铜矿岩散体介质堆浸过程的浸出动力学试验及模拟研究

摘要

本文主要结合国家重点基础研究发展规划项目“微生物冶金的基础研究”(2004CB619200)、国家创新研究群体科学基金项目“硫化矿生物提取的基础研究”(50321402)和国家杰出青年科学基金项目“金属矿开采”(50325415)，从铜矿岩散体堆浸过程的浸出动力学角度出发，以微生物堆浸中的矿石、溶浸液、微生物等为研究对象，通过理论分析、室内试验、数值模拟等方法，系统研究了微生物堆浸过程中的浸出机理，并分析总结了4种类型的浸出动力学模型，其主要研究内容如下： (1)探讨了矿岩散体介质微生物浸矿机理，细菌作用原理分为直接作用、间接作用以及联合作用。本文的动力学模型和数值模拟是基于微生物的联合作用。分别从传质动力学方面和微生物生长方面研究了微生物浸矿的动力学模型及理论，对比分析总结了现有的浸矿动力学模型。 (2)通过室内氧化铜矿石和硫化铜矿石摇瓶试验，测定了铜浸出率与矿样粒径的相关性；通过矿石CT扫描及显微分析试验，探明了矿石内部的组织结构、孔隙特征，以及矿样表面形态的变化特征；通过柱浸试验，进一步验证此类硫化矿微生物浸出的可行性及浸取参数特征等。 (3)结合试验，基于一些基本的假设，分析总结了4种浸出动力学模型：基于微生物生长相关的动力学模型；基于溶浸液渗流扩散相关的动力学模型；基于氧气对流与扩散相关的动力学模型；基于热平衡与温度场分布相关的动力学模型等。为下一步数值模拟提供相关理论依据。 (4)根据浸出动力学模型，基于计算模拟软件COMSOL Multiphysics，结合具体微生物堆浸工程实例，分别模拟了单一矿石颗粒和矿堆浸出情况，得出了相关的氧气浓度分布、溶浸液浓度、温度场分布，以及溶浸液渗流特性等；在分析数值模拟结果的基础上，提出一些提高堆浸浸出率的有针对性的工程技术措施。 (5)结合微生物堆浸工程实例，利用灰色预测理论GM(1，1)模型对铜矿的柱浸的浸出率进行了预测，并应用MATLAB语言编制了预测及其发展带修正模型的计算程序。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章矿岩散体介质堆浸动力学机理及理论

第三章铜矿石微生物浸出室内试验研究

第四章堆浸动力学模型分析及其数值模拟研究

第五章硫化铜矿石微生物柱浸铜浸出率灰色预测研究

第六章总结与展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间主要研究成果