矿堆非饱和渗流中的界面作用

为探明矿堆非饱和浸出渗流规律,以界面作用为切入点,分析了浸出液的运动状态.矿堆中吸力由界面作用产生的基质吸力和吸收扩散产生的渗透吸力组成.孔隙中介质分布的不均匀性和矿石形状的随机性是导致界面作用多样性以及浸出液运动状态复杂的原因.采用毛细上升实验很好地证明了矿堆中吸力的存在,在驱动力的作用下,浸润初期的液面上升速度较快,浸润后期液面上升相对平缓.通过拟合得知液面毛细上升高度与浸润时间符合幂函数关系.理论研究表明可以通过改变固相、液相和气相的物理性质来实现对矿堆非饱和渗流中界面作用的调控.     

堆浸过程中溶质运移机制及影响因素

针对堆浸溶质运移过程的复杂性和多变性,以揭示溶质运移规律为目的,首先通过对其运移机制进行探讨,并基于矿堆理想渗流假设给出溶质运移均匀流模型,同时考虑矿堆内可流动溶液和不可流动溶液区的作用及其相互影响,建立溶质迁移流动-不流动模型.采用标记物穿透曲线法,进行溶质运移室内管柱实验,主要研究矿石粒径和喷淋强度对溶质运移规律的影响.研究结果表明;大粒径矿样的孔隙直径和孔隙率均比较大,可流动溶液在大孔隙的传导作用而快速流出,因此,溶质初期浓度升高相对较快;而小粒径矿石比表面积大,不可流动溶液比率大,溶质须通过分子扩散运移进入不可流动溶液区,因此,其浓度上升速度较缓;矿堆内不流动溶液是影响溶质运移规律的主要因素,因此,可通过控制矿石颗粒级配和喷淋强度以优化溶质运移过程.     

基于PIV技术的细观矿堆溶液渗流场无扰动测试

建立由理想颗粒和真实矿石构成的细观矿堆物理模型,通过分散式布液结构,开展多种喷淋强度条件下细观矿堆的溶液渗流实验,采用粒子成像测速(PIV)技术无扰动地实测矿石颗粒间溶液渗流场。通过测试获取溶液质点瞬时位移图像,应用互相关算法处理,得到细观矿堆内溶液流速矢量分布情况。研究结果表明:细观矿堆溶液渗流场分布具有明显的不均匀性,受孔隙结构影响矿堆内存在优先渗流通道;不同喷淋强度下细观矿堆溶液渗流场分布趋势相似,溶液最大流速随喷淋强度增大而增大;矿堆孔隙结构及矿石颗粒特征是影响渗流场内溶液流速分布的主要因素。     

矿石粒径对次生硫化铜矿浸出规律的影响

矿石粒径是影响次生硫化铜矿中铜浸出率的重要因素。为了考察矿石粒径对次生硫化铜浸出规律的影响,进行不同矿石粒径条件下的细菌浸矿摇瓶实验。研究结果表明:矿石粒径与溶液pH成反比,含大粒径矿石的溶液pH变化比含小粒径矿石的溶液pH大;浸矿46 h内,矿石粒径对细菌浓度的影响不显著,浸矿46 h后,细菌浓度与矿石粒径成反比;粒径较小的矿石浸矿反应迅速,铜浸出率峰值较小;粒径较大的矿石浸矿反应缓慢,铜浸出率峰值较高;浸矿150 h时,矿石粒径对铜浸出率的影响可以忽略;浸矿180 h后,矿石粒径0.098r≤0.125 mm的溶液中铜浸出率可达74.37%;利用Origin拟合和方程推导,获得矿石粒径、铜浸出率与浸矿时间关系方程。     

青海东部盐渍土颗粒级配对毛细水上升影响的研究

为研究颗粒级配对青海东部盐渍土地区毛细水上升的影响,通过室内模拟毛细水上升试验,对同一含水量盐渍土粒径分别为2~0.25,0.25~0.1,0.1~0.075 mm,以及不同颗粒级配条件下进行毛细水上升速度、高度与时间关系的研究。结果表明:在盐渍土毛细水上升开始阶段,3组土柱的上升速度都是最快的,随着时间的增加,上升速度逐渐变慢,而3组试样相比在试验开始2 h内0.25~0.1 mm粒组组成的土柱上升速度最快,0.1~0.075 mm粒组土柱最慢。不同颗粒级配条件下对盐渍土毛细水上升高度影响较大的是细颗粒的含量,细颗粒含量越大毛细水上升高度越大。     

不同堆体结构下矿岩散体内溶液渗流规律

通过设置分层筑堆方式,再现真实堆内复杂的分层结构,并结合CT技术与COMSOL Multiphysics模拟软件实现对堆内溶液流动轨迹、渗流速度场等细观研究。探究粗-细颗粒层或细-粗颗粒层交界面处流线的近水平方向的滑移现象,证实并讨论堆内层间流。研究结果表明:由于矿石粒径、相邻矿石的位置关系等因素影响,堆内不同位置的溶液流动轨迹、渗流速度场各不相同,溶液流经孔喉处时流速出现骤增,孔喉中心处取得最大值;偏析矿堆内溶液优先流的存在形式主要有2种:大孔道流与层间流,二者是导致堆内溶液不均匀分布的重要诱因。     

高溜井卸矿气流诱导粉尘污染研究

为掌握金属矿山高溜井卸矿风流及粉尘的时空变化规律,采用相似原理推导出了高溜井卸矿气流及粉尘的相似准则数,以相似准则数为基础建立了溜井相似实验模型,并通过相似实验及数值模拟对不同卸矿流量、不同矿石粒径及不同卸矿高度下溜井内气流变化、粉尘运移规律进行研究.研究结果表明:溜井第一中段卸矿时,第一、二中段井口压差为负,第三、四中段压差为正;三、四中段有粉尘被卸矿气流带出,为溜井主要产尘点;随卸矿流量的增加,产尘点的风速及粉尘浓度呈现出先增加后减少的规律,卸矿流量为1.0 kg/s时风速及产尘量最大;卸矿流量不变时,产尘点的风速与矿石粒径呈反比,粉尘浓度与矿石粒径为幂函数关系,指数最大值为-0.63;卸矿流量及矿石粒径不变时,卸矿高度越大产尘点的风速及粉尘浓度越大.     

潜水矿化度对毛细水上升高度的制约特征研究

为了探究不同土壤类型矿化度对毛细水上升高度的制约特征，文章选取不同粒径砂性土与砂质壤土开展不同矿化度影响下的土壤毛细水室内柱试验研究，定量刻画了粒径与矿化度对毛细水上升高度的差异，建立了对数函数拟合模型。试验结果表明，矿化度通过改变土壤水的重力势、基质势来制约毛细水的上升高度。矿化度为0.8、15.0、50.0g/L时，72 h中砂最大毛细水上升高度h_max分别为32.5、31.3、30.2 cm,细砂h_max分别为50.4、48.6、48.7 cm,粉砂h_max分别为72.3、76.4、76.0 cm,砂质壤土h_max分别为59.0、60.2、58.6 cm;粉砂和砂质壤土的毛细水上升速率变化波动较大，全试验周期内毛细水上升高度h与时间t可用三参数对数函数刻画。该研究结果揭示了矿化度对毛细水上升高度的制约特征，深化了毛细水上升高度的机理研究，可为土壤盐渍化治理、确定地下水生态水位提供技术支撑。     

考虑毛细水负压力引起坑外场地沉降量计算方法和潜在威胁性研究

为得出毛细水负压力对坑外场地土体沉降影响,从而更准确计算出因坑内水位降深引起的坑外土体沉降量。借用海森(Hazen A)经验公式进行估算水位下降后毛细水上升高度,进一步得出毛细作用产生的负压力。在规范给出的分层总和法计算土体沉降基础上,给出考虑毛细水负压力计算土体沉降方法,为计算坑内降水造成周边土体沉降提供参考。通过该计算方法分别分析在不同孔隙比、有效粒径条件下,毛细水负压力对土体沉降的影响性。结果表明毛细水上升高度随着土体粒径及孔隙比的减小而增大,尤其当土体有效粒径小于0.075 mm时,应着重考虑考虑毛细水负压对土体沉降影响。     

高压脉冲作用下水中硬岩的电场特性研究

高压脉冲液相放电由于其众多优势,广泛应用在岩石的破碎、石油开采、污水治理等领域.本文通过推导等效放电回路方程,得到放电电流及达到峰值电流的时间表达式,从而在COMSOL Multiphysics中定义脉冲电压,并将其加载在仿真模型的高压电极上.模拟仿真硬岩矿物组成、粒径、电极距离对电场强度和分布特征的影响.结果表明电场强度高度依赖矿石的电学性质、进料粒径、以及矿粒的位置.矿粒的介电常数差异越大,电场越强,分布越不均匀;电场强度向矿石边界转移,体现了电破碎的选择性破碎的机理,以及最大场强随着矿粒尺寸呈指数减小.     

改善高泥矿堆渗透性的机理研究

当溶浸液对矿石中有用物质的溶解能力一定时,决定堆浸效果好坏的因素则取决于溶浸液在矿堆中的渗透效果,对于高泥矿堆尤其如此.由于黏土矿物含量较高,高泥矿堆渗透性差,这必然导致堆浸效果差.为了有效地浸出其中有用矿物,必须改善其渗透性.从分析高泥矿堆低渗透性的原因着手,进而对改善其渗透性的机理进行研究,得出可从6个方面的措施.最后对各类措施进行了分类总结,并结合以上6个方面作了对比,得出堆中布液可较全面地改善高泥矿堆的渗透性,如将几个措施联合运用将能更好地改善高泥矿堆的渗透性,更有效地提高其堆浸效果.图4,表1,参12.     

含砷低品位硫化铜矿生物堆浸工业试验

福建紫金山含砷低品位硫化铜矿年产300tCu和1000tCu生物堆浸工业试验结果表明:铜浸出率随着矿石粒度的减小而提高,矿石粒度为-30mm,浸出周期为270d,铜的浸出率达到80.58%;铜萃取率和电积电流效率随着浸出液pH值的降低和电积液中铁的质量浓度的增加而降低,当浸出液pH值下降到1.19时,铜萃取率下降到了50%;通过增加堆高、定期中和萃余液、增加负载有机相洗涤和活性炭+沙滤+气浮塔脱除电积原液中有机物等工艺改进后,降低了萃取剂、煤油和电能的消耗量,提高了铜的浸出速率,浸出周期为200d,铜浸出率为81.31%,铜萃取--电积的耗电量为2679.98kW.h.t-1,高纯阴极铜生产成本1.05万元.t-1.     

堆浸过程中矿岩散体粒间孔隙尺寸的演化规律

根据X射线CT技术无损伤地探测细菌浸出前、后矿岩散体介质孔隙结构特征,利用MATLAB环境编写程序对矿岩散体介质颗粒间横向及纵向孔隙尺寸分布进行统计,研究细菌浸出过程中矿岩散体粒间孔隙尺寸演化规律及其对溶浸液渗流特性的影响.研究结果表明:矿岩散体介质孔隙尺寸分布不均匀,分布范围广,基本呈正态规律分布;浸出后顶部区域中等孔隙和大孔隙数量增加,小孔隙数量减少,底部区域中等孔隙也有所增加,但小孔隙数量减少,横向大孔隙数量减少,纵向大孔隙数量变化不明显;浸出后平均孔隙尺寸比浸出前有所增大,大孔隙含量增加,加强了浸堆的渗流各向异性;微细颗粒的运移和沉积对孔隙尺寸演化影响程度最大.     

低品位氧硫混合铜矿的酸性制粒及机理

制粒技术是改善含粉矿堆浸渗透性差最有效的措施之一,同时选择合适的耐酸黏结剂是铜矿制粒堆浸成功的关键.本文以氧硫混合铜矿为研究对象,对其进行了制粒试验研究,研究结果表明Biometek-WLAG001是一种理想的耐酸黏结剂;单因素条件试验考察了黏结剂添加量、喷水量、转速、固化时间、熟化加酸量、熟化时间等因素对球团抗压强度、湿强度的影响;采用响应面法考察了黏结剂添加量、固化时间、熟化加酸量、熟化时间对球团湿强度的影响,并采用Design-Expert 8.0软件对试验结果进行了优化与分析.采用傅里叶红外光谱分析、Zeta电位的测定等分析手段研究了黏结剂与矿石之间的作用机理,结果表明黏结剂与矿石之间存在化学吸附作用,不存在静电引力作用.     

Use of high-resolution X-ray computed tomography and 3D image analysis to quantify mineral dissemination and pore space in oxide copper ore particles

Mineral dissemination and pore space distribution in ore particles are important features that influence heap leaching performance. To quantify the mineral dissemination and pore space distribution of an ore particle, a cylindrical copper oxide ore sample (φ4.6 mm×5.6 mm) was scanned using high-resolution X-ray computed tomography (HRXCT), a nondestructive imaging technology, at a spatial resolution of 4.85 μm. Combined with three-dimensional (3D) image analysis techniques, the main mineral phases and pore space were segmented and the volume fraction of each phase was calculated. In addition, the mass fraction of each mineral phase was estimated and the result was validated with that obtained using traditional techniques. Furthermore, the pore phase features, including the pore size distribution, pore surface area, pore fractal dimension, pore centerline, and the pore connectivity, were investigated quantitatively. The pore space analysis results indicate that the pore size distribution closely fits a log-normal distribution and that the pore space morphology is complicated, with a large surface area and low connectivity. This study demonstrates that the combination of HRXCT and 3D image analysis is an effective tool for acquiring 3D mineralogical and pore structural data.     

次生硫化铜矿微生物浸出实验

微生物浸矿是提取低品位,难选次生硫化铜矿中有价元素的最有效方法之一.本研究利用嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidthiobacillus ferrooxidans)浸取福建某难选次生硫化铜矿,依次开展浸矿菌富集培养实验、驯化转代实验和不同粒径配比下柱浸试验,获得了不同阶段的细菌浓度、pH值、铜浸出率等演变规律;并结合电子计算机断层扫描技术实现了柱内矿堆塌落、截面孔隙演化和浸矿机理研究.研究表明:细菌浓度和pH值均呈现缓慢增加后趋降低的趋势,浸柱中细菌增殖较慢,浸矿480 h后,细菌浓度仅为每毫升5×107个.浸矿过程中,细颗粒趋于向柱底迁移,矿堆出现塌落;柱顶孔隙率变大,增幅为6.65%,柱底孔隙率变小,降幅为8.29%;塌落程度与细粒含量成正比,最小塌落为1.7 mm,最大塌落为6.15 mm.入堆矿石粒径极大影响着柱浸体系的浸出效果.实验中柱浸B组(粒径r<1 mm占28.41%)浸矿效果最佳,浸矿480 h后铜浸出率达47.23%.     

改善原地溶浸工艺中矿石破碎质量的力学机理

通过改善矿石的破碎质量,提高矿堆的渗透性,使原地溶浸法开采稳固性和渗透性极差的低品位铜镍矿石成为可能.依据矿石中缺陷存在的情况,应用断裂动力学和损伤力学的观点,着重分析了爆炸应力波能量加载对矿石破裂、损伤行为产生的影响;对矿石块体中贮存爆破动能加载,致使块体产生破裂或损伤的行为进行了探讨.此外,对浸蚀裂解与作用在爆堆上的地压能在破裂或损伤过程中所起的辅助作用进行了讨论.给出了应用中深孔挤压爆破技术,原地崩落低品位铜镍矿石,形成溶浸矿堆的一些相应相关技术参数.分析结果表明采用合理的爆破技术,可以改善应力波和爆破动能的加载条件,能提高矿石块体的破碎质量及累积损伤程度;借助于浸蚀裂解与地压能的作用,可进一步改善堆浸矿石的块体分布,提高溶浸液与有用组分的接触和被浸出的机会.     

颗粒粒径对流态化还原铁矿粉黏结失流的影响

采用热态可视化流化床装置，在一定表观气速条件下，研究1073 K温度时不同粒级铁矿粉的黏结失流。根据对黏结失流影响程度的不同，可将矿粉颗粒分为三个粒径区间：中性气氛升温过程中失流的小粒径颗粒；还原至较低金属化率发生失流的中间粒径颗粒；还原至高金属化率也不发生失流的大粒径颗粒。分别对他们不同的影响机理进行了分析。研究还发现在正常流化条件下，随着矿粉颗粒粒径的增大，还原失流后床层的膨胀幅度会减小。     

Extracting copper from copper oxide ore by a zwitterionic reagent and dissolution kinetics

Sulfamic acid (SA), which possesses a zwitterionic structure, was applied as a leaching reagent for the first time for extracting copper from copper oxide ore. The effects of reaction time, temperature, particle size, reagent concentration, and stirring speed on this leaching were studied. The dissolution kinetics of malachite was illustrated with a three-dimensional diffusion model. A novel leaching effect of SA on malachite was eventually demonstrated. The leaching rate increased with decreasing particle size and increasing concentration, reaction temperature and stirring speed. The activation energy for SA leaching malachite was 33.23 kJ/mol. Furthermore, the effectiveness of SA as a new reagent for extracting copper from copper oxide ore was confirmed by experiment. This approach may provide a solution suitable for subsequent electrowinning. In addition, results reported herein may provide basic data that enable the leaching of other carbonate minerals of copper, zinc, cobalt and so on in an SA system.     

置有竖直隔板鼓泡流化床物料停留时间

采用平均停留时间法研究了Geldart B类固体颗粒在内置竖直隔板鼓泡流化床的停留时间,在冷态试验台基础上研究了进料速率、流化风速、粒径、内置竖直隔板等因素对颗粒停留时间的影响。实验表明,进料速率、流化风速为影响停留时间的主要因素,且在一定的范围内三者之间有固定的关系,料径和中间的隔板高度的影响不大,两侧通流高度对停留时间几无影响。实验结果可为磁化焙烧鼓泡流化床物料停留时间和工业上采用竖直隔板提供理论依据。