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)研究結(jié)題摘要

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(shí)間和降低溶浸藥劑用量。然而，對(duì)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(shí)的不足制約了該技術(shù)的發(fā)展。本項(xiàng)目研究了電路參數(shù)對(duì)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(shí)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(jì)優(yōu)化、放電處理過程的在線檢測(cè)等。本項(xiàng)目提出了采用等價(jià)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(jià)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(jià)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(jià)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(cè)量技術(shù)。本項(xiàng)目采用紫金山銅礦石對(duì)比了高壓電脈沖破碎和顎式破碎對(duì)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(zhǎng)徑比和圓形度分別為1.41和0.89，而顎式破碎產(chǎn)品的長(zhǎng)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(gè)百分點(diǎn)。 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(shí)會(huì)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(diǎn)，能夠更好的同時(shí)滿足堆浸處理對(duì)金屬礦物暴露率和溶浸液滲透性的要求。本項(xiàng)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(jì)顆粒群的高壓電脈沖破碎標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)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(cè)量技術(shù)以降低測(cè)試成本。通過柱浸試驗(yàn)與數(shù)學(xué)模擬驗(yàn)證和評(píng)估高壓電脈沖破碎預(yù)處理對(duì)堆浸效率的提高作用。本項(xiàng)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(chǎng)上，然后間歇地在堆頂自動(dòng)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(zhǎng)時(shí)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(dòng)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(jiǎn)單、投資少、成本低、投產(chǎn)快，是國(guó)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(guó)家部科技進(jìn)步獎(jiǎng)，主要技術(shù)指標(biāo)屬國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。本技術(shù)不需浸出和分離設(shè)備，工藝簡(jiǎn)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(jià)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(jià)值的貧礦與廢石。根據(jù)國(guó)內(nèi)外堆浸經(jīng)驗(yàn)，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(shí)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(jià)值的選廠尾礦、冶煉加工過程中的殘?jiān)c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(jià)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(duì)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(jí)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(guó)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(guó)外許多堆浸礦石的粒度控制在－19mm，浸出效果良好。

② 堆場(chǎng)選擇與處理：礦石堆場(chǎng)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(chǎng)選好后，先將堆場(chǎng)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(chǎng)的滲液方向的下方要設(shè)置集液溝，集液池，在堆場(chǎng)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(duì)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(zhǎng)，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