D0:10.13374/.issn1001-053x.2013.07.020 第35卷第7期 北京科技大学学报 Vol.35 No.7 2013年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jul.2013 矿堆非饱和渗流中的界面作用 吴爱祥，李希雯☒，尹升华，艾纯明 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 通信作者，E-mail:heavenli1@163.com 摘要为探明矿堆非饱和浸出渗流规律，以界面作用为切入点，分析了浸出液的运动状态.矿堆中吸力由界面作用产 生的基质吸力和吸收扩散产生的渗透吸力组成.孔隙中介质分布的不均匀性和矿石形状的随机性是导致界面作用多样 性以及浸出液运动状态复杂的原因.采用毛细上升实验很好地证明了矿堆中吸力的存在，在驱动力的作用下，浸润初期 的液面上升速度较快，浸润后期液面上升相对平缓.通过拟合得知液面毛细上升高度与浸润时间符合幂函数关系.理论 研究表明可以通过改变固相、液相和气相的物理性质来实现对矿堆非饱和渗流中界面作用的调控 关键词堆浸：渗流：界面：毛细管作用 分类号TD953 Interface effects of unsaturated seepage in dump leaching WU Ai-riang,LI Xi-wen,YIN Sheng-hua,AI Chun-ming School of Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:heavenlil@163.com ABSTRACT Starting with interface effects,the motion state of the leaching solution was analyzed to find out the seepage rule in unsaturated leaching.The total suction in ore heaps is composed of the matric suction from interface effects and the osmotic suction from absorption and diffusion of the ore and solution.The inhomogeneity of medium distribution in pores and the randomness of ore shape are causes for the diversity of interface effects,which make the motion state of the leaching solution complicated.Capillary rise experiment was conducted to prove the existence of suction in ore heaps.The result reveals that the capillary rise height increases faster at the beginning of infiltration under driving force than that at the later period of infiltration.Moreover,the fitting curve reveals that the capillary rise height increases by a power function with infiltration time.Theoretical studies show that the interface effects of unsaturated seepage in leaching can be regulated by changing the physical properties of solid phase,liquid phase and gas phase. KEY WORDS leaching:seepage;interfaces;capillarity 堆浸效果的好坏主要取决于两个方面：一是溶 相在多孔介质中的流动的过程4.目前对矿堆内部 浸液溶解有用物质的能力，二是溶浸液在矿堆中的 的界面作用过程研究较少，而非饱和渗流的模型和 渗透效果.实践中，由于渗流问题产生的矿堆渗透 求解更加困难).陈喜山6基于喷淋式矿堆模型，将 性差、溶液分布不均、细菌活性低、矿物浸出率低等 矿堆分为浸润面上、饱和区和非饱和区三个部分， 问题已成为制约溶浸技术快速发展的瓶颈1-).矿 以达西定律为基础，以渗透率、饱和率等为基本参 堆是一个固-液-气三相共同作用、相互影响的渗流 数建立了最早的非饱和区渗流模型门.但是，这一 体系.多孔介质中的非饱和渗流可以理解为气-液两 研究并未从微观乃至宏观角度进一步揭示非饱和渗 收稿日期：2012-04-28 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(50934002,51074013)：教育部长江学者和创新团队发展计划资助项目(IRT0950):中 国博士后科学基金资助项目(20100480200)第 35 卷 第 7 期 北 京 科 技 大 学 学 报 Vol. 35 No. 7 2013 年 7 月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jul. 2013 矿堆非饱和渗流中的界面作用 吴爱祥，李希雯 ，尹升华，艾纯明 北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083 通信作者，E-mail: heavenli1@163.com 摘 要 为探明矿堆非饱和浸出渗流规律，以界面作用为切入点，分析了浸出液的运动状态. 矿堆中吸力由界面作用产 生的基质吸力和吸收扩散产生的渗透吸力组成. 孔隙中介质分布的不均匀性和矿石形状的随机性是导致界面作用多样 性以及浸出液运动状态复杂的原因. 采用毛细上升实验很好地证明了矿堆中吸力的存在，在驱动力的作用下，浸润初期 的液面上升速度较快，浸润后期液面上升相对平缓. 通过拟合得知液面毛细上升高度与浸润时间符合幂函数关系. 理论 研究表明可以通过改变固相、液相和气相的物理性质来实现对矿堆非饱和渗流中界面作用的调控. 关键词 堆浸；渗流；界面；毛细管作用 分类号 TD953 Interface effects of unsaturated seepage in dump leaching WU Ai-xiang, LI Xi-wen , YIN Sheng-hua, AI Chun-ming School of Civil and Environmental Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China Corresponding author, E-mail: heavenli1@163.com ABSTRACT Starting with interface effects, the motion state of the leaching solution was analyzed to find out the seepage rule in unsaturated leaching. The total suction in ore heaps is composed of the matric suction from interface effects and the osmotic suction from absorption and diffusion of the ore and solution. The inhomogeneity of medium distribution in pores and the randomness of ore shape are causes for the diversity of interface effects, which make the motion state of the leaching solution complicated. Capillary rise experiment was conducted to prove the existence of suction in ore heaps. The result reveals that the capillary rise height increases faster at the beginning of infiltration under driving force than that at the later period of infiltration. Moreover, the fitting curve reveals that the capillary rise height increases by a power function with infiltration time. Theoretical studies show that the interface effects of unsaturated seepage in leaching can be regulated by changing the physical properties of solid phase, liquid phase and gas phase. KEY WORDS leaching; seepage; interfaces; capillarity 堆浸效果的好坏主要取决于两个方面：一是溶 浸液溶解有用物质的能力，二是溶浸液在矿堆中的 渗透效果. 实践中，由于渗流问题产生的矿堆渗透 性差、溶液分布不均、细菌活性低、矿物浸出率低等 问题已成为制约溶浸技术快速发展的瓶颈[1−3] . 矿 堆是一个固–液–气三相共同作用、相互影响的渗流 体系. 多孔介质中的非饱和渗流可以理解为气–液两 相在多孔介质中的流动的过程[4] . 目前对矿堆内部 的界面作用过程研究较少，而非饱和渗流的模型和 求解更加困难[5] . 陈喜山[6] 基于喷淋式矿堆模型，将 矿堆分为浸润面上、饱和区和非饱和区三个部分， 以达西定律为基础，以渗透率、饱和率等为基本参 数建立了最早的非饱和区渗流模型[7] . 但是，这一 研究并未从微观乃至宏观角度进一步揭示非饱和渗 收稿日期：2012–04–28 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目 (50934002，51074013)；教育部长江学者和创新团队发展计划资助项目 (IRT0950)；中 国博士后科学基金资助项目 (20100480200) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2013.07.020