外加电场对细粒散体中溶浸液渗流特性的影响机制

Focused on the issues of low-permeability, fine-grain ore heap leaching, especially on theoretical aspect, this project develops an electric field intensified seepage apparatus and establishes an electric - fluid flow - pore and fracture evolution coupled leaching model, aiming to reveal the mechanism of electric field's effect on flow through fine-grain ore heap. Based on the theories of electrokinetics, granular dynamics, fluid mechanics in porous medium, rock mechanics and biochemistry, researches are conducted with respect to ore's electrical properties, pore and fracture evolution, solution seepage, physical chemistry reaction features and the electric field coupled solid-liquid system; the fluid flow response mechanism under the effects of electric field, reaction and deformation is then discovered.An quantitive description of the fluid flow in the fine-grain leaching system under electric field is obtained, which provides foundation of regulation and control on the fluid flow and acts as theoretical guidance for solving the low permeability issues of heap leaching. The achievements of this project will promote the development leaching mining.

本项目主要针对目前低渗透性细粒散体浸堆浸出过程面临的问题，尤其是基础理论研究方面的问题，综合运用动电理论、散体动力学、渗流力学、岩石力学和生物化学等多学科知识，研制一套电场强化渗流多功能试验装置，对电场作用下矿岩的电学性质、散体中孔裂隙的演化规律、溶液渗流动力特性、物理化学反应特性、固-液-电动态耦合机理开展系统研究，建立电场-渗流场-孔隙演化场耦合作用下的溶浸液渗流模型，探寻电场作用下浸出过程中溶浸液渗流动力响应特征，揭示流动-反应-变形耦合过程中外加电场对细粒散体中溶浸液流动特性的影响机制，最后提出电场强化细粒散体中溶浸液渗流技术原型。本项目将对电场作用下细粒散体浸出体系中溶浸液的渗流特性进行定量表征，实现电场对细粒散体堆浸体系中溶浸液渗流行为的调节与控制。为解决堆浸体系中渗透性差的技术难题提供理论指导，推动金属矿溶浸开采技术的进步。

我国矿产资源存在品位低、复杂难处理以及中小型矿居多等显著特点。这些因素决定了在采用传统选冶工艺处理这些矿产资源时，效率差、流程长、成本高、污染重、回收率低。溶浸采矿是利用某些化学溶剂及微生物，有选择性地溶解、浸出和回收矿床、矿石或废石中有用组份的一种采矿方法。由细粒散体组成或者部分细粒散体组成的堆体，由于渗流速度慢、渗流不均匀造成表面溶浸液积聚现象，导致浸出效率低，这在很大程度上限制了堆浸技术的应用与推广。本项目主要针对目前低渗透性细粒散体浸堆浸出过程面临的问题，尤其是基础理论研究方面的问题，综合运用动电理论、散体动力学、渗流力学、岩石力学和生物化学等多学科知识，开展了外加电场作用下溶浸液在细粒散体中渗流机制研究。主要研究内容有（1）细粒散体中电场作用对溶浸液渗流特性影响试验研究（2）电场对浸出体系中溶浸液渗流作用机理研究（3）孔隙演化规律对电场作用效果的影响（4）数值模拟等。. 通过本项目的研究，研制了一套电场强化渗流多功能试验装置，对电场作用下矿岩的电学性质、散体中孔裂隙的演化规律、溶液渗流动力特性、物理化学反应特性、固-液-电动态耦合机理开展系统的研究，研究结果表明：矿物颗粒周围产生电场，对水溶液中的水化阳离子产生吸附作用，在体系中施加电压而将原有的静电平衡打破，可以达到排出弱结合水的效果电场作用下细粒散体中不动水率从91%降低到82%；建立了电场-渗流场-孔隙演化场耦合作用下的溶浸液渗流模型，探寻了电场作用下浸出过程中溶浸液渗流动力响应特征，揭示了流动-反应-变形耦合过程中外加电场对细粒散体中溶浸液流动特性的影响机制；最后提出了电场强化细粒散体中溶浸液渗流技术原型，并获得发明专利。. 本项目对电场作用下细粒散体浸出体系中溶浸液的渗流特性进行了定量表征，实现了电场对细粒散体堆浸体系中溶浸液渗流行为的调节与控制。为解决堆浸体系中渗透性差的技术难题提供了理论指导，推动了金属矿溶浸开采技术的进步。