堆浸体系多相介质协同作用机制研究

针对低品位金属矿堆浸过程存在渗透性差、浸出率低等技术难题，以促进浸出体系多相介质协同作用为目的，主要开展以下研究工作：（1）基于CT技术、数字图像处理和三维重构技术，建立矿堆孔网结构数值模型和物理模型，分析矿物溶解、沉淀、迁移等对孔隙结构演变规律的影响；（2）基于粒子成像测速技术，实现矿堆溶液渗流场的可视化表征，研究溶液流速、通风强度对矿堆内连续气相和封闭气泡运动规律的影响；（3）通过开展矿岩浸出固液耦合作用室内实验，揭示浸出反应生成物、反应物在固-液界面处的传递规律，分析浸出过程固液耦合作用规律及反馈机制；（4）通过探明堆浸体系溶液渗流、溶质迁移、热量传递、浸出反应等过程的耦合规律，探讨浸出体系多相介质协同作用机理；（5）建立堆浸体系渗流-传质-传热-反应全耦合模型，借助多场耦合数值分析软件，确定浸出体系多相介质协同作用的关键影响因子及其影响水平，提出优化细观浸出环境的调控措施。

本项目针对低品位金属矿堆浸过程存在渗透性差、浸出率低等技术难题，以促进浸出体系多相介质协同作用为目的，综合运用散体力学、渗流力学、岩石力学、物理化学等多学科知识展开了实验研究和理论分析工作，主要取得了以下研究进展：.（1）获得了堆浸体系孔网细观结构特征及其演变规律。基于CT技术和三维重构技术，建立浸出柱内矿岩散体的细观结构数值模型；通过对比浸出前后矿岩散体细观结构，探明了浸矿过程中矿堆孔隙结构演变规律，分析了浸出过程矿物溶解、沉淀、迁移等对矿堆孔隙结构演变的影响规律。.（2）开展了堆浸体系气液两相渗流过程可视化表征研究。基于粒子成像测速技术（PIV）和细观孔隙物理模型，测定了矿堆内溶液渗流速度及其分布情况，实现堆内渗流场的可视化表征；进行了充气条件下堆内气泡输送动力学分析，并得到了临界气泡直径与矿石平均直径的关系，同时探究了气液界面质量传输规律。.（3）探究了浸出过程固液耦合作用及反馈机制。利用扫描电镜和能谱分析，分析了矿石浸出前后形貌和表面元素差异，并对矿堆内不同深度矿石颗粒进行对比，得到了浸出过程矿石颗粒表面矿物溶解和迁移规律；得到了不同浸出时间条件下矿石破裂特征，分析了溶液对矿石的侵蚀机理，并讨论了浸出过程矿石力学损伤机理。.（4）分析了堆浸体系多相介质协同作用机理。研究了浸出反应和溶质传递对溶液渗流过程的影响机制，并建立了传质和反应耦合作用下的渗流方程；探明了浓度梯度和温度梯度作用下的溶质迁移规律，建立了渗流和温度耦合作用下的传质方程；分析了溶液渗流和浸出反应对热量传递规律的影响，建立了渗流和反应耦合作用下的传热方程。.（5）建立了浸出过程渗流-传质-传热-反应全耦合模型并提出了调控机制。基于浸出动力学、渗流力学、传热传质学等理论，以溶液流速、溶质浓度、温度和孔隙率为主要变量，建立了浸出过程渗流-传质-传热-反应全耦合模型；借助多场耦合数值分析软件，对宏观矿堆浸出过程进行了耦合模拟；提出了优化浸出环境的调控措施，形成了矿岩介质强化浸出技术原型。