细粒层存在条件下矿岩散体内的溶液流动特性 - 中国有色金属学报.PDF

第 27 卷第 3 期 中国有色金属学报 2017 年 3 月 Volume 27 Number 3 The Chinese Journal of Nonferrous Metals March 2017 DOI ：10.19476/j.ysxb.1004.0609.2017.03.016 细粒层存在条件下矿岩散体内的 溶液流动特性 1, 2 1, 2 1 1, 2 1 尹升华 ，王雷鸣 ，潘晨阳 ，陈 勋 , 谢芳芳 (1. 北京科技大学 土木与资源工程学院 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083 ； 2. 北京金诚信矿山技术研究院有限公司，北京 101500) 摘 要：柱浸过程中矿岩散体的不均匀分布影响着溶液的渗流规律。为考察细粒层的存在下溶液流动特性，利用 CT 技术与 COMSOL Multiphysics 多相耦合模拟软件，开展矿岩散体内溶液渗流模拟研究，获得细粒层存在条件 下的流体流动轨迹、渗流速度场及压力场分布规律。结果表明：细粒层影响着溶液的流动轨迹和优先流的形成， 具体表现为大部分溶液绕过细粒层形成优先流，细小支流横穿细粒层，在细粒层内部溶液难以到达的位置，溶液 流速较低，形成溶液流动的停滞区。细粒层内溶液速度降与压力降较小，在相邻细粒层的孔喉位置处，溶液流速 及该处压力明显增高。 关键词：渗流；偏析；优先流；数值模拟；流动行为；CT 技术 文章编号：1004-0609(2017)-03-0574-08 中图分类号：TD862 文献标志码：A 随着经济的飞速发展，矿产资源的需求日益枯竭， 结构内的流体进行了模拟，并分析获得了孔隙结构与 对低品位、难处理的铜等贵重金属的开采成为采矿未 柱内有效流之间的关系。王贻明等[15]利用超声波技 来发展的重要方向[1] 。溶浸采矿能够有效地回收复杂 术，探究了其强化浸出低品位硫化铜矿的可行性和影 难处理的低品位矿石，并具有经济性、高效性与环境 响机理。利用 COMSOL Multiphysics 等多相多场耦合 友好性等优点，因而被广泛应用于提取难采选矿石及 模拟软件分析浸矿孔隙内部流体流动特征[16] 。此外， 废石中的有用元素[2−6] 。 DHAWAN 等[17]研究也证实了不同尺寸矿石颗粒的不 近年来，核磁共振技术(MRI) 、计算机断层扫描 均匀分布对堆体内溶液的扩散和有用元素的浸出具有 技术(CT) 以及粒子图像测速法(PIV)等技术，因其具有 明显作用。叶勇军等[18]开展柱浸试验，考察了不同粒 无损地内部孔隙结构、溶液分布及演化规律等优点， 径分布分维数条件下的铀矿石浸出规律。吴爱祥等[19] 被广泛应用矿岩散体内溶液渗流规律研究。比如： 基于颗粒群组构特性，对氧化铜矿柱浸渗流行为进行 FAGAN 等[7]基于 MRI 与重力研究滴灌堆体内部水体 分析。但是，对于细粒区域存在条件下柱浸体系内溶 及微生物运移繁殖规律，吴爱祥等[8−9]利用 MRI 技术 液流动轨迹、渗流速度场及压力场特性的细观研究仍 和 CT 技术，对柱浸系统中矿岩散体结构及溶液分布 较为匮乏。 情况开展研究。DHAWAN 等[10]对 CT 技术在堆浸系统 本文作者针对堆浸筑堆过程中常见的矿石不均 分析及应用的必威体育精装版进展进行总结。尹升华等[11]利用 匀分布(颗粒偏析)这一现象，将 CT 技术与 COMSOL PIV 技术对矿堆溶液渗流场进行了无损探测，并考察 Multiph