利用氢氧同位素估算尾矿循环水回路水资源更新速率和消耗损失率的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用氢氧同位素估算尾矿循环水回路水资源更新速率和消耗损失率的方法，包括：构建冷却塔循环蒸发冷凝的同位素分馏模型，基于实测的温度湿度及循环冷凝次数，估算冷却塔的水蒸气氢氧同位素组成；计算冷却塔循环蒸发冷凝过程中的水蒸气逸散程度，反演出冷却塔排出的循环工艺水的氢氧同位素组成；联立循环池的水量平衡和同位素质量守恒方程，计算出循环工艺水的使用比例；定量估算尾矿循环水回路的尾矿循环水回路的水资源更新速率，确定循环工艺水消耗损失率。本发明专利技术定量计算工业回路循环水利用情况，确定出循环工艺水消耗损失率，解决了传统方法无法示踪标记尾矿循环系统中水资源更新速率的难题，为工业水资源管理提供了新技术。水资源管理提供了新技术。水资源管理提供了新技术。

【技术实现步骤摘要】
利用氢氧同位素估算尾矿循环水回路水资源更新速率和消耗损失率的方法


[0001]本专利技术属于矿产水资源管理领域，尤其涉及一种利用氢氧同位素估算尾矿循环水回路水资源更新速率和消耗损失率的方法。

技术介绍

[0002]尾矿池中沥青开采沉淀后抽取提升形成矿物孔隙水，与大气来源水及冷却塔排出的可循环工艺水在循环池混合后，再进一步供工业冷却循环利用，以上各水源的储存、供应和再循环过程被称为尾矿循环水回路。一般而言，循环水回路的规模较大，并且处于矿山作业的关键敏感区域，因此对循环水回路的体量及平衡性准确估算非常关键，对矿区的生态环境及生产安全意义重大。
[0003]尾矿循环水回路中的水平衡参数较多，难以直接测量，必须进行常规建模或估算。最近一项研究针对五个矿区开采作业的尾矿循环水回路水流系统进行示踪，发现水平衡参数的估算或模拟不准确，导致对水循环体量的估算不确定程度较大，水平衡方面存在许多差异。其次，各场地的尾矿循环水回路受大气水输入影响和滞留水蒸发程度及冷凝系统效率等不同因素影响，现有针对尾矿循环水回路中的水平衡估算方法一般由水量平衡计算公式确定尾矿池的水位变动和尾矿池本身的库容
‑
水位关系，从而判断尾矿循环水回路的总体渗漏损失，不能够定量出大气水输入影响和滞留水蒸发程度及冷凝系统效率等不同因素的影响。
[0004]以往研究发现，水源的补给
‑
排泄变化及蒸发过程会影响天然水体的氢氧同位素(
18
O、2H)特征，因而在自然环境系统中通过辨识水体氢氧同位素(r/>18
O、2H)丰度能够辨别水源特性及水量变化。但目前对于尾矿循环水回路中氢氧同位素特征变化的过程因素及机理认识不足。前期初步研究指出，矿区循环水体相比于天然水体同位素特征更加独特，以及同位素特征随着循环水回路的工艺处理发生一定程度的演变，尤其受工艺影响，如水热冷凝循环等处理会造成过程水的氢氧同位素(
18
O、2H)分馏，不再仅仅由水量平衡控制。因此，本专利技术旨在进一步刻画尾矿循环系统中水资源更新速率，定量计算工业回路循环水利用率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术不能准确示踪尾矿循环水回路中水资源更新速率、消耗损失率的问题，提供一种利用氢氧同位素估算尾矿循环水回路水资源更新速率和消耗损失率的方法。
[0006]本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种利用氢氧同位素的尾矿循环工艺水消耗损失估算方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，构建冷却塔循环蒸发冷凝的同位素分馏模型，基于实测的温度湿度及循环冷凝次数，估算冷却塔内水蒸气的氢氧同位素组成；
[0009]步骤2，计算冷却塔循环蒸发冷凝过程中的水蒸气逸散程度，反演出冷却塔排出的
循环工艺水的氢氧同位素组成；
[0010]步骤3，联立循环池的水量平衡和同位素质量守恒方程，计算出循环工艺水的使用比例；
[0011]步骤4，定量估算尾矿循环水回路的水资源更新速率，确定循环工艺水消耗损失率。
[0012]进一步地，所述步骤1中，构建冷却塔循环冷凝的同位素分馏模型，具体计算如下：
[0013]冷却塔内工艺循环水的蒸发冷凝过程中，工艺循环水的氢氧同位素遵循封闭系统的雷利分馏物理机制，则有
[0014][0015][0016]其中，f表示冷却塔循环蒸发冷凝后留存的循环工艺水的比例，δ
f
表示冷却塔排出的循环工艺水的氢氧同位素组成，δ
i
表示冷却塔内初始循环工艺水的氢氧同位素组成，实测得到，通常与循环池库水氢氧同位素组成一致；δ
E
表示冷却塔内水蒸气的氢氧同位素组成，α
tot
为液态水
‑
水蒸气分馏系数，ε
*
为冷却塔蒸发的平衡分馏常数，ε
k
为冷却塔蒸发的动力分馏常数。
[0017]ε
*
是冷却塔内温度T(℃)的函数，
[0018]ε
*
(
18
O)＝exp[
‑
7.685/10
‑3+6.7123/(273.15+T)
‑
1666.4/(273.15+T)2+350410/(273.15+T)3])
‑1ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0019]ε
*
(2H)＝exp[1158.8(273.15+T)3/10
12
)
‑
1620.1
×
((273.15+T)2/109)+794.84((273.15+T)/106)
‑
161.04/103+2999200/(273.15+T)3]‑1ꢀꢀꢀ
(4)
[0020]ε
k
是冷却塔内相对湿度h的函数，
[0021]ε
k
(
18
O)＝0.0277(1
‑
h)
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0022]ε
k
(2H)＝0.0245(1
‑
h)
ꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0023]基于实测的温度、湿度及循环冷凝次数n，估算冷却塔内水蒸气的氢氧同位素组成δ
E
，具体计算如下：
[0024]δ
E
＝(δ
i
‑
ε
*
)/α
tot
‑
hδ
A
‑
ε
k
)/(1
‑
h+10
‑3ε
k
)
×
(n
‑
1)/n
ꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0025]δ
A
＝(δ
i
‑
ε
*
)/ε
*
ꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0026]其中，δ
A
为进入冷却塔的大气水汽氢氧同位素组成。
[0027]进一步地，所述步骤2中，计算冷却塔循环蒸发冷凝过程中的水蒸气逸散程度，反演出冷却塔排出的循环工艺水的氢氧同位素组成，具体计算如下：
[0028]假设冷却塔循环蒸发冷凝过程中形成的水蒸气不断逸散，则冷却塔排出的循环工艺水的氢氧同位素组成δ
f
由冷却塔内水蒸气的氢氧同位素组成δ
E
、进入冷却塔的大气水汽氢氧同位素组成δ
A
及冷却塔循环蒸发冷凝后留存的循环工艺水的比例f决定：
[0029]δ
f
＝(δ
i
‑
δ
E
)f
m
+(δ
i
‑
δ
A
)(1
‑
f)
m...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用氢氧同位素估算尾矿循环水回路水资源更新速率和消耗损失率的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，构建冷却塔循环蒸发冷凝的同位素分馏模型，基于实测的温度、湿度及循环冷凝次数，估算冷却塔的水蒸气氢氧同位素组成；步骤2，计算冷却塔循环蒸发冷凝过程中的水蒸气逸散程度，反演出冷却塔排出的循环工艺水的氢氧同位素组成；步骤3，联立循环池的水量平衡和同位素质量守恒方程，计算出循环工艺水的使用比例；步骤4，定量估算尾矿循环水回路的水资源更新速率，确定循环工艺水消耗损失率。2.根据权利要求1所述的一种利用氢氧同位素估算尾矿循环水回路水资源更新速率和消耗损失率的方法，其特征在于，步骤1中构建冷却塔循环冷凝的同位素分馏模型，具体计算如下：冷却塔内工艺循环水的蒸发冷凝过程中，工艺循环水的氢氧同位素遵循封闭系统的雷利分馏物理机制，则有利分馏物理机制，则有其中，f表示冷却塔循环蒸发冷凝后留存的循环工艺水的比例，δ
f
表示冷却塔排出的循环工艺水的氢氧同位素组成，δ
i
表示冷却塔内初始循环工艺水的氢氧同位素组成，δ
E
表示冷却塔内水蒸气的氢氧同位素组成，α
tot
为液态水
‑
水蒸气分馏系数，ε
*
为平衡分馏常数，ε
k
为动力分馏常数。3.根据权利要求2所述的一种利用氢氧同位素估算尾矿循环水回路水资源更新速率和消耗损失率的方法，其特征在于，步骤1中基于实测的温度、湿度及循环冷凝次数n，估算冷却塔内水蒸气氢氧同位素组成δ
E
，具体计算如下：δ
E
＝(δ
i
‑
ε
*
)/α
tot
‑
hδ
A
‑
ε
k
)/(1
‑
h+10
‑3ε
k
)
×
(n
‑
1)/n
ꢀꢀꢀꢀ
(7)δ
A
＝(δ
i
‑
ε
*
)/ε
*
ꢀꢀꢀꢀ
(8)其中，δ
A
为进入冷却塔的大气水汽氢氧同位素组成。4.根据权利要求3所述的一种利用氢氧同位素估算尾矿循环水回路水资源更新速率和消耗损失率的方法，其特征在于，步骤2中假设冷却塔循环蒸发冷凝过程中形成的水蒸气不断逸散，则冷却塔排出的循环工艺水的氢氧同位素组成δ
f
由冷却塔内水蒸气的氢氧同位素组成δ
E
、进入冷却塔的大气水汽氢氧同位素组成δ
A
及冷却塔循环蒸发冷凝后留存的循环工艺水的比例f决定：δ
f
＝(δ
i
‑
δ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑林，董玄，
申请(专利权)人：四川神虹化工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：