表面活性剂强化铜矿石浸出的实验与理论研究

发布时间：2017-09-12 14:14

  本文关键词：表面活性剂强化铜矿石浸出的实验与理论研究

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【摘要】：矿石与溶液发生有效接触是实现矿物浸出的关键前提,论文以浸出体系固液相互作用为理论基础,以表面活性剂为强化矿石浸出的技术手段,以改善矿堆渗透性、提高矿石浸出效率为目的开展研究,主要研究内容包括：(1)构建了溶液和矿石之间固液接触作用的热力学模型。建立了不同条件下溶液与矿石固液作用的能量方程,得到了影响矿石与溶液接触的关键因子,分析了不同因素对固液接触作用的影响。(2)完成了表面活性剂遴选和浸出实验条件优化工作。率先提出了“表面活性剂助浸衰减系数”指标并用于评价表面活性剂助浸作用的持久性,通过PB实验得到了影响浸出率的显著因素,通过响应曲面实验优化了表面活性剂助浸实验条件。(3)考察了矿石润湿性能对表面活性剂的响应特征。开展了矿石表面润湿性能测试实验,揭示了表面活性剂溶液在矿石表面的润湿特性,首次构建了表面活性剂条件下浸出反应矿石表面“真实接触角”的数学模型,探明了浸出过程中矿石表面粗糙度和润湿性的演化规律。(4)开展了不同浓度表面活性剂条件下的毛细上升实验和柱浸实验。探明了毛细吸力和毛细上升高度与表面活性剂浓度之间的关系；得到了表面活性剂对矿柱渗透性和矿石浸出率的影响作用,实验结果表明矿柱渗透性提高了2倍,同时矿石的浸出率提高了8.4%。(5)揭示了表面活性剂强化矿石浸出的作用机理。分析了表面活性剂的吸附特性与浸出反应之间的相互作用,探明了表面活性剂强化矿堆中溶液渗流的作用机制,得出了表面活性剂对矿石浸出速率的影响规律。(6)模拟了表面活性剂对溶质迁移和溶液渗流的影响作用。采用数值模拟分析手段,实现了流速变化、离子浓度分布、浸出率演化的可视化,得到了不同表面活性剂浓度条件下溶质传递和溶液渗流的变化规律。(7)提出了表面活性剂应用于堆浸生产的构想。设计了表面活性剂溶液的制备和添加工艺,探讨了表面活性剂对金属提取等浸出后续工艺的影响,考察了表面活性剂的生物降解性能。
【关键词】：表面活性剂 强化浸出 铜矿石 表面张力 接触角
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD952
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-34
• 1.1 前言14-16
• 1.2 研究背景和意义16-18
• 1.3 国内外堆浸技术应用现状18-21
• 1.3.1 国外堆浸技术应用现状18-20
• 1.3.2 国内堆浸技术应用现状20-21
• 1.4 堆浸过程溶液渗流理论研究进展21-24
• 1.4.1 饱和区和非饱和区渗流模型21-22
• 1.4.2 渗流动力学模型22-23
• 1.4.3 悬浮颗粒渗滤沉积模型23-24
• 1.5 表面活性剂强化矿石浸出研究现状24-31
• 1.5.1 表面活性剂及其分类24-27
• 1.5.2 表面活性剂对矿石浸出的作用27-28
• 1.5.3 表面活性剂对浸堆渗透性的作用28-29
• 1.5.4 表面活性剂对微生物浸矿的作用29-31
• 1.6 研究内容和技术路线31-34
• 1.6.1 主要研究内容31-32
• 1.6.2 研究方法及技术路线32-34
• 2 堆浸体系中固液相互作用影响因素分析34-52
• 2.1 矿石表面的润湿作用34-36
• 2.1.1 矿石表面润湿性34-35
• 2.1.2 矿石表面接触角35-36
• 2.2 矿石表面固液作用形式36-38
• 2.2.1 浸润作用36-37
• 2.2.2 沾湿作用37-38
• 2.2.3 铺展作用38
• 2.3 堆浸矿岩散体内固液作用力38-42
• 2.3.1 吸力分析38-40
• 2.3.2 毛细管力40-42
• 2.3.3 固液作用力之间的关系42
• 2.4 影响固液作用的主要因素42-51
• 2.4.1 矿石性质对固液作用的影响43-45
• 2.4.2 溶液性质对固液作用的影响45-48
• 2.4.3 温度对固液作用的影响48-49
• 2.4.4 压力对固液作用的影响49-50
• 2.4.5 溶液流动对固液作用的影响50-51
• 2.5 本章小结51-52
• 3 表面活性剂遴选及助浸实验条件优化52-76
• 3.1 实验矿样52-54
• 3.1.1 矿物组成53
• 3.1.2 矿石化学成分53-54
• 3.1.3 矿石物相分析54
• 3.2 实验仪器和方法54-57
• 3.2.1 实验仪器54
• 3.2.2 实验原理54-56
• 3.2.3 参数测试56-57
• 3.3 实验方案与结果57-64
• 3.3.1 表面活性剂初选57
• 3.3.2 初选实验方案57-58
• 3.3.3 初选实验结果及分析58-64
• 3.3.4 表面活性剂遴选结果64
• 3.4 表面活性剂助浸实验因素选择64-67
• 3.4.1 因素选择实验设计64-66
• 3.4.2 因素选择实验结果分析66
• 3.4.3 主要实验因素中心点确定66-67
• 3.5 表面活性剂助浸实验条件优化67-74
• 3.5.1 响应曲面实验设计67-68
• 3.5.2 响应曲面实验结果68-71
• 3.5.3 实验因素的交互作用71-74
• 3.5.4 实验条件优化验证74
• 3.6 本章小结74-76
• 4 表面活性剂影响矿石表面润湿性能实验研究76-106
• 4.1 实验材料和原理76-80
• 4.1.1 实验矿石76-77
• 4.1.2 实验原理77-78
• 4.1.3 实验仪器及装置78-79
• 4.1.4 实验方案79-80
• 4.2 硫酸浓度对矿石润湿性能的影响80-86
• 4.2.1 溶液铺展面积随时间的变化80-82
• 4.2.2 铺展系数与硫酸浓度的关系82-83
• 4.2.3 接触角与硫酸浓度的关系83-86
• 4.3 表面活性剂浓度对矿石润湿性能的影响86-91
• 4.3.1 溶液铺展面积随时间的变化86-88
• 4.3.2 铺展系数与表面活性剂浓度的关系88-89
• 4.3.3 接触角与表面活性剂浓度的关系89-91
• 4.4 矿石表面润湿性能随浸出时间变化91-99
• 4.4.1 矿石表面形貌演化91-96
• 4.4.2 矿石表面粗糙度变化96-98
• 4.4.3 矿石表面润湿性分析98-99
• 4.5 浸出作用下矿石形貌及润湿性演化99-104
• 4.5.1 矿石表面元素分布变化99-101
• 4.5.2 浸出过程中矿石表面侵蚀过程101-103
• 4.5.3 浸出过程中矿石形貌变化分析103-104
• 4.6 本章小结104-106
• 5 表面活性剂强化浸出体系溶液渗流实验研究106-124
• 5.1 实验矿石及颗粒结构分析106-109
• 5.2 实验原理和实验装置109-113
• 5.2.1 毛细上升实验原理109-110
• 5.2.2 柱浸实验原理110
• 5.2.3 矿柱渗透系数测量原理110-112
• 5.2.4 实验装置112-113
• 5.3 表面活性剂对溶液毛细上升的影响113-118
• 5.3.1 毛细上升实验方案113
• 5.3.2 毛细上升高度与曲线拟合113-115
• 5.3.3 毛细上升速度分析115-116
• 5.3.4 表面活性剂对毛细吸力的影响116-118
• 5.4 表面活性剂对渗透系数的影响118-122
• 5.4.1 矿石表面形貌变化118-120
• 5.4.2 溶液表面张力变化120
• 5.4.3 柱浸实验渗透性分析120-121
• 5.4.4 柱浸实验浸出率分析121-122
• 5.5 本章小结122-124
• 6 表面活性剂强化矿石浸出机理研究124-146
• 6.1 表面活性剂改善矿石的润湿性能124-129
• 6.1.1 表面活性剂在固液界面的吸附124-127
• 6.1.2 吸附作用对矿石润湿性的影响127-128
• 6.1.3 浸矿体系对吸附作用的影响128-129
• 6.2 表面活性剂促进矿堆内固液作用129-131
• 6.2.1 减小固液作用阻力129-130
• 6.2.2 增强毛细渗透作用130-131
• 6.3 表面活性剂增强矿堆内溶液渗流131-136
• 6.3.1 防止细颗粒物理堵塞131-134
• 6.3.2 抑制化学产物沉积134-136
• 6.4 表面活性剂提高矿石浸出速率136-144
• 6.4.1 摇瓶实验浸出反应动力学分析136-140
• 6.4.2 柱浸实验浸出反应动力学分析140-144
• 6.4.3 表面活性剂强化扩散作用144
• 6.5 本章小结144-146
• 7 表面活性剂强化浸出过程数值模拟146-164
• 7.1 数值模拟软件介绍146-147
• 7.2 矿石颗粒内部溶液传质模拟147-152
• 7.2.1 基本假设147-148
• 7.2.2 控制方程148-149
• 7.2.3 模型建立与参数定义149-150
• 7.2.4 模拟结果分析150-152
• 7.3 矿石颗粒间溶液渗流模拟152-157
• 7.3.1 基本假设152
• 7.3.2 控制方程152-153
• 7.3.3 模型建立与参数定义153-155
• 7.3.4 模拟结果分析155-157
• 7.4 矿堆浸出过程耦合模拟157-162
• 7.4.1 基本假设157
• 7.4.2 控制方程157-158
• 7.4.3 模型建立与参数定义158-159
• 7.4.4 模拟结果分析159-162
• 7.5 本章小结162-164
• 8 矿石堆浸的表面活性剂强化浸出技术164-180
• 8.1 某铜矿堆浸工程简介164-167
• 8.1.1 地理位置与资源概况164-165
• 8.1.2 堆浸过程存在的问题165-167
• 8.2 表面活性剂应用于堆浸的工艺167-173
• 8.2.1 堆浸工艺流程167-169
• 8.2.2 表面活性剂溶液的制备与添加169-171
• 8.2.3 添加表面活性剂的注意事项171-173
• 8.3 表面活性剂对堆浸后续工艺的影响173-176
• 8.3.1 溶剂萃取-电积法回收铜工艺173-174
• 8.3.2 萃取过程中的相间传质174-175
• 8.3.3 表面活性剂对萃取传质的影响175-176
• 8.4 表面活性剂的生物降解性与环保176-179
• 8.4.1 表面活性剂的生物降解过程176-177
• 8.4.2 影响表面活性剂生物降解的因素177-178
• 8.4.3 环境安全性检测178-179
• 8.5 本章小结179-180
• 9 结论180-186
• 9.1 主要结论180-184
• 9.2 创新点184
• 9.3 研究展望184-186
• 参考文献186-198
• 作者简历及在学研究成果198-204
• 学位论文数据集204

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 王印;;表面活性剂对细菌浸出矿物的试验研究[J];现代农业科技;2010年24期

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本文编号：837696