堆浸浸出過程數(shù)值模擬分析及灰色預(yù)測研究.pdf

1、本文將散體動力學(xué)、工程滲流力學(xué)、傳質(zhì)學(xué)、傳熱學(xué)、計算數(shù)學(xué)、分形幾何以及灰色理論等應(yīng)用于堆浸過程的研究，針對浸出過程中亟待解決的幾個關(guān)鍵問題，進(jìn)行了一系列的基礎(chǔ)理論研究和數(shù)值模擬分析，主要工作包含以下幾個方面： (1)飽和區(qū)范圍大小是堆浸技術(shù)研究的重要課題之一，浸潤面為飽和區(qū)與非飽和區(qū)的分界面，其高度直接影響飽和區(qū)的大小。因此，論文首先以流體力學(xué)為基礎(chǔ)，根據(jù)布西尼斯克理論，在裘布依假設(shè)的基礎(chǔ)上，率先系統(tǒng)地研究了傾斜底墊堆場浸潤面的

2、形成機(jī)理及形態(tài)，建立了浸潤面形態(tài)的數(shù)學(xué)模型方程，根據(jù)邊界條件的數(shù)學(xué)描述，采用有限差分法，將定解問題離散成封閉的代數(shù)方程組，用牛頓迭代法進(jìn)行數(shù)值求解，并借助于MATLAB軟件和SPSS回歸分析軟件擬合出浸潤面的三維形態(tài)曲面圖和與之對應(yīng)的二元二次方程，得出浸潤面為橢圓拋物面的結(jié)論，為合理利用飽和區(qū)和堆浸筑堆提供科學(xué)指導(dǎo)。 (2)堆浸礦堆中溶質(zhì)輸運過程分析的核心科學(xué)問題是多孔介質(zhì)中的傳質(zhì)分析，本文基于質(zhì)量守恒原理，建立了堆浸礦堆中描述

3、溶質(zhì)輸運的控制方程?；陲柡蜅l件下，根據(jù)對Peclet數(shù)據(jù)的判別：一方面，給出了擴(kuò)散占優(yōu)時的解析解法，并由此提出確定水動力彌散系數(shù)的新的途徑一曲線對比擬合法；另一方面，采用有限特征差分法，針對對流占優(yōu)時的情形進(jìn)行數(shù)值模擬分析和動態(tài)試驗研究。 (3)考慮浸出過程中細(xì)菌的生長與繁殖，對單顆粒微生物浸出原理進(jìn)行理論分析與建模，探明了表面分?jǐn)?shù)維與浸出反應(yīng)速率之間的關(guān)系，以及不同顆粒半徑下，浸出率隨浸出時間的變化關(guān)系；基于微生物浸出機(jī)理，

4、結(jié)合傳質(zhì)學(xué)與傳熱學(xué)，詳細(xì)推導(dǎo)了硫化銅礦細(xì)菌浸出過程中的質(zhì)量、能量守恒方程，以及與溶液中氧濃度和亞鐵離子濃度相關(guān)的細(xì)菌生長動力學(xué)模型，并利用FEMLAB有限元分析軟件，數(shù)值模擬了溶浸液流動作用下，浸堆內(nèi)的熱、質(zhì)傳遞規(guī)律。 (4)基于非飽和礦堆中溶液流動的液相質(zhì)量守恒原理，建立了描述飽和度分布的模型方程，同時考慮由于化學(xué)反應(yīng)而引起的多孔介質(zhì)變形，發(fā)展了一孔隙發(fā)育模型，首次建立起非飽和礦堆中基于孔隙演化的流動-反應(yīng)-傳質(zhì)耦合數(shù)學(xué)模型。

5、同時使用顯式有限差分格式求解耦合模型方程組，數(shù)值算例結(jié)果給出了浸堆中溶劑濃度和溶質(zhì)濃度的分布以及飽和度的分布，模擬結(jié)果還探明了礦石回收率隨浸出時間變化的規(guī)律，它們之間呈三次立方關(guān)系。 (5)對堆浸浸出過程動力學(xué)行為進(jìn)行了長期預(yù)測分析。從理論上拓廣了灰色預(yù)測GM(1，1)模型的建模條件，給出了一類既改變原始數(shù)據(jù)列的光滑性，又縮小還原誤差的變換函數(shù)的構(gòu)造條件，并結(jié)合等維遞補(bǔ)的動態(tài)灰色預(yù)測方法，對浸出過程中浸出率隨浸出時間變化的規(guī)律進(jìn)