[发明专利]一种离子型稀土矿搅拌浸出过程的数值模拟方法

说明书

本发明提出一种离子型稀土矿搅拌浸出过程的数值模拟方法，采用搅拌槽搅拌浸出技术处理相关离子型稀土，使稀土离子得到充分浸出与分离；采用数值模拟的方法，可准确得到稀土的浸出动力学曲线；在和实验结果对比验证的情况下，可进一步研究浸出动力学的影响因素，为日后浸矿技术的改进提供了优化指导，也为如何实施绿色开采提供有力的理论依据。

技术领域

本发明涉及计算机数值模拟技术领域，特别涉及一种离子型稀土矿搅拌浸出过程的数值模拟方法。

背景技术

稀土因其含量不高，但在诸多产业中国属于必不可少的原料，素来被称为工业中的维生素。世界虽然稀土资源储量丰富，但绝大部分是轻稀土，重稀土储量少，缺口大。而离子吸附型稀土矿(简称离子型稀土)中富含种类十分齐全的中重稀土元素，被广泛应用于尖端科技领域以及军工领域，是一种非常重要的战略意义的矿产资源。

离子型稀土矿中75％～95％的稀土元素以水合离子的形式吸附在粘土矿物上，采用阳离子交换原理进行浸取回收，具有成本低，开采简单的特点。目前，中国正积极加大离子型稀土矿的开发与利用力度。但由于稀土资源性质的优越性成为各国争夺对象，加上稀土资源提取技术实用性差，适用性窄，市面上出现供不应求现象。

近几十年来，我国特有的离子吸附性稀土矿开采工艺不断革新，例如第一代氯化钠池浸工艺、第二代硫酸铵池浸工艺和第三代原地浸出工艺。然而到目前为止，上述开采工艺仍然存在诸多问题。比如资源利用率低、环境污染较大以及易引发地质灾害等，与我国绿色开采矿山理念相悖。因此如何高效地开采稀土并有效地提取出稀土中的元素，是作为稀土出口大国的中国迫在眉睫需要解决的问题。为了从根本上解决稀土浸出率低下以及生态环境污染等问题，需结合离子型稀土矿搅拌浸出基础理论体系和关键技术。通过新理论与新方法探索，加强稀土开采和利用的能力。

其中，搅拌浸出离子型稀土是研究离子型稀土矿浸出动力学的一个常用方法。目前对于此方法的研究，主要依赖于物理实验。其中，物理实验具有直观性好以及结果可信度高等优点，但也存在实验耗时长、只能采集到浸矿过程中特点数据等缺点。随着计算机技术以及数值方法和理论的不断发展与完善，计算流体动力学(CFD)由于其成本低、速度快以及可模拟各种状况等不可比拟优点在各个领域中备受欢迎。CFD是利用计算机求解流体流动的各种守恒控制偏微分方程组的技术，这其中涉及流体力学(尤其是湍流力学)、计算方法乃至计算机图形处理等技术。CFD通常包含建立数学物理模型、数值算法求解、结果可视化几个环节。CFD方法既能模拟较复杂无法进行实验和理想状态过程，保证了数据的普遍性，同时又简化了参数的求解，为我们省去了重复，低效的劳动。

然而，目前并没有一种较为完善合理的数值模拟方法，用于离子型稀土矿搅拌浸出过程的模拟，以为绿色开采提供有力的理论依据。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提出一种离子型稀土矿搅拌浸出过程的数值模拟方法，以对离子型稀土矿搅拌浸出过程进行模拟。

本发明提出一种离子型稀土矿搅拌浸出过程的数值模拟方法，其中，所述方法包括如下步骤：

步骤一：根据搅拌浸出稀土过程中所使用的实验设备搅拌槽，采用三维建模软件对搅拌槽进行几何建模以得到几何模型，并基于计算流体动力学数值模拟软件对所述几何模型中的流体计算区域进行网格划分；

步骤二：确定搅拌浸出稀土过程中的基本控制方程，所述基本控制方程包括连续性方程、动量方程、能量方程以及组分守恒方程，并建立组分输送模型以及欧拉模型；

步骤三：设置加入到所述几何模型中的固体反应物以及液体反应物对应的材料属性，其中所述材料属性包括密度、比热、黏度以及质量扩散系数；

步骤四：将液体反应物设为主相，固体反应物设为次相，建立固体反应物的颗粒流模型，并在颗粒流模型中设定颗粒直径、颗粒黏度以及颗粒堆积系数；