硫化銅礦生物堆浸過程的動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、生物堆浸過程包括微生物狀況，化學(xué)反應(yīng)速率，熱傳遞與分布，氣體、流體傳遞等因素的變化及其相互作用動(dòng)力學(xué)問題，本次研究將對(duì)該過程進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真，找出各因素影響的定量關(guān)系，掌握堆浸過程規(guī)律，以期指導(dǎo)生物堆浸的實(shí)踐。 首先總結(jié)了紫金山銅礦堆浸的生產(chǎn)實(shí)踐，從工藝角度分析了堆浸過程浸出率、堆中電位、鐵離子濃度、溫度、氧濃度與pH等參數(shù)隨時(shí)間變化變化的趨勢(shì)，給出了堆浸過程規(guī)律的經(jīng)驗(yàn)性總結(jié)，為堆浸過程動(dòng)力學(xué)的研究提供了實(shí)際數(shù)據(jù)。 假定堆浸

2、過程堆中細(xì)菌的重要作用為不斷將Fe2+氧化為Fe3+以提供化學(xué)氧化劑，在不考慮流體、氣體擴(kuò)散與溫度場(chǎng)變化前提下，建立了以輝銅礦、黃鐵礦為主的硫化礦物堆浸過程的動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，研究了細(xì)菌濃度、細(xì)菌最大生長(zhǎng)比速率、細(xì)菌產(chǎn)出率、細(xì)菌飽和常數(shù)及溶液中Fe+的濃度等參數(shù)變化與堆浸過程銅硫化礦物氧化速率的關(guān)系，研究表明，這些因素的均對(duì)硫化礦的氧化浸出速率有明顯影響，尤其在浸出早期影響較大。動(dòng)力學(xué)模型能夠較真實(shí)地定量說明其影響趨勢(shì)。 在考慮物

3、質(zhì)平衡與擴(kuò)散作用，即考慮間顆?？障抖?、顆粒半徑與各化學(xué)反應(yīng)組分的影響下建立堆浸過程硫化礦細(xì)菌氧化反應(yīng)速率動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，對(duì)浸出過程進(jìn)行仿真研究，仿真結(jié)果揭示了顆粒尺寸、空隙度、噴淋速率、堆高、溶液Fe3+/Fe2+電對(duì)等因素影響下，細(xì)菌堆浸過程硫化銅礦氧化速率隨時(shí)間變化的規(guī)律。 對(duì)與氣體擴(kuò)散與對(duì)流相關(guān)的堆浸過程進(jìn)行了二維(2-D)動(dòng)力學(xué)模型研究。研究表明堆中氧的傳遞與礦床中空氣的密度有關(guān)，堆中空氣的密度則由擴(kuò)散溫度、濕度、氧的濃

4、度決定。動(dòng)力學(xué)模型模擬了在不同黃鐵礦含量、細(xì)菌數(shù)量、堆寬度、高度、滲透性細(xì)菌浸出過程的空氣速率場(chǎng)和氧的擴(kuò)散與分布。找到了堆幾何尺寸等參數(shù)的變化對(duì)堆中氣體分布的影響，以及不同的氧氣分布對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)和浸礦影響的定量關(guān)系。 對(duì)次生硫化礦生物堆浸過程的熱平衡進(jìn)行了較系統(tǒng)的分析，提出了堆浸熱平衡和溫度場(chǎng)分布仿真模型。研究考慮了堆浸過程熱流速、熱產(chǎn)生速率、溶液和氣流速率、堆表面蒸發(fā)等因素對(duì)堆中溫度變化與溫度場(chǎng)場(chǎng)分布的影響。分析結(jié)果顯示，由于空