微生物浸出过程中裂隙岩块损伤试验研究

摘要

矿岩所处环境对其力学性能的影响至关重要，现已有大量学者进行了普通溶液对矿岩损伤的相关研究，但以微生物溶浸采矿做为背景进行的研究还尚未看到。本文首次以这一领域做为研究背景，初步探讨了含菌溶浸液对裂隙矿岩损伤的机理和主要影响因素。 论文结合“973”国家重点基础研究发展规划项目“微生物浸出体系多因素强关联”(2004CB619205)、国家杰出青年科学基金项目“散体多相介质中多级渗流传质的动力学研究”(50325415)和国家自然科学基金项目“应力波作用下溶浸液在堆浸散体介质中的流动机理研究”(50574099)等项目的部分研究内容，在前人的研究基础上，以促进矿岩中目的金属的高效浸出和地下破碎浸出采场的安全生产为目的，以含菌溶浸液对裂隙矿岩单轴抗压强度的降低作为研究主线，通过理论分析、室内试验、数值模拟等方法主要完成了以下几个方面研究工作： ①研究了溶浸液在裂隙岩块中的渗流规律，分析探讨了单一裂隙在不同渗流状态下的渗流特征以及现有的岩体渗流模型； ②简述了浸矿用微生物的生物学基础，并通过选育试验找到了适合本次浸出试验的细菌菌种； ③分析探讨了溶浸液与裂隙岩块的反应机理；总结了微生物在浸出这一过程中的作用机理；简要介绍了由粒间薄流体层扩散控制的锯齿状颗粒边缘滑动的岩块损伤模型； ④通过溶浸液对裂隙岩块损伤的试验研究，得出了中粒含铜磁黄铁矿(A组)、含铜矽卡岩矿石(S组)两组试件在含菌溶浸液影响下损伤因子与试验设计因素之间的定量关系；定性分析了在这一过程中试件初始弹模、切线弹模以及泊松比的变化规律；并对浸出前后试件表面形貌变化做了简要分析； ⑤利用COMSOL Mutiphysics软件模拟了溶浸液在边长为1m，内部含有一贯通裂隙岩块中的渗流。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1溶浸采矿法及其意义

1.1.1我国矿产资源现状

1.1.2溶浸采矿法的实质

1.1.3浸出方法分类

1.2微生物浸出技术应用现状

1.2.1矿产资源生物浸出历史回顾

1.2.2矿产资源生物浸出国内外应用现状

1.3国内外矿岩化学损伤研究现状

1.4论文选题的目的及研究内容

第二章裂隙岩块中溶液渗流特征研究

2.1概述

2.2岩石的孔隙和裂隙结构特征

2.2.1岩石的孔隙结构

2.2.2岩石(岩体)的裂隙结构

2.3简单裂隙渗流特征研究

2.3.1平行裂隙层流水力特征

2.3.2非平行裂隙层流水力特征

2.3.3单一裂隙紊流水力特征

2.4裂隙岩块渗流模型研究

2.4.1沟槽流模型

2.4.2层状模型

2.4.3火柴棒模型

2.4.4方糖模型

2.4.5盘形裂隙模型

2.5本章小结

第三章浸矿细菌培养试验研究

3.1概述

3.2微生物的生长

3.2.1微生物的生长繁殖

3.2.2微生物的生存因子

3.3常见浸矿微生物及其特性

3.3.1中温菌

3.3.2中等嗜热菌

3.3.3高温菌

3.4浸矿细菌培养试验

3.4.1试验设备

3.4.2试验矿样

3.4.3检测项目及仪器

3.4.4菌种的选育试验

3.4.5细菌生长曲线测定

3.5本章小结

第四章溶浸液—裂隙岩块反应及损伤机理研究

4.1概述

4.2动力学机理

4.2.1物理作用

4.2.2溶浸液—矿岩界面反应动力学

4.2.3微生物作用机理

4.3能量观点机理

4.3.1表面活化能

4.3.2内聚能

4.4化学损伤模型研究

4.5本章小结

第五章溶浸液对矿岩损伤影响因素试验研究

5.1概述

5.2试验原理方法

5.2.1试验原理

5.2.2分析方法

5.2.3试验方案设计

5.3试验准备

5.3.1试验装置

5.3.2试验材料选取

5.3.3试验试件制备

5.4试验结果及讨论

5.4.1含菌溶浸液pH值变化规律

5.4.2含菌溶浸液对试件空隙指数的影响

5.4.3含菌溶浸液对试件单轴抗压强度的影响

5.4.4含菌溶浸液对试件弹性模量的影响

5.4.5含菌溶浸液对试件泊松比μ的影响

5.4.6试件表面损伤观测

5.5本章小结

第六章浸出过程中单一裂隙岩块渗流数值模拟

6.1概述

6.2 COMSOL MUTIPHYSICS软件简介

6.2.1基本功能

6.2.2特点

6.2.3模拟求解步骤

6.3裂隙岩块渗流数值模拟

6.3.1建立几何模型

6.3.2物理参数设定

6.3.3溶浸液在岩块中的渗流

6.3.4溶浸液在裂隙中的渗流

6.4本章小结

第七章结论及展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间主要成绩