離子型稀土礦滲濾浸出過程模擬與分析.pdf

1、對(duì)于離子型稀土礦滲濾浸出工藝中存在的問題，目前絕大部分研究者都采用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行研究。然而，由于受到檢測(cè)手段或檢測(cè)儀器的精度限制，通過實(shí)驗(yàn)的方法無法對(duì)稀土礦填充孔隙內(nèi)部的反應(yīng)傳遞等現(xiàn)象進(jìn)行準(zhǔn)確的描述，也難以得到浸出過程中瞬變的非平衡態(tài)數(shù)據(jù)，這對(duì)稀土浸出過程的強(qiáng)化和創(chuàng)新造成了很大的障礙。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的迅速發(fā)展，數(shù)值模擬方法相比于實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯，這就為稀土滲濾浸出過程的數(shù)值模擬提供了可能。
　　針對(duì)目前實(shí)驗(yàn)研究方法存在的不足

2、，本研究在驗(yàn)證了模型和程序有效性的基礎(chǔ)上，首先采用格子Boltzmann模型對(duì)離子型稀土礦浸出的流體流動(dòng)過程開展了數(shù)值模擬，從而觀察到了稀土礦復(fù)雜孔隙中流體繞稀土礦顆粒流動(dòng)的繞流現(xiàn)象和沿著大孔隙集中流動(dòng)的優(yōu)勢(shì)流現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)時(shí)平均孔隙流速隨著填充稀土礦的軸向孔隙率波動(dòng)變化而在流速值2.0 mm/s上下波動(dòng)，說明了填充稀土礦的孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)流體的孔隙流速有明顯的影響作用。
　　在此基礎(chǔ)上嘗試將耦合傳質(zhì)的格子Boltzmann模型用于稀

3、土浸出溶質(zhì)傳遞過程的模擬研究，得到了稀土浸出溶質(zhì)傳遞過程中伴隨流體流動(dòng)的溶質(zhì)濃度分布；并探討了不同浸出流速和溫度條件對(duì)溶質(zhì)傳遞過程的影響，發(fā)現(xiàn)浸出流速的增大將引起平均孔隙流速增大以及平均浸出液濃度減小，然而升高溫度雖然可以使平均浸出液濃度增大但也存在一定的限制，從而確定了在浸出流速為0.25~0.35 mm/s、浸出溫度為25℃的條件下溶質(zhì)傳遞效率最高；此外還驗(yàn)證了模擬所得舍伍德數(shù)Sh隨雷諾數(shù)Re的變化關(guān)系與多孔介質(zhì)傳質(zhì)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式吻合

4、，說明了耦合傳質(zhì)的模型可以比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)稀土浸出過程的溶質(zhì)傳遞規(guī)律。
　　接著實(shí)現(xiàn)了耦合反應(yīng)的格子 Boltzmann模型并對(duì)離子交換化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行模擬，在觀察到浸出劑溶液于浸出柱內(nèi)自上而下呈現(xiàn)濃度分帶現(xiàn)象的同時(shí)得到了流出曲線；然后以稀土單顆粒浸出反應(yīng)為例，對(duì)未反應(yīng)收縮核模型描述的固相更新過程實(shí)現(xiàn)了模擬，由此發(fā)現(xiàn)了未反應(yīng)固體核的界面因受到流體流動(dòng)的影響而在各方向上產(chǎn)生不均等縮進(jìn)的現(xiàn)象，并驗(yàn)證了模擬所得舍伍德數(shù)Sh隨雷諾數(shù)Re的變