多相多场条件下浸矿体系响应机制及其过程调控

本项目针对我国迫切需要开发的低品位金属矿溶浸开采技术展开深入的基础理论研究工作，主要研究内容包括：（1）基于数字图像和三维重构技术描述矿岩孔裂隙网络结构特征，建立孔裂隙网络空间模型；（2）建立渗透系数与孔隙连通度之间的关系，探明气-液两相渗流特性及耦合机制，研究两相流对氧气和热量传输规律的影响；（3）研究固-液相互作用规律，探讨固-液作用下矿物溶解-迁移-沉淀、微细颗粒运移、微生物生长繁殖、孔裂隙结构及渗透性能演变规律；（4）研究温度场作用下溶液渗流和溶质迁移的变化规律、浓度场对浸出速率的影响规律、渗流场对微生物和热量迁移的影响特征，综合分析温度场、浓度场、渗流场耦合作用机理；（5）建立多相多场条件下浸出体系动态响应模型，并提出细观浸出环境的优化调控措施。本项目将形成多相多场条件下浸出体系响应理论及过程调控技术原型，为低品位金属矿溶浸开采提供理论指导。

本项目针对我国迫切需要开发的低品位金属矿溶浸开采技术为背景，综合运用散体力学、渗流力学、岩石力学、生物化学、表面物理化学等多学科知识，围绕多相多场条件下浸出体系响应机制及其过程调控展开基础理论研究工作，主要取得了以下研究进展：.（1）开展了浸出体系孔裂隙网络结构表征研究。基于矿岩散体CT扫描、数字图像处理技术，描述了矿岩散体孔裂隙网络结构特征；通过进行浸出前后矿柱及矿石颗粒的扫描图像对比分析，探明了浸出过程中散体孔隙结构以及矿石颗粒微结构演化规律；基于三维重构技术，建立了矿岩散体孔裂隙三维网络空间数字模型。.（2）研究了气液两相条件下浸出体系响应机制。分析了非饱和矿堆内气液分界面张力、亚饱和矿堆内气泡输送规律以及气液界面质量传输规律；通过气液非饱和渗流实验，得到了不动水率和粒径的关系以及出液率和喷淋强度的关系；进行了连续和间断供气浸矿实验，揭示了氧及二氧化碳对浸矿过程影响规律以及气体对流速率对矿岩浸出速率的影响规律。.（3）获得了固液相互作用下浸出过程的响应特征。通过对比矿石浸出前后孔隙面积比、颗粒圆度、孔隙定向排列、颗粒联结形式等特征参数变化，得到了酸浸环境下颗粒群结构演化规律；对浸出体系溶质迁移过程进行了研究，得到了细、中、粗三种粒级矿石溶质穿透曲线；优选出了防垢效果较好的新型防垢剂，并对其防垢机理进行了分析；基于毛细上升试验得到了含水率-毛细吸力特性曲线，并建立了基于毛细吸力的非饱和渗流模型。.（4）进行了多因素条件下微生物浸矿响应机理分析。通过进行不同温度下柱浸试验和搅拌浸出试验，得到了温度对微生物浸矿行为的影响规律；获得了不同温度及菌种对铜浸出率的影响规律、不同浸矿菌种对电位和pH的影响规律，并探明了温度对浸矿体系中微生物种群结构变化的影响规律；考察了浸出液中钙镁离子浓度变化对溶液性质、细菌数量和浸出率的影响规律，并分析了Fe3+/Fe2+对生物浸出过程的影响规律。.（5）建立了多相多场条件下浸出体系的动态响应模型，并提出了浸出过程的调控措施。成功研制浸矿细菌细菌智能培育系统和多功能自动控制六联柱浸系统；分析了浸出体系多相介质相互作用机理，并建立了耦合渗流和反应的热量传递模型；实现了颗粒内部溶液传质过程、矿岩散体间孔隙流和矿堆浸出多过程耦合的数值模拟；提出了三种浸出体系过程调控措施，分别为电场强化渗流、应力波强化渗流以及高含泥氧化矿分层分级筑堆技术。