尹升華，陳勛，吳愛(ài)祥，王雷鳴，劉超

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基于PIV技術(shù)的細(xì)觀礦堆溶液滲流場(chǎng)無(wú)擾動(dòng)測(cè)試

尹升華1, 2，陳勛1, 2，吳愛(ài)祥1, 2，王雷鳴2，劉超2

(1. 北京科技大學(xué)金屬礦山高效開(kāi)采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100083；2. 北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京，100083)

建立由理想顆粒和真實(shí)礦石構(gòu)成的細(xì)觀礦堆物理模型，通過(guò)分散式布液結(jié)構(gòu)，開(kāi)展多種噴淋強(qiáng)度條件下細(xì)觀礦堆的溶液滲流實(shí)驗(yàn)，采用粒子成像測(cè)速(PIV)技術(shù)無(wú)擾動(dòng)地實(shí)測(cè)礦石顆粒間溶液滲流場(chǎng)。通過(guò)測(cè)試獲取溶液質(zhì)點(diǎn)瞬時(shí)位移圖像，應(yīng)用互相關(guān)算法處理，得到細(xì)觀礦堆內(nèi)溶液流速矢量分布情況。研究結(jié)果表明：細(xì)觀礦堆溶液滲流場(chǎng)分布具有明顯的不均勻性，受孔隙結(jié)構(gòu)影響礦堆內(nèi)存在優(yōu)先滲流通道；不同噴淋強(qiáng)度下細(xì)觀礦堆溶液滲流場(chǎng)分布趨勢(shì)相似，溶液最大流速隨噴淋強(qiáng)度增大而增大；礦堆孔隙結(jié)構(gòu)及礦石顆粒特征是影響滲流場(chǎng)內(nèi)溶液流速分布的主要因素。

粒子成像測(cè)速；礦堆；滲流場(chǎng)；優(yōu)先流

堆浸技術(shù)因其能經(jīng)濟(jì)回收低品位礦石且具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、投產(chǎn)期短、處理量大等優(yōu)點(diǎn)，而在銅、金、鎳、鈾等低品位礦石處理方面得到廣泛應(yīng)用，但在實(shí)際生產(chǎn)中存在著礦石浸出率低和礦物浸出速度慢等問(wèn)題，這成為制約堆浸技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸[1?3]。溶液在礦堆內(nèi)滲透性差是導(dǎo)致礦石浸出率低、浸出速度慢的重要原因，礦堆內(nèi)溶液的有效滲透是實(shí)現(xiàn)有用礦物高效浸出的前提[4?5]。因此，礦堆內(nèi)部滲流規(guī)律的研究對(duì)堆浸技術(shù)具有重要意義。長(zhǎng)期以來(lái)，由于技術(shù)手段和分析方法的缺乏，堆浸體系內(nèi)溶液滲流的研究多將礦堆視為“黑箱”進(jìn)行處理，局限于對(duì)礦石顆粒性質(zhì)與滲透率、滲透效果之間關(guān)系的研究[6]。近年來(lái)，隨著測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者[7?9]利用X-ray CT或MRI技術(shù)對(duì)礦堆內(nèi)溶液分布及細(xì)觀滲流規(guī)律進(jìn)行研究。Yang等[10]利用X-ray CT技術(shù)采集礦巖散體圖像，結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)和有限元技術(shù)構(gòu)建了表征介質(zhì)真實(shí)孔隙結(jié)構(gòu)的三維物理模型，并利用此模型進(jìn)行了礦石顆粒間細(xì)觀滲流的三維數(shù)值模擬。Videla 等[11]將X-ray CT技術(shù)與lattice-Boltzmann模型相結(jié)合，對(duì)石灰?guī)r顆粒間的飽和滲流進(jìn)行模擬，得到了顆粒堆內(nèi)不同區(qū)域溶液流速矢量分布。Fagan等[12?13]針對(duì)非飽和浸出過(guò)程，利用MRI技術(shù)獲取了礦堆截面無(wú)損圖像，探究了孔隙內(nèi)氣液相位分布情況。但上述研究均未能實(shí)現(xiàn)礦堆細(xì)觀滲流場(chǎng)分布規(guī)律的直觀可視化表征。PIV技術(shù)是一種非接觸式無(wú)擾動(dòng)流場(chǎng)測(cè)試技術(shù)，其測(cè)試過(guò)程中不會(huì)對(duì)流場(chǎng)內(nèi)溶液的流動(dòng)特性產(chǎn)生影響，已在流場(chǎng)測(cè)試領(lǐng)域取得較廣泛應(yīng)用。Jasiński[14]利用PIV技術(shù)對(duì)含擾流器的圓管內(nèi)流場(chǎng)分布進(jìn)行研究，測(cè)試結(jié)果與數(shù)值模擬具有很好一致性。Huang 等[15?16]通過(guò)PIV技術(shù)對(duì)多孔介質(zhì)內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，得到了流場(chǎng)內(nèi)速度矢量分布規(guī)律。本文作者利用PIV技術(shù)對(duì)細(xì)觀礦堆溶液滲流場(chǎng)進(jìn)行無(wú)擾動(dòng)測(cè)試，結(jié)合圖像處理軟件，分析礦堆內(nèi)溶液滲流規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

分別建立由理想顆粒和真實(shí)礦石構(gòu)成的細(xì)觀礦堆物理模型，其與分散式布液結(jié)構(gòu)共同組成實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，如圖1所示。圖1(a)所示為理想模型，圖1(b)所示為真實(shí)模型，分別用于進(jìn)行理想礦堆的溶液滲流實(shí)驗(yàn)和真實(shí)礦堆的溶液滲流實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ统叽鐓?shù)如圖1所示，理想模型中細(xì)觀礦堆模型長(zhǎng)為100 mm，寬為30 mm，高為140 mm，真實(shí)模型中細(xì)觀礦堆模型長(zhǎng)為140 mm，寬為30 mm，高為140 mm。

單位：mm

本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的分散式布液結(jié)構(gòu)內(nèi)部裝滿細(xì)小有機(jī)玻璃柱，可實(shí)現(xiàn)礦堆上部均勻布液，有效模擬實(shí)際生產(chǎn)中礦堆內(nèi)溶液在局部孔隙空間之間的流動(dòng)，消除了上、下邊界對(duì)礦堆內(nèi)溶液滲流產(chǎn)生的影響。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

利用細(xì)觀礦堆物理模型，通過(guò)分散式布液結(jié)構(gòu)，開(kāi)展多種噴淋強(qiáng)度條件下細(xì)觀礦堆的溶液滲流實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用粒子成像測(cè)速技術(shù)(PIV)無(wú)擾動(dòng)地實(shí)測(cè)礦石顆粒間溶液滲流場(chǎng)。PIV技術(shù)是一種基于流場(chǎng)圖像分析的非接觸式無(wú)擾動(dòng)流場(chǎng)測(cè)試技術(shù)[17?18]。其基本原理如圖2所示，即在流場(chǎng)中均勻散播跟隨性強(qiáng)、反光性好且密度與溶液密度相等的示蹤粒子，由脈沖激光器發(fā)出的激光通過(guò)片光源鏡頭組擴(kuò)展為一個(gè)很薄的片光，以很短的脈沖間隔照亮待測(cè)流場(chǎng)區(qū)域2次，2次照射分別被跨幀CCD相機(jī)記錄下流場(chǎng)層片中流動(dòng)粒子的圖像，然后把圖像數(shù)字化送入計(jì)算機(jī)，記錄下來(lái)的圖像被劃分成許多小的診斷窗口，在2次激光脈沖發(fā)射的時(shí)間間隔內(nèi)，通過(guò)2個(gè)診斷窗口之間基于快速傅里葉變換的互相關(guān)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)顆粒在診斷區(qū)域中位移的計(jì)算。由所有診斷窗口的位移矢量，得到完整的瞬時(shí)速度分布圖。PIV技術(shù)根據(jù)示蹤粒子位移推斷溶液流速，所使用的示蹤粒子為完全跟隨溶液運(yùn)動(dòng)、對(duì)溶液特性無(wú)影響及粒子之間無(wú)相互作用的理想顆粒[19]。

圖2 PIV原理示意圖

對(duì)于理想示蹤顆粒，其在流場(chǎng)中的速度等于其所在位置溶液質(zhì)點(diǎn)的流速。示蹤粒子在流場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，其在激光片光區(qū)和2個(gè)方向上的位移隨時(shí)間的變化為()和()，是關(guān)于時(shí)間的連續(xù)函數(shù)，則其所在位置溶液質(zhì)點(diǎn)的流速可用下式表示。

式中：v和v分別為和2個(gè)方向溶液流速；Δ為激光脈沖時(shí)間間隔；和分別為和方向上2個(gè)位移點(diǎn)間平均速度。

由式(1)可知：PIV技術(shù)是將激光脈沖時(shí)間間隔Δ內(nèi)平均速度作為時(shí)刻的瞬時(shí)速度，因此Δ應(yīng)盡量小。而測(cè)量位移要求圖像平面上粒子不能重疊，且滿足位移和分辨率要求，所以，Δ又不能太小。因此，脈沖激光時(shí)間間隔應(yīng)根據(jù)溶液流速合理選定。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

本次實(shí)驗(yàn)采用的實(shí)驗(yàn)裝置主要由實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、PIV系統(tǒng)、皮管、流量計(jì)、水箱、支架等部分組成。其中PIV系統(tǒng)主要由Nd:YAG雙脈沖式激光器、型號(hào)為MircoPulse71的同步控制器、Redlake Megapluse II ES2001型PIV專用CCD相機(jī)、觸發(fā)器及Micro Vec軟件系統(tǒng)組成。實(shí)驗(yàn)所用示蹤粒子為T(mén)SI公司生產(chǎn)的空心玻璃珠。

針對(duì)理想模型及真實(shí)模型，進(jìn)行多種噴淋強(qiáng)度條件下細(xì)觀礦堆溶液滲流場(chǎng)無(wú)擾動(dòng)測(cè)試，具體步驟為：

1) 將實(shí)驗(yàn)裝置各組成部分裝配完成，測(cè)試各組件連接情況，然后進(jìn)行系統(tǒng)的整體運(yùn)行測(cè)試，調(diào)整CCD相機(jī)、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⑵庠粗g的相對(duì)位置，使相機(jī)能夠清晰捕捉到實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢?nèi)溶液滲流圖像。

2) 對(duì)理想礦堆模型依次進(jìn)行噴淋強(qiáng)度為0.10，0.20和0.30 L/min的滲流實(shí)驗(yàn)，通過(guò)PIV系統(tǒng)獲取各噴淋強(qiáng)度下理想礦堆模型內(nèi)溶液質(zhì)點(diǎn)瞬時(shí)位移圖像并由計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)，記錄圖像序列及兩幀圖像時(shí)間間隔。

3)對(duì)真實(shí)礦堆模型依次進(jìn)行噴淋強(qiáng)度為0.10，0.15，0.20，0.25和0.30 L/min的滲流實(shí)驗(yàn)，通過(guò)PIV系統(tǒng)獲取各噴淋強(qiáng)度下真實(shí)礦堆模型內(nèi)溶液質(zhì)點(diǎn)瞬時(shí)位移圖像并由計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)，記錄圖像序列及兩幀圖像時(shí)間間隔。

4) 理想礦堆和真實(shí)礦堆的溶液滲流實(shí)驗(yàn)均完成后，利用Micro Vec軟件及Tecplot軟件對(duì)獲取的理想礦堆溶液質(zhì)點(diǎn)瞬時(shí)位移圖像和真實(shí)礦堆溶液質(zhì)點(diǎn)瞬時(shí)位移圖像進(jìn)行處理。

2 結(jié)果及分析

2.1 理想礦堆內(nèi)溶液滲流場(chǎng)分布特征

將獲取的理想礦堆模型內(nèi)溶液質(zhì)點(diǎn)瞬時(shí)位移圖像導(dǎo)入Micro Vec軟件，采用互相關(guān)算法進(jìn)行處理，得到不同噴淋強(qiáng)度條件下理想模型內(nèi)溶液速度矢量分布。如圖3所示，圖3中箭頭方向代表溶液速度的方向，箭頭大小表示速度的快慢。圖3表明理想礦堆細(xì)觀滲流場(chǎng)內(nèi)溶液流速呈不均勻分布，理想礦堆內(nèi)溶液可分為優(yōu)先流溶液及緩流溶液2部分。

噴淋強(qiáng)度/(L?min?1): (a) 0.10；(b) 0.20；(c) 0.30

由圖3可以看出：在理想礦堆模型上部溶液為紊流狀態(tài)且有明顯的渦流存在，各溶液質(zhì)點(diǎn)間流速差異顯著。這主要是由于入滲溶液與礦石顆粒發(fā)生碰撞，導(dǎo)致溶液質(zhì)點(diǎn)流向的急劇改變并伴隨質(zhì)點(diǎn)間的動(dòng)量交換和轉(zhuǎn)移，進(jìn)而引起流場(chǎng)畸變產(chǎn)生渦流[20]。在流場(chǎng)畸變作用下，多個(gè)質(zhì)點(diǎn)結(jié)合形成微團(tuán)并可進(jìn)行較長(zhǎng)距離的運(yùn)移，且在質(zhì)點(diǎn)微團(tuán)運(yùn)移過(guò)程中與沿程質(zhì)點(diǎn)間進(jìn)行動(dòng)量交換，從而進(jìn)一步擴(kuò)大流場(chǎng)畸變范圍，導(dǎo)致渦流強(qiáng)度及范圍的增加。當(dāng)模型上部紊流溶液流經(jīng)理想礦石顆粒Ⅰ和Ⅱ之間的孔隙及礦石顆粒與模型邊界間區(qū)域時(shí)，礦石顆粒間孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)溶液流向產(chǎn)生限制作用，且不同流向溶液間相互碰撞。經(jīng)過(guò)溶液質(zhì)點(diǎn)間動(dòng)量的合成與分解，最終使其速度方向與流場(chǎng)方向達(dá)到一致，形成沿縱向礦石孔隙流動(dòng)的優(yōu)先流。這表明礦石孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)礦堆內(nèi)溶液流動(dòng)具有導(dǎo)向作用。

圖3表明，在理想礦堆內(nèi)緩流溶液主要分為2部分：一是在礦石顆粒表面由于界面張力等作用而形成的流動(dòng)性較差的吸附液層，吸附液層在重力作用及優(yōu)先流的拖曳作用下，沿礦石顆粒表面緩慢流動(dòng)，Mousavi等[21]研究發(fā)現(xiàn)在礦石顆粒表面吸附液層與優(yōu)先流溶液之間存在微小漩渦。二是位于沿溶液流向的礦石顆粒之間及礦石下部由于毛細(xì)作用及礦石阻礙所形成的緩流區(qū)，且因礦堆內(nèi)優(yōu)先流溶液與緩流區(qū)溶液間存在速度差異及黏滯作用，優(yōu)先流溶液對(duì)緩流區(qū)溶液產(chǎn)生拖曳，致使在緩流區(qū)內(nèi)溶液發(fā)生擾動(dòng)并形成漩渦，Masuoka等[20]稱這類渦流為間隙渦流。

在理想礦堆內(nèi)縱坐標(biāo)為=35 mm，=95 mm和=115 mm這3個(gè)截面上各取20個(gè)點(diǎn)，分別計(jì)算不同噴淋強(qiáng)度下各點(diǎn)速度，點(diǎn)的位置以模型軸中心線為對(duì)稱軸對(duì)稱分布。使用Tecplot軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，得到不同噴淋強(qiáng)度下理想礦堆內(nèi)溶液速度特征，如表1所示。并繪制圖4所示不同噴淋強(qiáng)度下各截面流速分布曲線圖。

表1 不同噴淋強(qiáng)度下理想模型滲流場(chǎng)特性

Y/mm: (a) 35; (b) 95; (c) 115

由圖4(a)和4(b)可見(jiàn)：理想礦堆內(nèi)=35 mm及=95 mm截面上溶液流速在不同噴淋強(qiáng)度下的分布趨勢(shì)基本相似，溶液流速隨噴淋強(qiáng)度的增加而增大。圖4(c)顯示=115 mm截面上溶液質(zhì)點(diǎn)間流速差異性大的分布特征保持不變，各點(diǎn)間流速差異隨噴淋強(qiáng)度的增大而更加顯著，表明隨著噴淋強(qiáng)度的增大，溶液紊流強(qiáng)度增加。這是由于隨著噴淋強(qiáng)度增加，致使各溶液質(zhì)點(diǎn)間的碰撞與動(dòng)量交換更加激烈，從而引起紊流強(qiáng)度和渦流范圍的增加。由表1也可看出：礦堆溶液最大流速隨噴淋強(qiáng)度的增大而增大。因此，理想礦堆內(nèi)溶液滲流場(chǎng)分布主要受到礦堆孔隙結(jié)構(gòu)的影響，礦堆內(nèi)溶液流速隨噴淋強(qiáng)度的增加呈增大趨勢(shì)，噴淋強(qiáng)度的增大也會(huì)對(duì)溶液流態(tài)產(chǎn)生影響。

2.2 真實(shí)礦堆孔隙內(nèi)滲流場(chǎng)分布規(guī)律

將獲取的真實(shí)礦堆模型溶液質(zhì)點(diǎn)瞬時(shí)位移圖像導(dǎo)入Micro Vec軟件，采用互相關(guān)算法進(jìn)行處理，得到不同噴淋強(qiáng)度下真實(shí)礦堆模型內(nèi)溶液速度矢量分布，如圖5所示。由圖5可見(jiàn)：真實(shí)礦堆溶液滲流場(chǎng)分布極不均勻，礦堆內(nèi)溶液可分為優(yōu)先流溶液、緩流溶液和不動(dòng)溶液3部分，其中礦堆孔隙空間內(nèi)溶液優(yōu)先滲流路徑如圖5(c)所示，不動(dòng)溶液主要存在于礦堆內(nèi)死端孔隙中，緩流溶液位于優(yōu)先流與礦石顆?；虿粍?dòng)溶液之間。

真實(shí)礦堆模型內(nèi)右側(cè)入滲溶液與礦石顆粒發(fā)生碰撞，溶液質(zhì)點(diǎn)間進(jìn)行動(dòng)量交換，導(dǎo)致溶液速度及流動(dòng)方向發(fā)生改變，受礦石形狀及孔隙的影響大部分溶液進(jìn)入左側(cè)孔隙空間，與左側(cè)入滲溶液發(fā)生碰撞，并在重力及黏滯作用下形成圖5(c)所示的優(yōu)先流。在速度差異及黏滯作用下優(yōu)先流對(duì)相鄰溶液產(chǎn)生拖曳，使得優(yōu)先流相鄰溶液緩慢流動(dòng)形成緩流區(qū)。由于礦石顆粒的阻礙及孔隙的影響，導(dǎo)致在真實(shí)礦堆模型內(nèi)= 120 mm與=140 mm之間區(qū)域內(nèi)溶液與外部溶液缺乏有效的動(dòng)量交換，使得該區(qū)域內(nèi)部溶液流動(dòng)性較差。

由圖5還可以看出：溶液可在相互貫通的孔隙空間內(nèi)流動(dòng)，而在礦堆中死端孔隙內(nèi)部流動(dòng)性極差，為不動(dòng)溶液。礦堆中死端孔隙內(nèi)部不動(dòng)溶液與優(yōu)先流間存在渦流區(qū)域，這是由于優(yōu)先流溶液流經(jīng)死端孔隙區(qū)域時(shí)對(duì)其中溶液產(chǎn)生沖擊和拖曳作用，使死端孔隙中處于外側(cè)的溶液發(fā)生擾動(dòng)，伴隨溶液質(zhì)點(diǎn)間的動(dòng)量交換，逐步擴(kuò)大擾動(dòng)范圍形成局部渦流。圖5顯示尺寸較大的死端孔隙與優(yōu)先滲流間渦流強(qiáng)度較大，尺寸較小的死端孔隙與優(yōu)先滲流間渦流強(qiáng)度較小，是由于死端孔隙與優(yōu)先流接觸面積控制著溶液間動(dòng)量交換程度，因而死端孔隙影響著死端孔隙內(nèi)不動(dòng)溶液與優(yōu)先流溶液間渦流的強(qiáng)度。

將理想模型溶液滲流場(chǎng)分布與真實(shí)模型溶液滲流場(chǎng)分布進(jìn)行對(duì)比，可知礦石形狀對(duì)礦堆內(nèi)溶液滲流有重要影響。當(dāng)溶液與礦石顆粒發(fā)生碰撞時(shí)，礦石形狀控制著碰撞后溶液的流動(dòng)方向，由此對(duì)礦石顆粒周?chē)芤簼B流場(chǎng)分布產(chǎn)生影響。同時(shí)礦石顆粒形狀也影響著礦堆內(nèi)孔隙結(jié)構(gòu)的形狀及大小。

使用Tecplot軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，計(jì)算各噴淋強(qiáng)度下圖5(c)所示，，，和5點(diǎn)的溶液流速，得到各點(diǎn)溶液流速與噴淋強(qiáng)度間的關(guān)系。圖6所示為不同噴淋強(qiáng)度下優(yōu)先流沿程速度變化規(guī)律，圖7所示為優(yōu)先滲流路徑上各點(diǎn)流速隨噴淋強(qiáng)度變化情況。由圖5可知不同噴淋強(qiáng)度下真實(shí)礦堆滲流場(chǎng)分布趨勢(shì)相似，圖6表明不同噴淋強(qiáng)度下優(yōu)先流沿程流速變化規(guī)律基本一致。由圖7可知滲流場(chǎng)內(nèi)溶液流速隨噴淋強(qiáng)度的增加而增大。

噴淋強(qiáng)度/(L?min?1): (a) 0.10; (b) 0.15; (c) 0.20; (d) 0.25; (e) 0.30

噴淋強(qiáng)度/(L?min?1): 1—0.10; 2—0.15; 3—0.20; 4—0.25;

1—A點(diǎn)；2—B點(diǎn)；3—C點(diǎn)；4—D點(diǎn)；5—E點(diǎn)

由上述分析可知：礦堆內(nèi)部溶液滲流場(chǎng)分布規(guī)律主要受礦堆孔隙結(jié)構(gòu)及礦石顆粒特征的影響，噴淋強(qiáng)度對(duì)礦堆內(nèi)溶液滲流的影響主要表現(xiàn)在對(duì)局部流態(tài)及流速的改變方面。Kartha等[22]研究表明礦堆內(nèi)溶質(zhì)運(yùn)移主要發(fā)生在緩流溶液與優(yōu)先流溶液之間及緩流溶液與不動(dòng)溶液之間。而溶浸劑有效運(yùn)至礦石，浸出金屬離子能夠快速運(yùn)出礦堆，是浸出成敗的關(guān)鍵。因此，對(duì)礦堆孔隙結(jié)構(gòu)及入堆礦石顆粒特征進(jìn)行調(diào)控，是改善礦石浸出效果的有效手段。

3 結(jié)論

1) 利用所構(gòu)建的細(xì)觀礦堆物理模型，通過(guò)分散式布液結(jié)構(gòu)，開(kāi)展了多種噴淋強(qiáng)度條件下細(xì)觀礦堆的溶液滲流實(shí)驗(yàn)，采用粒子成像測(cè)速(PIV)技術(shù)有效測(cè)定了細(xì)觀礦堆溶液滲流場(chǎng)分布規(guī)律。

2) 細(xì)觀礦堆溶液滲流場(chǎng)分布具有明顯的不均勻性，礦堆內(nèi)部不同區(qū)域溶液間流速差異顯著。

3) 不同噴淋強(qiáng)度下礦堆細(xì)觀滲流場(chǎng)分布規(guī)律相似。噴淋強(qiáng)度主要對(duì)溶液流速及流態(tài)產(chǎn)生影響，礦堆內(nèi)溶液最大流速隨噴淋強(qiáng)度的增加而增大。

4) 礦石顆粒特征及礦堆孔隙結(jié)構(gòu)是影響礦堆細(xì)觀滲流場(chǎng)分布規(guī)律的主要因素，調(diào)節(jié)入堆礦石粒徑分布及形狀是改善滲流效果、縮短浸出時(shí)間、提高金屬浸出率的有效手段。

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Undisturbed test on mesoscopic solution seepage field in ore heap based on PIV

YIN Shenghua1, 2, CHEN Xun1, 2, WU Aixiang1, 2, WANG Leiming2, LIU Chao2

(1. Key Laboratory of High-Efficient Mining and Satiety of Metal, Ministry of Education, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China;2. School of Civil and Environment Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)

The mesoscopic physical models of ore heap by the ideal particles and ore particles were established. Through a novel liquid distribution structure, the mesoscopic solution seepage experiment of ore heap under the various spray intensity was carried out, and particle image velocimetry (PIV) was used to test the inter particle solution seepage field. The instantaneous displacement images of tracer particles were obtained, the images were processed by cross-correlation algorithms, and the velocity vector distribution of solution in mesoscopic ore heap was obtained. The result shows that the distribution of meso-seepage field of ore heap is characterized by heterogeneity, and pore structure caused by the preferential flow path appears. The velocity distribution under different spray intensities is similar, and there is a positive correlation between the maximum velocity of seepage field and the intensity of spray. The pore structure of ore heap and characteristics of ore particle are the key factors that influence the velocity distribution of seepage field.

particle image velocimetry; ore heap; seepage field; preferential flow

10.11817/j.issn.1672-7207.2015.07.029

TD853

A

1672?7207(2015)07?2597?08

2014?07?15；

2014?09?17

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51374035)；新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃項(xiàng)目(NCET-13-0669)；全國(guó)優(yōu)秀博士學(xué)位論文作者專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(201351) (Project(51374035) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(NCET-13-0669) supported by Program for New Century Excellent Talents in University; Project (201351) supported by the Foundation for the Author of National Excellent Doctoral Dissertation of China)

尹升華，博士，教授，從事溶浸采礦、膏體充填等研究；E-mail: csuysh@126.com

(編輯 楊幼平)