矿物浸出过程热力学计算软件的开发与应用

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我国金属矿物开采面临资源短缺、回收率低、环境污染等问题。主要应用于低品位矿石、难采矿体和废石开采的矿物浸出工艺技术,近几十年来受到很大重视。矿物浸出工艺技术的研究发展和应用现状要求使用高效、低耗、准确的研究方法对矿物浸出过程进行热力学研究,而现代计算机计算能力的提升与数学算法的成熟促使计算机模拟在矿物浸出过程工艺技术中的应用。本文通过浸出过程的热力学基本原理建立合理的数学模型,采用稳定、高效的数值方法求解浸出过程的热力学性质,利用C++ Builder开发出针对矿物浸出过程的热力学计算软件。软件包括数据输入模块、数据库模块、计算模块和输出模块、辅助功能模块;分别负责数据输入、自带数据库的搜索与维护、数学方程组的建立与求解、计算结果输出与显示、提供用户接口与初始化过程。软件核心计算模块的基本设计思想是根据热力学基本原理,利用物质作用定律、电荷守恒、摩尔守恒,建立牛顿-拉普拉斯方程组,求解雅可比矩阵得到未知量。该软件有登录窗体、给定条件计算输入窗体、范围条件计算输入窗体、结果文本显示窗体、图形显示窗体。给定条件输入计算窗体用于特定浸出液初始值条件下,计算浸出体系中各组分分布和金属矿物总溶解量。范围条件计算输入窗体用于搜索在一定浸出液组成范围内的最佳浸出剂条件。结果文本显示窗体用于显示结果,并可以保存为word格式的文档。图形显示窗体用于范围条件计算时直观的显示组分的变化趋势。应用该热力学计算软件分别模拟计算氨-水,氨-氯化铵-水,氯化铵-水体系中碱式碳酸铜及氧化铜的多相多组分同时平衡过程,并用实验测得的溶解总铜的摩尔质量浓度验证了软件模拟计算方法的精准性。同时模拟计算预测了不同初始条件下,各浸出体系中溶液相中的组分分布情况,便于对矿物浸出反应进行机理研究。通过实验和模拟计算分别对溶解体系中新相沉淀物Cu(OH)1.5Cl0.5的出现条件进行了探讨,发现在溶液中总铜摩尔质量浓度为0.1 mol/kg,MNH4 Cl为3 mol/kg时,新相沉淀物Cu(OH)1.5Cl0.5出现的pH值范围为3.9~7.4。本文最后模拟计算了氨-硫酸铵-水体系中氧化镍的溶解平衡,发现溶解镍随体系中氨的增加而增加;当氨量固定不变时,溶解镍随硫酸铵量的增加先增加后减少。
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