شبيه سازي فرآيند تزريق اسيد در روش ليچينگ برجا در محيط شكسته و متخلخل و بررسي ميزان تاثير خصوصيات هندسي توده سنگ شكسته بر جريان و نفوذ سيال

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي معدن

كارشناسي ارشد

با توجه به چالش‌هاي روش‌هاي سنتي معدنكاري از جمله هزينه‌هاي بالا، تخريب محيط زيست و محدوديت دسترسي به ذخاير عميق، روش ليچينگ برجا به عنوان يك جايگزين كارآمد روش هاي سنتي معدنكاري مورد توجه قرار گرفته است. روش استخراج ليچينگ برجابه عنوان يك روش نوين و كم‌هزينه براي استخراج كانسارهاي مس، طلا، اورانيوم و... مي‌پردازد. اين روش مبتني بر تزريق محلول‌هاي شيميايي (مانند اسيد سولفوريك) به درون توده سنگ معدني و استخراج فلز هدف از طريق چاه‌هاي توليدي است. هدف اصلي اين پژوهش، شبيه‌سازي فرآيند تزريق اسيد سولفوريك در محيط‌هاي شكسته و متخلخل و تحليل تأثير ويژگي‌هاي هندسي توده سنگ شكسته بر الگوي جريان و نفوذ سيال است. براي شبيه‌سازي اين فرآيند، از نرم‌افزار چند حالته كامسول استفاده شده است كه توانايي حل معادلات ديفرانسيل جزئي همبسته‌ شده را دارد. اين نرم‌افزار به دليل قابليت‌هاي منحصر به فردي همچون مدلسازي چندفيزيكي (شامل جريان سيال، انتقال جرم، انتقال حرارت و واكنش‌هاي شيميايي)انعطاف‌پذيري در تعريف هندسه‌هاي پيچيده (مانند چاه‌ها و شكستگي‌ها) و امكان بهينه‌سازي پارامترهاي عملياتي انتخاب شد. مدلسازي در سه پودمان (ماژول) اصلي انجام گرفت، پودمان قانون دارسي براي توصيف جريان سيال در محيط متخلخل، پودمان انتقال جرم براي مدلسازي انتشار اسيد و يون‌هاي مس و پودمان انتقال حرارت براي تحليل اثرات دما بر واكنش‌هاي شيميايي شده است. محيط معدني شامل لايه هاي مختلف ماده معدني مس دار و سنگهاي دربرگيرنده در كمر بالا و كمر پايين لايه مس بوده است. خصوصيات هندسي توده سنگ شكسته (مانند بازشدگي درزه‌ها، زاويه، فاصله‌داري، و جهت‌گيري) و پارامترهاي ذاتي سيال (مانند ويسكوزيته و غلظت اسيد) به عنوان متغيرهاي كنترل‌پذير در شبيه‌سازي در نظر گرفته شدند. چاه‌هاي تزريق و پمپاژ در يك الگوي پنج‌نقطه‌اي مربعي طراحي شدند تا پوشش بهينه‌اي از منطقه معدني فراهم شود. واكنش‌هاي اصلي بين اسيد سولفوريك و كاني‌هاي مس اكسيدي (مانند مالاكيت، كوپريت و كريزوكولا) مدلسازي شدند. اين واكنش‌ها به همراه سينتيك مربوطه در پودمان انتقال جرم نرم‌افزار تعريف شدند. نتايج شبيه‌سازي نشان داد كه خصوصيات هندسي شكستگي‌ها تأثير مستقيمي بر الگوي جريان سيال و نرخ نفوذ اسيد دارند. افزايش بازشدگي درزه‌ها از 1 تا 7/1ميلي‌متر، سرعت دارسي در محيط متخلخل را تا 77/39 درصد افزايش مي‌دهد. درزه‌هاي با زاويه عمودي نسبت به جهت جريان، كمترين مقاومت را ايجاد كرده و باعث بهبود فرآيند تا ميزان 64/21 درصد مي شوند. اين پژوهش نشان داد كه شبيه‌سازي چندفيزيكي با نرم افزار چندحالته كامسول ابزاري قدرتمند براي درك فرآيند ليچينگ برجا و بهينه‌سازي آن است. نتايج حاكي از آن است كه كنترل پارامترهاي هندسي توده سنگ شكسته و هيدروديناميكي سيال مي‌تواند بازدهي استخراج را به ميزان قابل توجهي افزايش دهد. همچنين اين روش به كاهش هزينه‌هاي عملياتي و اثرات زيست‌محيطي كمك مي‌كند. براي تحقيقات آينده، توسعه مدل‌هاي تركيبي شامل اثرات تنش‌هاي مكانيكي و تغييرات ديناميكي محيط پيشنهاد مي‌شود. كلمات كليدي: ليچينگ برجا، شبيه سازي چند فيزيكي، توده سنگ متخلخل شكسته، نرم افزار چندحالته كامسول

235856

مكانيك سنگ

مهندسي معدن

دانشگاه صنعتي اصفهان