本文關(guān)鍵詞：硫化銅礦生物堆浸氣體滲流規(guī)律及通風(fēng)強(qiáng)化浸出機(jī)制

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【摘要】：生物堆浸是處理低品位硫化銅礦的可靠技術(shù),其本質(zhì)是利用含菌溶液將固態(tài)金屬礦物氧化成液態(tài)金屬鹽溶液的過程,其中,氧氣滲入礦堆并參與礦物溶解反應(yīng)及微生物生長是礦石有效浸出的關(guān)鍵步驟。為解決堆內(nèi)氧氣濃度低這一難題,本文提出強(qiáng)制通風(fēng)的技術(shù)思路,采用物理試驗、數(shù)學(xué)建模、機(jī)理分析、數(shù)值模擬、工程調(diào)控等手段,圍繞硫化銅礦生物堆浸場的氣體滲流規(guī)律與通風(fēng)強(qiáng)化浸出機(jī)制進(jìn)行了初步研究,主要研究工作包括：(1)開展礦堆氣體滲透系數(shù)影響因素試驗。組裝了礦堆氣體滲透系數(shù)測試裝置,考察了不同通風(fēng)強(qiáng)度、含水率、孔隙率、粉礦含量與壓實密度條件下礦堆水平、垂直方向氣體滲透系數(shù),發(fā)現(xiàn)了礦堆氣體滲流各向異性特征,探明了以上因素對氣體滲透系數(shù)的影響規(guī)律。(2)完成不同通風(fēng)強(qiáng)度下的硫化銅礦生物柱浸試驗。利用分離、馴化的At. ferrooxidans開展強(qiáng)制通風(fēng)生物柱浸試驗,結(jié)果表明通風(fēng)后浸出末期溶液滲流速率比自然通風(fēng)高18.3%以上,提高了礦堆中下部孔隙率。通風(fēng)強(qiáng)度60L/h時微生物濃度始終106個/mL,Cu浸出率比0-20 L/h時高約10%。通風(fēng)時礦堆氧氣利用系數(shù)1.59-10.4%,且隨通風(fēng)強(qiáng)度的增大而降低。(3)建立并求解強(qiáng)制通風(fēng)條件下的堆場氣體滲流模型。明確了氣體滲流場特征及滲流機(jī)理,建立了堆場氣體滲流模型,給出了堆場氣體穩(wěn)定、非穩(wěn)定滲流場的任一時間、任一深度的氣壓力求解方法。推導(dǎo)了通風(fēng)時的氣體滲流速率方程,劃分了礦堆四種氣液形態(tài),確定了合理的通風(fēng)施工氣壓。(4)闡明強(qiáng)制通風(fēng)強(qiáng)化硫化銅礦浸出的作用機(jī)制。建立了考慮微氣流作用的堆場熱量平衡方程,推導(dǎo)了強(qiáng)制通風(fēng)時堆場豎直方向上的微生物遷移模型,提出“堆場有效風(fēng)量率”概念并用于定量評估強(qiáng)制通風(fēng)效率,并剖析了通風(fēng)對硫化銅礦浸出的化學(xué)、生物微觀作用過程。(5)實現(xiàn)硫化銅礦通風(fēng)強(qiáng)化浸出滲流場、速度場及溫度場的多場耦合數(shù)值模擬。采用COMSOL Multiphysics模擬生物堆浸過程,發(fā)現(xiàn)了不同通風(fēng)強(qiáng)度、不同噴淋速率與通風(fēng)強(qiáng)度比值條件下礦堆氣體滲流速率、氧氣濃度、溫度及礦石浸出率的分布特征與變化規(guī)律。(6)優(yōu)化強(qiáng)制通風(fēng)初級技術(shù)與調(diào)控措施。補充了強(qiáng)化空氣自然對流及堆底強(qiáng)制通風(fēng)的初級技術(shù)；大型堆場通風(fēng)浸出工業(yè)模擬表明,堆場有效風(fēng)量率為21.4-27%,微生物生長耗氧量為礦石化學(xué)反應(yīng)耗氧量的20-50%。
【關(guān)鍵詞】：硫化銅礦 生物堆浸 氣體滲流規(guī)律 強(qiáng)制通風(fēng) 浸出機(jī)制
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD862.1
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 1 緒論13-28
• 1.1 課題來源與選題意義13-14
• 1.1.1 課題來源13
• 1.1.2 選題目的13
• 1.1.3 選題意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外銅礦資源分布與堆浸現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 國內(nèi)外銅礦資源分布現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 國內(nèi)外銅礦資源利用現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 國內(nèi)外銅礦生物堆浸發(fā)展情況16-20
• 1.3 堆場氣體滲流規(guī)律及通風(fēng)強(qiáng)化浸出發(fā)展現(xiàn)狀20-23
• 1.3.1 堆場氣體滲透特性研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3.2 堆場氣體滲流規(guī)律研究進(jìn)展21-22
• 1.3.3 通風(fēng)強(qiáng)化浸出在生物堆浸中的應(yīng)用現(xiàn)狀22-23
• 1.4 堆場氣體滲流與通風(fēng)強(qiáng)化浸出面臨的問題23-25
• 1.4.1 堆浸過程礦堆滲透特性變化劇烈23-24
• 1.4.2 堆場氣液形態(tài)不斷發(fā)生演化24
• 1.4.3 缺少礦堆浸出過程的氣體滲流模型24-25
• 1.4.4 通風(fēng)強(qiáng)化礦石浸出作用機(jī)制復(fù)雜25
• 1.5 主要研究內(nèi)容與技術(shù)路線25-28
• 1.5.1 主要研究內(nèi)容25-26
• 1.5.2 技術(shù)路線26-28
• 2 礦堆氣體滲透系數(shù)影響因素試驗28-40
• 2.1 引言28
• 2.2 試驗材料與方法28-32
• 2.2.1 礦石試樣28-29
• 2.2.2 試驗裝置29-30
• 2.2.3 試驗方案30-31
• 2.2.4 試驗過程31-32
• 2.2.5 檢測方法32
• 2.3 試驗結(jié)果與討論32-39
• 2.3.1 通風(fēng)強(qiáng)度對氣體滲透系數(shù)的影響32-33
• 2.3.2 含水率對氣體滲透系數(shù)的影響33-34
• 2.3.3 孔隙率對氣體滲透系數(shù)的影響34-35
• 2.3.4 粉礦含量對氣體滲透系數(shù)的影響35-36
• 2.3.5 壓實密度對氣體滲透系數(shù)的影響36-37
• 2.3.6 氣體滲透方向與滲透系數(shù)關(guān)系37-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 3 強(qiáng)制通風(fēng)條件下硫化銅礦生物柱浸試驗40-60
• 3.1 引言40-41
• 3.2 試驗材料與方法41-49
• 3.2.1 礦石試樣41
• 3.2.2 浸礦微生物41-43
• 3.2.3 試驗儀器與設(shè)備43-47
• 3.2.4 試驗方案47-48
• 3.2.5 試驗過程48-49
• 3.2.6 檢測與計算方法49
• 3.3 試驗結(jié)果與討論49-58
• 3.3.1 浸出過程pH、電位變化規(guī)律49-51
• 3.3.2 礦堆滲流速率變化規(guī)律51-52
• 3.3.3 浸出前后礦堆孔隙率變化規(guī)律52-53
• 3.3.4 浸礦微生物濃度變化規(guī)律53-54
• 3.3.5 浸出過程TFe及Fe~(2+)濃度變化規(guī)律54-56
• 3.3.6 浸出過程Cu浸出率變化規(guī)律56-57
• 3.3.7 浸出過程氧氣利用系數(shù)分析57-58
• 3.4 本章小結(jié)58-60
• 4 堆場氣體滲流機(jī)理與滲流規(guī)律60-81
• 4.1 堆場氣體滲流場特征與滲流機(jī)理60-65
• 4.1.1 堆場氣體滲流場特征60-62
• 4.1.2 堆場氣體滲流機(jī)理62-65
• 4.2 堆場氣體滲流模型65-69
• 4.2.1 模型假設(shè)65
• 4.2.2 氣體滲流控制方程65-67
• 4.2.3 堆場氣體滲流模型67-69
• 4.3 堆場氣體穩(wěn)定滲流場求解69-72
• 4.3.1 自然通風(fēng)條件下氣體滲流解69-70
• 4.3.2 強(qiáng)制通風(fēng)條件下氣體滲流解70-72
• 4.4 堆場氣體非穩(wěn)定滲流場求解72-76
• 4.5 堆場氣體滲流速率與通風(fēng)氣壓關(guān)系76-77
• 4.6 堆場氣液形態(tài)與通風(fēng)氣壓關(guān)系77-79
• 4.7 本章小結(jié)79-81
• 5 硫化銅礦通風(fēng)強(qiáng)化浸出機(jī)制81-115
• 5.1 引言81
• 5.2 堆浸體系氧傳質(zhì)與氣泡動力學(xué)81-89
• 5.2.1 堆浸生物系統(tǒng)中氧傳質(zhì)途徑82
• 5.2.2 強(qiáng)制通風(fēng)條件下堆場中的氧傳質(zhì)82-84
• 5.2.3 堆場中氣泡尺寸與形態(tài)84-86
• 5.2.4 堆場中氣泡受力分析86-88
• 5.2.5 強(qiáng)制通風(fēng)條件下氣泡上升動力學(xué)88-89
• 5.3 強(qiáng)制通風(fēng)條件下堆場傳熱規(guī)律89-95
• 5.3.1 自然通風(fēng)條件下的堆場熱量平衡89-92
• 5.3.2 強(qiáng)制通風(fēng)對堆場傳熱的影響92-93
• 5.3.3 堆場溫度分布的空間異質(zhì)性93-95
• 5.4 強(qiáng)制通風(fēng)對浸礦微生物遷移的影響95-100
• 5.4.1 浸礦微生物遷移機(jī)制與影響因素95-97
• 5.4.2 豎直方向微生物遷移與分布特征97-100
• 5.5 通風(fēng)強(qiáng)化礦石浸出作用機(jī)制100-113
• 5.5.1 硫化銅礦化學(xué)反應(yīng)需氧量100-104
• 5.5.2 浸礦微生物生長需氧量104-107
• 5.5.3 堆場有效風(fēng)量率107-109
• 5.5.4 強(qiáng)制通風(fēng)對硫化銅礦浸出的作用過程109-113
• 5.6 本章小節(jié)113-115
• 6 硫化銅礦通風(fēng)強(qiáng)化浸出數(shù)值模擬115-132
• 6.1 引言115
• 6.2 COMSOL Multiphysics簡介115-117
• 6.3 模擬條件與過程117-121
• 6.3.1 基本假設(shè)117
• 6.3.2 控制方程117-119
• 6.3.3 模擬方案119
• 6.3.4 物理模型119-121
• 6.3.5 邊界條件121
• 6.4 不同通風(fēng)強(qiáng)度下的硫化銅礦浸出121-125
• 6.4.1 堆場氧氣濃度及氣流速度分布121-123
• 6.4.2 堆場溫度分布123-124
• 6.4.3 Cu浸出率124-125
• 6.5 不同噴淋速率與通風(fēng)強(qiáng)度比值的硫化銅礦浸出125-131
• 6.5.1 堆場氧氣濃度及氣流速度分布126
• 6.5.2 溫度分布及其空間異質(zhì)性126-129
• 6.5.3 Cu浸出率129-131
• 6.6 本章小結(jié)131-132
• 7 通風(fēng)強(qiáng)化浸出技術(shù)調(diào)控與工程應(yīng)用132-152
• 7.1 通風(fēng)強(qiáng)化浸出技術(shù)分類132-133
• 7.2 強(qiáng)化堆場氣體自然對流133-138
• 7.2.1 筑堆方法選擇133
• 7.2.2 控制入堆礦石粒徑133-135
• 7.2.3 優(yōu)化布液方式與布液制度135-136
• 7.2.4 溶浸液充氣入堆136-137
• 7.2.5 改善堆場滲透性137-138
• 7.3 硫化銅礦堆浸的強(qiáng)制通風(fēng)技術(shù)138-146
• 7.3.1 堆場底部結(jié)構(gòu)138-140
• 7.3.2 強(qiáng)制通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)布置140-141
• 7.3.3 強(qiáng)制通風(fēng)設(shè)備選擇141-142
• 7.3.4 強(qiáng)制通風(fēng)監(jiān)測指標(biāo)142-145
• 7.3.5 強(qiáng)制通風(fēng)調(diào)控措施145-146
• 7.4 強(qiáng)制通風(fēng)技術(shù)工業(yè)應(yīng)用146-151
• 7.4.1 礦山概況146-147
• 7.4.2 堆場強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計147-149
• 7.4.3 強(qiáng)制通風(fēng)浸出模擬結(jié)果149-151
• 7.5 本章小結(jié)151-152
• 8 結(jié)論與展望152-157
• 8.1 主要結(jié)論152-155
• 8.2 創(chuàng)新點155-156
• 8.3 研究展望156-157
• 參考文獻(xiàn)157-171
• 作者簡歷及在學(xué)研究成果171-174
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集174

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 孫業(yè)志,吳愛祥,黎劍華;微生物在銅礦溶浸開采中的應(yīng)用[J];金屬礦山;2001年01期

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本文編號：801943