高压电脉冲破碎技术预处理堆浸原矿的应用基础研究

高压电脉冲破碎能够通过促进单体解离、提高金属矿物暴露率和产生可供溶浸液渗透的裂缝等方式提高堆浸作业的金属回收率、缩短浸出时间和降低溶浸药剂用量。然而，对矿石颗粒群在高压电脉冲作用下的破碎机理和破碎行为认识的不足制约了该技术的发展。本项目研究了电路参数对脉冲放电波形的影响和矿石颗粒在脉冲放电作用下的电击穿特性，探索了纯矿物、合成矿石和天然矿石的高压电脉冲破碎行为。揭示了击穿电压（Vbkd）、击穿延迟时间（Td）、击穿通道能量（Echc）、能量利用效率（Etr）和平均通道电阻（Rchavg）等脉冲波形参数与工艺条件的关系，并建立了相关数学模型。研究成果可用于高压电脉冲破碎的工艺设计优化、放电处理过程的在线检测等。本项目提出了采用等价粒度分布来描述高压电脉冲产品的总体破碎程度，并研究了等价粒度及其衍生参数与常规破碎表征参数之间的关系，探索了等价粒度在碎磨回路模拟与优化领域的潜在应用。基于等价粒度概念，开发了高压电脉冲破碎产物裂缝密度的间接测量技术。本项目采用紫金山铜矿石对比了高压电脉冲破碎和颚式破碎对堆浸效率的影响。结果表明，高压电脉冲破碎的产品形状更为规则，其长径比和圆形度分别为1.41和0.89，而颚式破碎产品的长径比和圆形度分别为1.51和0.87。此外，高压电脉冲破碎产品中表面有裂缝存在的颗粒数量占比和表面有金属矿物暴露的颗粒数量占比最高可达17.2%和3.7%，远高于颚式破碎产品的2.5%和1.6%。受以上因素影响，高压电脉冲破碎产品不仅具有更好的矿堆渗透性，且浸出率平均可比颚式破碎产品高出11.1个百分点。 2100433B

传统机械破碎方法在提高堆浸入料金属矿物暴露率的同时会产生大量细粒，降低溶浸液在矿堆中的渗透性。高压电脉冲破碎一方面能够选择性破碎较高品位的矿石、使矿石沿金属矿物和非金属矿物晶粒的边界解体、并在破碎产物上产生大量裂缝，另一方面具备产品粒度范围窄且细颗粒含量少的优点，能够更好的同时满足堆浸处理对金属矿物暴露率和溶浸液渗透性的要求。本项目从电击穿的放电通道在矿石颗粒群中的发展过程着手进行机理研究，从而揭示高压电脉冲破碎的破碎概率和能量效率的影响因素。根据机理研究结果设计颗粒群的高压电脉冲破碎标准化试验方法，探索颗粒群的高压电脉冲破碎行为并建立数学模型；开发高压电脉冲破碎产物金属矿物暴露率和裂缝密度的间接测量技术以降低测试成本。通过柱浸试验与数学模拟验证和评估高压电脉冲破碎预处理对堆浸效率的提高作用。本项目为低品位矿石堆浸的效率提高和成本降低开辟新的途径。

具体概念

地表堆浸是将开采出的原矿或破碎到一定粒度的矿石或经制粒后的矿团，按一定几何尺寸堆积在铺设有防渗漏垫层的堆场上，然后间歇地在堆顶自动喷淋、人工喷淋或堰矿灌注浸出剂，浸出剂流经矿石，通过毛细管和化学反应，将有用金属溶解，含有用金属的浸出液从堆底流出，由泵送至工厂进行处理回收有用金属。铀、铜、镍堆浸用稀硫酸作浸出剂。全采用稀氰化钠作浸出剂，其浸出反应在自然条件下进行，不剧烈、需较长时间。具有较好的选择性，浸出杂质少，试剂耗量小。铀的回收采用移动床离子交换或溶剂萃取，及氢氧化钠沉淀生产重铀酸钠产品；铜、镍的回收一般采用溶剂萃取和电解法；金铁回收采用活性炭或树脂吸附、解吸电解生产金锭的方法。工艺简单、投资少、成本低、投产快，是国际公认的先进水冶技术。本成果地表堆浸技术，浸出率达95%，渣品位为0．013%，酸耗约2．5%。本成果曾获国家部科技进步奖，主要技术指标属国内先进水平。本技术不需浸出和分离设备，工艺简单，与常规工艺相比，可节电50%～70%，试剂耗量降低50%～80%，水耗和废水减少 90%，基建投资可节省 50%。经济效益可观，有推广应用价值。

适用范围

堆浸法的适用范围是：

（1）处于工业品位或边界品位以下，但其所含金属量仍有回收价值的贫矿与废石。根据国内外堆浸经验，含铜0.12%以上的贫铜矿石（或废石）、含金0.7g·t以上的贫金矿石（或废石）、含铀0.05%以上的贫铀矿石（或废石），可以采用堆浸法处理。

（2）边界品位以上但氧化程度较深的难处理矿石。

（3）化学成分复杂，并含有有害伴生矿物的低品位金属矿和非金属矿。

（4）被遗弃在地下，暂时无法开采的采空区矿柱、充填区或崩落区的残矿、露天矿坑底或边坡下的分枝矿段及其它孤立的小矿体。

（5）金属含量仍有利用价值的选厂尾矿、冶炼加工过程中的残渣与其它废料。

地表堆浸是应用最早且应用最广的溶浸采矿方法。它适用处理边界品位以下，仍有回收利用价值的贫矿和废石，或品位虽然在边界品位以上，但氧化程度深，不宜采用选矿法处理的矿石，或化学成份复杂，甚至含有害伴生矿物的复杂难处理的矿石。

工艺过程

（1）破碎矿石（废石）堆的设置

① 地表堆浸矿石的粒度要求：被浸矿石的粒度对金属的浸出率及浸出周期的影响很大，一般来说矿石粒度越小，金属的浸出速度越快。例如，用粒级25~50mm的与－5mm的金属矿石浸出12d，其浸出率分别为29.575和97.88%。但矿石粒度又不宜太细，否则将影响溶浸液的渗透速度。国内堆浸金矿石的粒度一般控制在－50mm以内，并要求粉矿不超过20%，国外许多堆浸矿石的粒度控制在－19mm，浸出效果良好。

② 堆场选择与处理：矿石堆场应尽量选择靠近矿山、靠近水源、地基稳固、有适合的自然坡度、供电与交通便利，且有尾矿库的地方。堆场选好后，先将堆场地面进行清理，再在其表面铺设浸垫，防止浸出液的流失。浸垫的材料有热轧沥青、粘土、混凝土、PVC薄板等。在堆场的渗液方向的下方要设置集液沟，集液池，在堆场的周边需修筑防护堤，在堤外挖掘排水、排洪沟。

③ 矿石筑堆：矿堆高度对浸出周期及浸垫面积的利用率有直接的影响，高度大，浸出周期长，浸垫面积利用率得到提高。但从提高浸出效率、缩短浸出周期、保证矿堆有较好的渗透性来综合考虑，矿堆高度以2-4m为宜。

（2）浸出作业控制

① 配制溶浸液：根据浸出元素的不同，配制合适的溶浸液，如堆浸提金普遍采用氰化物。

② 矿堆布液：矿堆布液方法有喷淋法、垂直管法及灌溉法。前者主要适合于矿石堆浸，后两者主要适合于废石堆浸法。喷淋法是指用多孔出流管、金属或塑料喷头等各种不同的喷淋方式，将溶浸液喷到矿堆表面的方法；灌溉法是在废石堆表面挖掘沟、槽、池，然后用灌溉的方法将溶浸液灌入其中；垂直管法适合高废石堆布液，其作法是废石堆内根据一定的网络距离，插入多孔出流管，将溶浸液注入管内，并分散注入废石堆的内部。

③ 浸出过程控制：浸出过程控制的主要因素包括温度、酸碱度、杂质矿物等。

（3）浸出液处理与金属回收

浸出液中含有需要提取的有用元素，可采取适当的方法将其中的有用元素置换出来。如从堆浸中所得的含金，银浸出液（富液）中回收贵金属的方法有锌粉置换法，活性炭吸附法等传统工艺，以及离子交换树脂法和溶剂萃取法等新工艺。 2100433B