尹升华等：我国铜矿微生物浸出技术的研究进展 ·151· 寸分布、有效连通性等宏观孔隙参数方面.比如：利 μCT225 kvFCB高精度显微CT,探究了孔裂双重结 用孔隙拓扑率评价矿堆孔隙的有效连通性]：利用 构耦合及演化机制，如图7所示.但是，综合来看， He-Chen-Zhang LBM模型获取了矿堆颗粒三维重 现有研究针对宏细观孔隙、裂隙结构间的作用机制 构体[1oO,基于MRI技术，利用T1FLAR序列描述 普遍简化视之，对孔裂隙结构耦合作用和数学表述 柱浸过程中的矿岩散体孔隙结构]：浸矿过程中 方法不一，无法实现矿堆孔裂结构的精确化和透明 颗粒表面的微观裂隙演化特征[)；基于 化，亟待突破 (1)浸矿前 (2)浸矿后 600f 6(00 500 500 样本 400 400 30 300 00 200 100 100 600 10020030000-s00600 600 (a) 像200 300 (b) 像素) 1002003000050 x(像素) 图7高精度显微CT实验系统及孔隙结构演化[).(a)μCT225 kvFCB型高精度显微扫描仪：(b)实验柱内孔隙结构演化 Fig.7 High-precision HCT experimental system and evolution of pore structure:(a)uCT225kvFCB high-precision mico scanner:(b)evolution of pore structure inside experimental columns 3.5浸出体系多场耦合与过程模拟 拟，陈喜山等1]最早提出了基于渗流力学的堆浸 矿石生物浸出过程是一个由固、气、液三相介 体系浸润面、饱和区、非饱和区渗流，以及饱和区- 质，以及渗流场、温度场、反应场、浓度场和压力场等 非饱和区耦合渗流的数学模型：此外，关联维和Lya- 共同构成的多相多场耦合作用的复杂体系[1].采 punov指数等混沌参量及理论被用于描述堆内饱和 用常规室内摇瓶试验、柱浸实验和工业实验等手段， 区的浸润面及其控制理论[1%]：基于灰色预测理论， 难以实现多因素耦合机制及内在作用原理研究.因 利用MATLAB和SPSS回归分析对非饱和堆浸过程 此，利用高性能计算机开展数值模拟研究，已成为国 进行模拟[1].对于溶浸液的流量及流速分布规律 内外解决该类问题的重要手段.对于浸出体系的模 的研究，利用Fluent、COMSOL multiphysics等多场模 型研究，主要涉及溶液渗流、反应、传质、传热与通风 拟软件开展了大量研究，如图8，是利用COMSOL 等方面，比如：经典的收缩核模型对颗粒反应进行模 Multiphysics软件对堆内溶液优先流模拟的结果.近 ④ (b) (c) 模块尺寸：10mmx10mm×10mm 速度10m·s5.8x10 o 图中①④为 优先流路径 图8基于C0 MSOLMultiphysics的双重孔隙结构内优先流路径模拟o].(a)单孔隙度模型：(b)微孔网络渗透率5.18×10-1mm2; (c)微孔网络渗透率8.54×10-l0mm2 Fig.8 Simulation of preferential flow pathways inside dual pore structures using COMSOL Multiphysics:(a)single macro porosity model; (b)micro-pore network permeability is 5.;(c)micro-pore network permeability is 8.尹升华等: 我国铜矿微生物浸出技术的研究进展 寸分布、有效连通性等宏观孔隙参数方面. 比如:利 用孔隙拓扑率评价矿堆孔隙的有效连通性[99] ;利用 He鄄鄄Chen鄄鄄Zhang LBM 模型获取了矿堆颗粒三维重 构体[100] ,基于 MRI 技术,利用 T1 FLAIR 序列描述 柱浸过程中的矿岩散体孔隙结构[101] ;浸矿过程中 颗 粒 表 面 的 微 观 裂 隙 演 化 特 征[102] ; 基 于 滋CT225kvFCB 高精度显微 CT,探究了孔裂双重结 构耦合及演化机制,如图 7 所示. 但是,综合来看, 现有研究针对宏细观孔隙、裂隙结构间的作用机制 普遍简化视之,对孔裂隙结构耦合作用和数学表述 方法不一,无法实现矿堆孔裂结构的精确化和透明 化,亟待突破. 图 7 高精度显微 CT 实验系统及孔隙结构演化[103] 郾 (a) 滋CT225kvFCB 型高精度显微扫描仪; (b) 实验柱内孔隙结构演化 Fig. 7 High鄄precision 滋CT experimental system and evolution of pore structure [103] : (a) 滋CT225kvFCB high鄄precision mico scanner; (b) evolution of pore structure inside experimental columns 图 8 基于 COMSOL Multiphysics 的双重孔隙结构内优先流路径模拟[108] . (a) 单孔隙度模型; ( b) 微孔网络渗透率 5郾 18 伊 10 - 11 mm 2 ; (c) 微孔网络渗透率 8郾 54 伊 10 - 10 mm 2 Fig. 8 Simulation of preferential flow pathways inside dual pore structures using COMSOL Multiphysics [108] : ( a) single macro porosity model; (b) micro鄄pore network permeability is 5郾 18 伊 10 - 11 mm 2 ; (c) micro鄄pore network permeability is 8郾 54 伊 10 - 10 mm 2 3郾 5 浸出体系多场耦合与过程模拟 矿石生物浸出过程是一个由固、气、液三相介 质,以及渗流场、温度场、反应场、浓度场和压力场等 共同构成的多相多场耦合作用的复杂体系[104] . 采 用常规室内摇瓶试验、柱浸实验和工业实验等手段, 难以实现多因素耦合机制及内在作用原理研究. 因 此,利用高性能计算机开展数值模拟研究,已成为国 内外解决该类问题的重要手段. 对于浸出体系的模 型研究,主要涉及溶液渗流、反应、传质、传热与通风 等方面,比如:经典的收缩核模型对颗粒反应进行模 拟,陈喜山等[105] 最早提出了基于渗流力学的堆浸 体系浸润面、饱和区、非饱和区渗流,以及饱和区鄄鄄 非饱和区耦合渗流的数学模型;此外,关联维和 Lya鄄 punov 指数等混沌参量及理论被用于描述堆内饱和 区的浸润面及其控制理论[106] ;基于灰色预测理论, 利用 MATLAB 和 SPSS 回归分析对非饱和堆浸过程 进行模拟[107] . 对于溶浸液的流量及流速分布规律 的研究,利用 Fluent、COMSOL multiphysics 等多场模 拟软件开展了大量研究,如图 8,是利用 COMSOL Multiphysics 软件对堆内溶液优先流模拟的结果. 近 ·151·