شبیه سازی جریان رسانه متخلخل برای صنعت معدن با AMPHOS 21

صنعت معدن به هزاران سال پیش قدمت نرم افزارهای شبیه سازی پیچیده و رایانه هایی دارد که روی آن ها کار می کند. با این حال، به عنوان یک صنعت مدرن ضروری ، قابلیت های فنی و تحلیلی ارائه شده توسط AMPHOS 21، یک مشاور خبره COMSOL، برای درک و بهینه سازی عملیات معدن بسیار مهم است. اخیراً، ما از یک وبیناری همراه با خلاصه‌های فناوری ناسا در مورد «معدن و زمین‌شناسی آب: شبیه‌سازی جریان رسانه متخلخل با COMSOL» حمایت مالی کردیم، که مشاوران محیط‌زیست خورخه مولینرو و النا آبارکا از AMPHOS 21 در آن حضور داشتند. در اینجا برخی از نکات برجسته آمده است.

مثال جریان رسانه متخلخل: شبیه سازی چندفیزیکی یک پد شستشو

خورخه بسیاری از نمونه‌های جالب جریان رسانه متخلخل را در وبینار ارائه کرد که یکی از آنها شبیه‌سازی چندفیزیکی یک پد شستشو بود. لیچینگ هیپ یک فرآیند متالورژیکی است که برای استخراج فلزات و سایر ترکیبات از سنگ معدنی که از معادن زیرزمینی به دست می‌آید استفاده می‌شود. شکل زیر مربوط به وبینار است و یک نمای کلی از فرآیند ارائه می دهد.

تصویر از AMPHOS 21 .

لایه میزبان یا پایه شامل سنگ با نفوذپذیری کم است که توسط یک ژئوممبران غیرقابل نفوذ برای جلوگیری از آلودگی زمین پوشانده شده است. یک سیستم زهکشی در بالای ژئوممبران ساخته شده است که امکان جمع آوری محلول غنی شده با فلز را فراهم می کند. برای ایجاد این محلول غنی شده با فلز، سنگ معدن در بالای لایه زهکشی “انباشته” می شود و یک سیستم آبیاری محلول اسیدی را ارائه می دهد که می تواند فلزات را از سنگ حل کند. پس از مدتی، لایه های اضافی سنگ معدن و آبیاری به کپه اضافه می شود.

در حالی که داشتم وبینار را تماشا می کردم، این مثال خاص توجه من را به خود جلب کرد زیرا یک مدل جذاب است که به یک جفت فیزیک هیدرو-شیمیایی-مکانیکی نیاز دارد، همانطور که در زیر توضیح داده شده است.

فیزیک شرکت کننده در سیستم مدل سازی شده و اثرات آنها بر یکدیگر. تصویر از AMPHOS 21.

به طور قابل‌توجهی، مکانیک خاک بر نفوذپذیری تأثیر می‌گذارد، که یک عامل تعیین‌کننده اصلی در جریان آب زیرزمینی است. تغییرات در سرعت جریان آب زیرزمینی بر انتقال املاح واکنشی تأثیر می گذارد که در آن تغییر فاز بعدی می تواند به نوبه خود بر خواص مکانیکی خاک تأثیر بگذارد. فلش های سبز در شکل بالا نشان دهنده پیوندهای بیشتر بین فیزیک شرکت کننده است. این شامل منافذ الاستیسیته و تغییر شکل متعاقب آن خاک به دلیل جریان آب زیرزمینی، و انحلال شیمیایی و بارش ناشی از تغییرات در حجم منافذ است.

شبیه‌سازی COMSOL Multiphysics از یک پد شستشو برای بازیافت مس، مدل جالب و آرایه‌ای از نتایج متناظر، از جمله نمودارهای جابجایی و تنش، اشباع و فشار آب، تکامل pH، غلظت مس، جرم مس بازیافت‌شده، و تکامل تخلخل را تولید کرد. که در زیر آمده است:

سهم اثرات شیمیایی و مکانیکی بر تخلخل در طول زمان تصویر از AMPHOS 21.

این نمودار تأثیر شیمیایی، مکانیکی و اثرات جهانی ترکیبی را بر تکامل تخلخل در هر لایه از مدل پد شستشو برای یک تحلیل گذرا که چندین روز را در بر می گیرد، نشان می دهد. به تاثیر قابل توجه واکنش های شیمیایی برای افزایش تخلخل نسبت به اثرات مکانیکی توجه کنید. اثرات مکانیکی افزایش بار را به حساب می آورند که در آن افزودن لایه های بیشتر به پشته باعث تراکم بیشتر و کاهش تخلخل می شود. آبیاری سنگ معدن با استفاده از مواد شیمیایی اسیدی، اما اثر معکوس دارد و انحلال مواد باعث افزایش تخلخل در کل کپه می شود. اثرات جهانی هر دو سهم شیمیایی و مکانیکی را در تکامل تخلخل در نظر می گیرد.

AMPHOS 21 تخلیه آب زیرزمینی را برای یک معدن زیرزمینی نشان می دهد

در پایان وبینار، النا نحوه راه اندازی و حل مدل زهکشی آب های زیرزمینی را برای یک معدن زیرزمینی نشان داد. این نمایش نکات و ترفندهای مفید بسیاری را برای وارد کردن و کار با هندسه های پیچیده در محیط COMSOL، همانطور که در زیر نشان داده شده است، نشان داد.

توپوگرافی سطح وارداتی از نسخه ی نمایشی Elena در COMSOL Multiphysics. تصویر از AMPHOS 21.

توپوگرافی سطح زمین وارد می شود، با رودخانه ها و دریاچه ها تقویت می شود و سپس با هندسه یک معدن زیرزمینی ترکیب می شود. هندسه مشبک شده است به طوری که یک منطقه خاص مورد نظر دارای یک شبکه بسیار ظریف است و سپس از یک شبکه درشت تر برای گسسته سازی سازه های اطراف استفاده می شود. این یک تکنیک ارزشمند است که می تواند پیچیدگی محاسباتی را کاهش دهد و در زمان صرفه جویی کند. پس از ارتباط فیزیک با هندسه وارداتی برای این شبیه‌سازی هیدروژئولوژی، هر دو نوع مطالعه ثابت و گذرا برای ارزیابی رفتار زهکشی آب‌های زیرزمینی در مدل استفاده می‌شوند. برای پایان دادن به نمایش، النا نتایج و تحلیل‌های جالبی از جمله ارزیابی جریان، نفوذپذیری وابسته به عمق، سطح مقطع دوبعدی و تعادل جرم آب ارائه کرد.

برای کسانی از شما که به دنبال کسب اطلاعات بیشتر در مورد آنچه AMPHOS 21 در آن تخصص دارد، باید صفحه مشاوران خبره AMPHOS 21 را بررسی کنید .