溶浸采矿是一种集采矿、选矿、冶金于一体的新的采矿理论和采矿方法,是一门涉及地质、地球化学、水文地质、采矿学、湿法冶金学、物理化学、流体力学等多学科交叉的边缘科学。目前国内外溶浸采矿技术已日趋成熟,在很多有色金属、贵金属、稀有金属矿床中都在逐渐应用溶浸采矿技术,其中应用最广泛和成功的尤其是铀矿床的溶浸开采。溶浸采矿对低品位矿产资源的开采和环境保护具有重大作用和意义。

溶浸采矿将溶浸液直接注入地下含矿岩层中,利用矿物与水溶液的化学反应来获取有用金属和化合物,整个采矿过程是建立在化学反应和物理化学作用的基础上。矿物的溶解、浸出和浸出液的分离、净化以及金属的沉积都涉及到水溶液和固—液多相反应。因此,水溶液热力学和多相反应动力学的研究是溶浸采矿的理论基础之一,可以帮助我们解决浸矿剂和溶浸液的选择、生产中的物理化学条件的选择与控制等,以有效地提高浸出率和生产效率。

含矿层是一种典型的多孔介质,溶浸液在矿层中的运移属于孔隙介质中的流体力学问题。因此,孔隙介质流体力学的研究同样是溶浸采矿的重要理论基础,有助于我们了解溶浸液在矿层中的流动速率和分布规律,解决溶浸范围的控制、浸出液的收集和资源回收率等问题。

溶浸采矿是一个复杂的体系和复杂的动力学过程,含矿层的矿物组成和渗透性在空间上是变化的,是一种非均匀介质;并且溶浸采矿过程是一个典型的伴随反应的流动过程,受到化学反应(生物溶浸采矿中还包括生物化学反应)与流体流动和物质迁移等多过程的耦合作用,这种耦合作用是反馈的和非线性的。近20年来发展的非线性科学(复杂性科学)为研究自然界和工程技术中的复杂性和动力学过程提供了先进的理论和方法。因此,应用非线性科学的理论和方法来研究溶浸采矿的动力学过程与动力学机理,可以帮助我们解决溶浸采矿中许多理论和技术问题。

鉴于上述,本书较系统分析和阐述了水溶液热力学、化学动力学、多孔介质流体力学等理论及其在溶浸采矿中的应用。在深入分析溶浸采矿过程中各种因素的相互影响与耦合关系的基础上,建立了溶浸采矿的反应—输运耦合、反应—迁移—力学耦合、生物化学—迁移耦合的非线性动力学模型和数值模拟方法,并进行了实例的模拟研究。探讨了分形、混沌等非线性科学理论在溶浸采矿研究中的应用,包括多孔介质的分形渗流和分形扩散、分形介质反应动力学、 铜矿物溶解反应的混沌动力学等。

本书的研究工作得到国家自然科学基金项目(项目编号:70171057)和南华大学科研启动费的资助,本书的出版得到南华大学的支持和资助,在此表示衷心的感谢!

全书共分八章,第一章由谭凯旋、伍衡山执笔,第二章由胡鄂明执笔,第三章由周泉执笔,第四章由伍衡山执笔,第五章由周泉、谭凯旋执笔,第六章由王清良执笔,第七章、第八章由谭凯旋执笔。最后由谭凯旋统一审核定稿。由于作者水平有限,难免存在不妥甚至错误之处,敬请广大读者批评指正。

谭凯旋

2002年12月