高海拔地区氰化提金生物氧化预处理过程氧化还原电位预估方法研究

As one of the most competitive and developmental technology in the 21st century, biological oxidation of gold is a research hotspot in biological metallurgy. Oxidation reduction potential (ORP) is an important parameter of the biological oxidation pretreatment process in this technology. More critically, it is the main factor to affect the process control and operation optimization at high altitude. In high altitude area, there are characteristics of low pressure, small air density, and large temperature difference between day and night and so on. The influence of these characteristics to ORP can lead to hardly optimize the process control and operation parameters. In order to solve these problems, this project studies the ORP prediction methods of biological oxidation pretreatment process. First, the reaction mechanism between mineral and bacteria is studied and the kinetic model for ORP at high altitude is proposed based on electrochemistry and reaction kinetics. Then, the time-space finite volume method, finite element method and computational fluid mechanics are studied respectively. On this basis, the model of temperature field distribution in oxidation tank and the model of air distribution in ore pulp are established. Finally, the relationships among the above models are analyzed, and the ORP dynamic prediction model of the biological oxidation pretreatment process and the optimization method of its parameters are studied. The proposed methods and models are verified by experimental simulation and industrial application analysis. The research is significant to improve efficiency and reduce production cost in biological oxidation pretreatment process at high altitude.

生物氧化提金工艺作为21世纪最具竞争力和发展力的工艺之一，是生物冶金领域的研究热点。氧化还原电位(oxidation reduction potential, ORP)是该工艺预处理过程中的重要参数，更是影响高海拔地区该工艺控制和操作优化的主要因素。本课题针对高海拔地区氧化还原电位易受空气密度、昼夜温差等环境因素影响的问题，开展生物氧化预处理过程ORP预估方法的研究。主要内容包括（1）基于电化学和反应动力学原理，系统地研究生物与矿浆间的作用机理，提出高海拔地区ORP动力学建模方法；（2）应用有限元、时空有限体积法以及计算流体力学，分别建立氧化槽内不确定温度场分布模型和矿浆空气分布模型；（3）研究上述模型间关联关系，建立生物氧化预处理过程ORP动态预估模型及其参数优化算法。本课题成果对于提高高海拔地区生物氧化预处理工艺的处理效率、降低成本具有重要意义。

本项目围绕“高海拔地区氰化提金生物氧化预处理过程氧化还原电位预估方法研究”这一主题，开展氧化还原电位(oxidation reduction potential, ORP) ORP预估方法的研究。在生物氧化提金过程中实时数据预处理技术、高海拔地区ORP动力学模型建立、高海拔地区多域界面的ORP关键影响参数、高海拔地区多变量ORP动态预估模型研究等方面取得了重要进展。重点研究了生物氧化预处理过程中ORP预测问题，以现场采集数据作为研究依据，通过分析氧化槽内生物化学反应物的组成，确立了氧化槽内气液混合相的密度机理模型，通过GAMBIT软件，构造了氧化槽设备的三维立体模型，进行了精细的网格划分，对模拟真实工业反应设定了边界条件；通过ANSYS软件，导入氧化槽设备的三维立体模型，设置好物性参数条件并进行高精度的数值模拟计算，最终得到氧化槽内进气量与气液混合相的流场关系；对高海拔地区ORP动力学模型的研究，克服学科跨度大的难题，通过研究直接作用机理、间接作用机理和联合作用机理确立其动力学模型；建立基于时空域的温度场分布模型，制定生物氧化槽内温度的控制策略；在温度场模型的基础上，增加外界作用载荷构建了不确定温度场模型，采用有限元法进行温度场分析，使用FLUENT模拟温度场的分布；针对氧化槽进气量的在线预测问题，提出一种基于最优加权的进气量智能集成预测模型，实验结果表明智能集成模型的预测精度高于任一单一预测模型，有效预测氧化槽进气量；建立ORP小波神经网络预测模型，实现基于神经网络建模方法对ORP的建模预测；建立了一种组合模型进行ORP预测，这种模型由支持向量回归机和自回归滑动平均模型组合而成，并采用信息熵的方法将基于小波神经网络和支持向量机的建模方法智能集成，得到ORP智能集成预测模型，对高海拔地区的生物氧化预处理过程操作和控制优化具有重要的指导意义。共发表论文21篇，其中国际SCI收录的论文1篇，EI收录的论文1篇，国内核心期刊论文19篇，授权国家专利3项，另有1项发明专利处于实质审查阶段。共培养研究生21人，其中已毕业13人，在读8人。