Введение к работе
Актуальность: физико-химическое моделирование природных процессов, которое стало одним из полноправных элементов научного познания, включив в себя его приловэния (геогиыня, экология, технология), должно удовлетворять возраставдии требованиям по точности и сложности решаемых задач. Математические модели динамики взаимодействия "раствор-порода", которые включали би в себя всо его основные аспекты, является необходимыми для решония задач описания и протеза, равно как в фундаментальных геохимических исследованиях * генезис гидротермальных и ипфяльтрацношшх месторождений, зон окисления , кор выветривания и т.д.) так и в прикладных областях (геотэхнология и гидрометаллургия). Особу?) актуальность приобрело в последнее время решение экологических задач оценки и прогноза загрязнений в лнтосфзрэ и гидросфере.
В настоящее время отсутствует комплексный подход к описании подобного взаимодействия, который позволил би решать эти задачи на современной уровне, а математически..! моделям часто отводится иллюстративная роль. Поятому разработка такого подхода, отрзкаэ-1Д0ГО сложила характер взаимодействия минералов, горных пород я руд с природными водами и техногенными растворами, является весьма актуальной для получения обоснованных койсчественкых оценок и прогаоза в геохимических, технологических и геоэкологпчэс-скях исследова}шях.
Цель работы заключается в разработке общей методика моделирования взаимодействия "раствор-порода" с учетом равг.овесно-торэда-намических соотношений, кинетических закономерностей и массопереноса е пористых средах, в построении соответствующих математических моделей и их программном обеспечении. Задачи исследования:
-
разработка принципов комплексного описания взаимодействия "раствор-порода" на оснозе макрокиввтичвехого подхода;
-
построение математических моделей в обобщенном виде для описания массопереноса в пористых (в том число в бшюрастых) средах с химическим взаимодействием, и их программного обеспечения; иллюстрация моделей на конкретных примерах;.
-
разработка схемы расчета эволщии многокомпонентных систем "раствор-порода" в пространстве и времени;
Научная новизна заключается в решении проблемы согласования ма-
гамэтачэского описания развит уровней в моделях сложных геохимически систем. Гетерогенанын массообкэн в заданном объема породы описывается макрокинвтжческой функцией, получаемой модвлирозани-ем диффузии растворов с химическим взаимодействием. Учитываются равновесно -термодинамические ограничения на кинетику химических реакций, динамика изменения пористости и площади реакционней поверхности. Впервые разработана математическая модель данвмики Ві^-,елачивакия трещиновато-пористого массива, сочетащая преимущества континуальных моделей массопвреноса в пористых средах с возможность*» дет льного описания процессов в элементах массива (пористых полиминеральных частицах или блоках). Модель реализована на ЭВМ в двукзрной постановке. Кг основе макрокинетического подхода и приближения локального равновесия впервые построена exs-ма расчета динамики взаимодействия фильтру щихся через породы многокомпонентных растворов с поляминеральлыш ассоциациями. Практическая значимость:
-предложенная методика моделирования динамики взаимодействия "раствор-порода", основанная на использовании макрокинетических закономерностей, позволяет описывать сложные системы, учитывать структурные и морфологические особенности пород. Аналогичность используемой при этом вспомогательной функции, Х8рактэризувщей взаимодействие в заданном объеме порода, другой макрохарактерис-тике-степени протекания реакции ? (Де-Доаде,Хелгесон) открывает дополнительную возможность стыковки термодинамичекого и кинетического подходов при мод лировании геохимических систем. - построенные мятэкатичзскив ыодоли конвективно-диффузионного массопэреноса с химическим взаишдэйстшвм могут быть использованы для экологической оценки результатов взаимодействия природных в техногенных вод с породами и рудами, моделирования геотох-нологических процессов.
-разработан программный комплекс для моделирования гидрсмэг,г-дургич8скоа технологии извлечения серебра на основе математических моделей фильтрационного и агитационного выщелачивания сульфидных концентратов в химических реакторах разных типов. Основные положения, выносимые на защиту:
-представление макрокинеткки в виде функции, характеризували степень убывания растворяхщэгося минерала в заданном объеме породы, позволяет предложить рациональную методику описания дияз-
мики взаададвнствия растворов с породами и рудами в сложных ге-терофазных системах;
-па основе макрокннетяческого подхода построена обобщенная математическая модель взаимодействия "раствор-порода" в бипористом пространстве, описыващая процессы выщелачивания как в массивах трещиновато-пористых пород, так и в искусственных укладках руда; -рзяряботана схема расчета эволщни дайфузнонно-инфильтрациенных многокомпонентных гатерофазных систем в приблихэнаи мозаичного равновесия.
Апробация: результаты диссертационной работа докладывались на 6-м конкурсе-конференции молодих ученых по математика и информатике ( г.Хабаровск, ВЦ ДВО АН, 1987); на Всесоюзном совещании по физико-химическому моделированию в геохимии и петрологии на ЭВИ (г.Иркутск,1963); на областной паучно-прак-тичвскій конференции, посвященной БО-лвтию ВНИИ-1 ( г.аагадап, 1388); на Всесоюзном симпозиуме по кинетике а динамике геохимических процессов (п.Черноголовка, 1989); на семинаре "Развитие геотехнологическнх методов переработки руд цветных п редких металлов" (г.Чита,1989); на Всесоюзном совещании по гидрозко-логяи (г.ЛонинградИЭЭО); на сессии по экология Всесоюзного минералогического общества (г.Санкт-Петербург,1991); обсуздались на научных семинарах в Объединенной Институте геологии, геофизики и минералогии СО РАН, в Институте гидродинамика СО РАН , в Иркутском Институте редких металлов. Публикации: по теме диссертация опубликовано 9 печатных работ а 3 отчета по НИР.
Структура и объем диссертации; диссертация состоит аз введения, четырех глав, заключения, библиографии по теме диссертации. Общий объем работы 108 страниц, количество иллюстраций 21, список литературы содержат 96 наякеюваша.
Автор выраэает глубокую признательность научному руководителю- г.Р.Колонину а А.А. Игнатову за содействие и участив в выполненной работе, благодарен коллективам лаборатории ыате?атячоско-го моделирования СВКШИ и лаборатории акспврнкоптального кодела-рогания рудных систем ЮШ СС РАН за помощь, участие и доброжелательное отношение. Автор искренне благодарят А.Б. Птицына, В.Н. Шарапова, В.С.Швплева, О.В.Шварова, В.Н.Дорозского за всестороннюю поддержу, обстоятельное обсувдэниэ работы и ценные замечания.
