、国家杰出青年科学基金项目“散体多相介质中多级渗流传质的动力学研究”（50325415）和国家自然科学基金项目“应力波作用下溶浸液在堆浸散体介质中的流动机理研究”（50574099）等科研课题的部分研究内容,以改善低品位难浸硫化矿物的浸出效果为目的,以德兴铜矿硫化矿物为研究对象,通过理论分析、室内试验、数值模拟等方法,以充气强化微生物浸出技术研究为主线,主要完成了如下研究工作:（1）从浸出化学和矿物学的角度阐述了硫化矿物的微生物浸出机理,介绍了适合浸矿的微生物种类及其生长特性,总结了目前国内外影响最大的几种关于微生物作用原理的学说,对气液两相渗流理论进行了总结和分析。（2）开展了微生物浸出的充气强化试验,主要考察了含气率、孔隙结构、气泡尺寸等三因素对浸出率、细菌浓度、总铁浓度等指标的综合影响,探明了各因素的主次关系以及因素和指标之间的内在联系,并得出了表征孔隙率、充气速度、气嘴尺寸和Cu2+浓度之间关系的回归方程。（3）引入了中高温堆浸概念,围绕矿堆模型进行了温度场分析,研究了充气强化在中高温堆浸技术中的作用以及中高温堆浸所需的新工艺和新措施,系统描述了中高温堆浸技术的基本工艺流程和操作步骤。（4）运用COMSOL Multiphysics数值模拟软件对充气强化堆浸过程进行了数值模拟,对比分析了常规堆浸与充气强化堆浸过程中渗流场和溶氧分布的特性,验证了试验结果的准确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 溶浸采矿技术简介
• 1.2.1 溶浸采矿的定义及分类
• 1.2.2 原地浸矿法
• 1.2.3 就地破碎浸矿法
• 1.2.4 搅拌浸矿法
• 1.2.5 堆置浸矿法
• 1.3 堆浸技术研究现状及发展趋势
• 1.3.1 堆浸工艺技术的应用
• 1.3.2 堆浸理论的研究现状
• 1.3.3 微生物堆浸工艺技术研究现状
• 1.3.4 强化浸出技术研究现状
• 1.3.5 堆浸工艺主要技术难题
• 1.4 研究目的及研究内容
• 第二章 微生物浸出机理及气液两相渗流理论
• 2.1 微生物浸出
• 2.1.1 硫化矿物的微生物浸出机理
• 2.1.2 微生物种类及生长特性
• 2.1.3 微生物作用机理
• 2.2 气液两相渗流理论
• 2.2.1 气体渗流的基本微分方程
• 2.2.2 液体渗流的基本微分方程
• 2.2.3 气液两相流中的气泡合并
• 2.2.4 气一液两相体系的有效分子粘度
• 2.2.5 动量交换模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 充气强化微生物柱浸试验
• 3.1 前言
• 3.2 试验原理
• 3.2.1 试验因素与指标
• 3.2.2 含气率和气泡尺寸影响试验原理
• 3.2.3 孔隙结构与充气效果影响的试验原理
• 3.3 试验设计
• 3.3.1 试验设计方法
• 3.3.2 试验水平数
• 3.4 试验装置及材料
• 3.4.1 试验矿物
• 3.4.2 充气强化微生物浸出装置
• 3.4.3 渗透速度测定装置
• 3.4.4 细菌浓度测定设备
• 3.4.5 其他测定仪器
• 3.5 试验过程及结果
• 3.5.1 试验前期准备
• 3.5.2 试验步骤
• 3.5.3 试验测试结果
• 3.6 结果分析与讨论
• 3.6.1 直观分析
• 3.6.2 回归分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 充气强化的中高温堆浸技术工艺研究
• 4.1 前言
• 4.2 充气强化浸出的矿堆温度场分析
• 4.2.1 充气强化浸出的矿堆模型
• 4.2.2 浸出反应热分析
• 4.2.3 溶浸液热量变化分析
• 4.2.4 矿堆散热分析
• 4.2.5 矿堆温度场分析
• 4.3 充气强化中高温堆浸的工艺措施
• 4.3.1 滴灌布液
• 4.3.2 保温板
• 4.3.3 太阳能加热系统
• 4.3.4 底部结构
• 4.4 中高温堆浸工艺
• 4.4.1 堆浸场地选择
• 4.4.2 底部结构施工
• 4.4.3 矿石准备
• 4.4.4 筑堆
• 4.4.5 矿堆外部工程
• 4.4.6 工艺流程
• 4.5 本章小结
• 第五章 充气强化堆浸的数值模拟
• 5.1 前言
• 5.2 COMSOL Multiphysics计算软件简介
• 5.2.1 COMSOL的功能模块
• 5.2.2 一般求解步骤
• 5.2.3 软件优点
• 5.3 充气强化浸出过程基本方程
• 5.3.1 浓度分布方程
• 5.3.2 渗流扩散方程
• 5.3.3 氧气对流扩散方程
• 5.3.4 热平衡方程
• 5.4 充气强化浸出过程数值模拟
• 5.4.1 浸出过程基本参数
• 5.4.1 充气强化堆浸过程渗流场数值模拟
• 5.4.2 充气强化堆浸过程溶氧分布数值模拟
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果
• 1 发表论文
• 2 参与科研项目
• 3 获得奖励