保持矿堆良好的孔隙结构和渗透性能是矿物高效浸出的关键,论文以酸浸氧化铜矿岩散体为研究对象,以室内试验、数值模拟、理论分析为技术手段,以强化堆浸渗流、改善浸出效果为目的,开展堆浸过程中孔隙结构及渗流演化规律研究,主要包括:

(1)开展了酸浸过程中氧化铜矿石颗粒内部结构成像试验。借助显微CT扫描系统、图像处理技术和三维重构技术,展示了浸出作用下矿粒内部裂隙结构演化过程,运用数字图像分析技术揭示了酸浸氧化铜矿石颗粒内部微裂隙结构演化规律,酸浸作用使矿粒孔隙率、裂隙尺寸和数量分别增加了约40%、3.5%和 25%。

(2)完成了硫酸柱浸氧化铜矿岩散体颗粒间孔隙结构演化试验。利用工业CT成像技术获取了柱浸体系孔隙结构参数信息,借助三种不同维度的孔隙率用于散体孔隙结构评价,探明了酸浸条件下氧化铜矿岩散体孔隙率、孔隙尺寸、渗透系数及浸出率随浸矿时间演化规律。

(3)探明了氧化铜矿石酸浸体系孔裂隙双重介质渗流演化规律。考察了酸浸氧化铜体系孔裂隙分形演化规律,明确了矿粒内部裂隙分形维数与孔隙率、裂隙尺寸及数量之间的正线性相关关系,确定了散体颗粒间孔隙分形维数与孔隙率、孔隙尺寸及渗透系数间的线性关系,建立了氧化铜矿石酸浸体系孔裂隙双重介质分形渗流演化模型。

(4)考察了堆浸散体饱和细观渗流速度场分布特征。利用MRI系统开展了柱浸散体饱和渗流成像试验,实现了堆浸溶液细观渗流速度场的可视化,引入标准偏差、变异系数和均匀性指数用于体系流场均匀性评价,揭示了堆浸散体颗粒间溶液细观渗流规律,基于MRI图像构建了有限单元模型,开展了浸矿散体细观渗流数值模拟,模拟结果与测试结果较吻合。

(5)阐明了酸浸氧化铜矿岩散体孔隙结构及渗流演化机理。由氧化铜矿石酸浸反应动力学入手,解析了酸浸作用对氧化铜矿石颗粒内部裂隙的影响机制,探明了酸浸条件下氧化铜矿岩散体渗流演化机理。

(6)完善了浸矿过程中矿堆渗流调控技术措施。针对浸矿过程中矿堆孔隙结构及渗流演化特点,分析了堆浸渗流调控技术措施及其作用机理,提出了充气强化堆浸渗流工艺设想,以促进浸出进程、改善浸矿效果。