高壓電脈沖破碎技術(shù)預(yù)處理堆浸原礦的應(yīng)用基礎(chǔ)研究

高壓電脈沖破碎能夠通過促進(jìn)單體解離、提高金屬礦物暴露率和產(chǎn)生可供溶浸液滲透的裂縫等方式提高堆浸作業(yè)的金屬回收率、縮短浸出時間和降低溶浸藥劑用量。然而，對礦石顆粒群在高壓電脈沖作用下的破碎機(jī)理和破碎行為認(rèn)識的不足制約了該技術(shù)的發(fā)展。本項目研究了電路參數(shù)對脈沖放電波形的影響和礦石顆粒在脈沖放電作用下的電擊穿特性，探索了純礦物、合成礦石和天然礦石的高壓電脈沖破碎行為。揭示了擊穿電壓（Vbkd）、擊穿延遲時間（Td）、擊穿通道能量（Echc）、能量利用效率（Etr）和平均通道電阻（Rchavg）等脈沖波形參數(shù)與工藝條件的關(guān)系，并建立了相關(guān)數(shù)學(xué)模型。研究成果可用于高壓電脈沖破碎的工藝設(shè)計優(yōu)化、放電處理過程的在線檢測等。本項目提出了采用等價粒度分布來描述高壓電脈沖產(chǎn)品的總體破碎程度，并研究了等價粒度及其衍生參數(shù)與常規(guī)破碎表征參數(shù)之間的關(guān)系，探索了等價粒度在碎磨回路模擬與優(yōu)化領(lǐng)域的潛在應(yīng)用?；诘葍r粒度概念，開發(fā)了高壓電脈沖破碎產(chǎn)物裂縫密度的間接測量技術(shù)。本項目采用紫金山銅礦石對比了高壓電脈沖破碎和顎式破碎對堆浸效率的影響。結(jié)果表明，高壓電脈沖破碎的產(chǎn)品形狀更為規(guī)則，其長徑比和圓形度分別為1.41和0.89，而顎式破碎產(chǎn)品的長徑比和圓形度分別為1.51和0.87。此外，高壓電脈沖破碎產(chǎn)品中表面有裂縫存在的顆粒數(shù)量占比和表面有金屬礦物暴露的顆粒數(shù)量占比最高可達(dá)17.2%和3.7%，遠(yuǎn)高于顎式破碎產(chǎn)品的2.5%和1.6%。受以上因素影響，高壓電脈沖破碎產(chǎn)品不僅具有更好的礦堆滲透性，且浸出率平均可比顎式破碎產(chǎn)品高出11.1個百分點。 2100433B

傳統(tǒng)機(jī)械破碎方法在提高堆浸入料金屬礦物暴露率的同時會產(chǎn)生大量細(xì)粒，降低溶浸液在礦堆中的滲透性。高壓電脈沖破碎一方面能夠選擇性破碎較高品位的礦石、使礦石沿金屬礦物和非金屬礦物晶粒的邊界解體、并在破碎產(chǎn)物上產(chǎn)生大量裂縫，另一方面具備產(chǎn)品粒度范圍窄且細(xì)顆粒含量少的優(yōu)點，能夠更好的同時滿足堆浸處理對金屬礦物暴露率和溶浸液滲透性的要求。本項目從電擊穿的放電通道在礦石顆粒群中的發(fā)展過程著手進(jìn)行機(jī)理研究，從而揭示高壓電脈沖破碎的破碎概率和能量效率的影響因素。根據(jù)機(jī)理研究結(jié)果設(shè)計顆粒群的高壓電脈沖破碎標(biāo)準(zhǔn)化試驗方法，探索顆粒群的高壓電脈沖破碎行為并建立數(shù)學(xué)模型；開發(fā)高壓電脈沖破碎產(chǎn)物金屬礦物暴露率和裂縫密度的間接測量技術(shù)以降低測試成本。通過柱浸試驗與數(shù)學(xué)模擬驗證和評估高壓電脈沖破碎預(yù)處理對堆浸效率的提高作用。本項目為低品位礦石堆浸的效率提高和成本降低開辟新的途徑。

具體概念

地表堆浸是將開采出的原礦或破碎到一定粒度的礦石或經(jīng)制粒后的礦團(tuán)，按一定幾何尺寸堆積在鋪設(shè)有防滲漏墊層的堆場上，然后間歇地在堆頂自動噴淋、人工噴淋或堰礦灌注浸出劑，浸出劑流經(jīng)礦石，通過毛細(xì)管和化學(xué)反應(yīng)，將有用金屬溶解，含有用金屬的浸出液從堆底流出，由泵送至工廠進(jìn)行處理回收有用金屬。鈾、銅、鎳堆浸用稀硫酸作浸出劑。全采用稀氰化鈉作浸出劑，其浸出反應(yīng)在自然條件下進(jìn)行，不劇烈、需較長時間。具有較好的選擇性，浸出雜質(zhì)少，試劑耗量小。鈾的回收采用移動床離子交換或溶劑萃取，及氫氧化鈉沉淀生產(chǎn)重鈾酸鈉產(chǎn)品；銅、鎳的回收一般采用溶劑萃取和電解法；金鐵回收采用活性炭或樹脂吸附、解吸電解生產(chǎn)金錠的方法。工藝簡單、投資少、成本低、投產(chǎn)快，是國際公認(rèn)的先進(jìn)水冶技術(shù)。本成果地表堆浸技術(shù)，浸出率達(dá)95%，渣品位為0．013%，酸耗約2．5%。本成果曾獲國家部科技進(jìn)步獎，主要技術(shù)指標(biāo)屬國內(nèi)先進(jìn)水平。本技術(shù)不需浸出和分離設(shè)備，工藝簡單，與常規(guī)工藝相比，可節(jié)電50%～70%，試劑耗量降低50%～80%，水耗和廢水減少 90%，基建投資可節(jié)省 50%。經(jīng)濟(jì)效益可觀，有推廣應(yīng)用價值。

適用范圍

堆浸法的適用范圍是：

（1）處于工業(yè)品位或邊界品位以下，但其所含金屬量仍有回收價值的貧礦與廢石。根據(jù)國內(nèi)外堆浸經(jīng)驗，含銅0.12%以上的貧銅礦石（或廢石）、含金0.7g·t以上的貧金礦石（或廢石）、含鈾0.05%以上的貧鈾礦石（或廢石），可以采用堆浸法處理。

（2）邊界品位以上但氧化程度較深的難處理礦石。

（3）化學(xué)成分復(fù)雜，并含有有害伴生礦物的低品位金屬礦和非金屬礦。

（4）被遺棄在地下，暫時無法開采的采空區(qū)礦柱、充填區(qū)或崩落區(qū)的殘礦、露天礦坑底或邊坡下的分枝礦段及其它孤立的小礦體。

（5）金屬含量仍有利用價值的選廠尾礦、冶煉加工過程中的殘渣與其它廢料。

地表堆浸是應(yīng)用最早且應(yīng)用最廣的溶浸采礦方法。它適用處理邊界品位以下，仍有回收利用價值的貧礦和廢石，或品位雖然在邊界品位以上，但氧化程度深，不宜采用選礦法處理的礦石，或化學(xué)成份復(fù)雜，甚至含有害伴生礦物的復(fù)雜難處理的礦石。

工藝過程

（1）破碎礦石（廢石）堆的設(shè)置

① 地表堆浸礦石的粒度要求：被浸礦石的粒度對金屬的浸出率及浸出周期的影響很大，一般來說礦石粒度越小，金屬的浸出速度越快。例如，用粒級25~50mm的與－5mm的金屬礦石浸出12d，其浸出率分別為29.575和97.88%。但礦石粒度又不宜太細(xì)，否則將影響溶浸液的滲透速度。國內(nèi)堆浸金礦石的粒度一般控制在－50mm以內(nèi)，并要求粉礦不超過20%，國外許多堆浸礦石的粒度控制在－19mm，浸出效果良好。

② 堆場選擇與處理：礦石堆場應(yīng)盡量選擇靠近礦山、靠近水源、地基穩(wěn)固、有適合的自然坡度、供電與交通便利，且有尾礦庫的地方。堆場選好后，先將堆場地面進(jìn)行清理，再在其表面鋪設(shè)浸墊，防止浸出液的流失。浸墊的材料有熱軋瀝青、粘土、混凝土、PVC薄板等。在堆場的滲液方向的下方要設(shè)置集液溝，集液池，在堆場的周邊需修筑防護(hù)堤，在堤外挖掘排水、排洪溝。

③ 礦石筑堆：礦堆高度對浸出周期及浸墊面積的利用率有直接的影響，高度大，浸出周期長，浸墊面積利用率得到提高。但從提高浸出效率、縮短浸出周期、保證礦堆有較好的滲透性來綜合考慮，礦堆高度以2-4m為宜。

（2）浸出作業(yè)控制

① 配制溶浸液：根據(jù)浸出元素的不同，配制合適的溶浸液，如堆浸提金普遍采用氰化物。

② 礦堆布液：礦堆布液方法有噴淋法、垂直管法及灌溉法。前者主要適合于礦石堆浸，后兩者主要適合于廢石堆浸法。噴淋法是指用多孔出流管、金屬或塑料噴頭等各種不同的噴淋方式，將溶浸液噴到礦堆表面的方法；灌溉法是在廢石堆表面挖掘溝、槽、池，然后用灌溉的方法將溶浸液灌入其中；垂直管法適合高廢石堆布液，其作法是廢石堆內(nèi)根據(jù)一定的網(wǎng)絡(luò)距離，插入多孔出流管，將溶浸液注入管內(nèi)，并分散注入廢石堆的內(nèi)部。

③ 浸出過程控制：浸出過程控制的主要因素包括溫度、酸堿度、雜質(zhì)礦物等。

（3）浸出液處理與金屬回收

浸出液中含有需要提取的有用元素，可采取適當(dāng)?shù)姆椒▽⑵渲械挠杏迷刂脫Q出來。如從堆浸中所得的含金，銀浸出液（富液）中回收貴金屬的方法有鋅粉置換法，活性炭吸附法等傳統(tǒng)工藝，以及離子交換樹脂法和溶劑萃取法等新工藝。 2100433B