本发明属于矿物加工技术领域，具体涉及一种利用电脉冲预处理矿石提高磨矿效率的方法，以降低后续磨矿作业的能耗。
背景技术：
中国金属矿藏储量较多，但普遍为低品位难选矿居多，例如铁矿、铜矿、铅锌矿和钼矿等，为矿业开发利用带来了更大的难度。而就金属矿山生产而言，其碎磨作业的设备投资将占全厂总金额的65％～70％，电能消耗约为50％～65％，钢材消耗高达50％，因此，如何改进碎磨作业设备性能、研发高效节能设备、获得更多单体颗粒、降低钢耗，成为各领域工作者共同追求的目标。在技术上，磨矿产品的质量高低直接影响着选矿指标的高低，磨矿生产能力直接决定着选矿厂的生产能力。
目前工业上所采用的破碎方法主要是机械粉碎。机械粉碎是通过减小矿石的粒度来使矿物解离，在此过程中，作用在矿物晶粒边界上的力比作用在矿物颗粒中的力要弱，会导致矿石中粗粒矿物偶而会沿晶粒面破碎，出现一定程度的穿晶破碎。随着矿石机械碎磨粒度的减小，单体解离的目的矿物量越来越多，但分选方法对目的矿物的回收能力却随着解离粒度的减小而下降。
技术实现要素：
针对现有机械破碎技术存在的上述不足，本发明提供一种强化矿石破碎的高压电脉冲预处理方法，该种方法是通过特定的装置，将较小功率的电能量以较长时间慢慢输入到中间储能装置中储存起来，然后将能量进行压缩与转换，通过脉冲形成系统，在最短可为纳秒级的极短时间内以极高的功率密度向矿石类负载释放能量，完成高压电脉冲输出，通过高压工作电极放电到金属矿石，使金属矿石沿着颗粒边界、包裹体、不同物相之间裂解开来，其中矿石中的各种矿物会被完全剥离，并且保持完整的晶形按晶粒破碎，确保粉碎产品中单体解离有用矿物的数量能够充分满足后续分选工艺的要求，减少后续处理工序能耗。
本发明提供的方法需要使用特定的高压电脉冲碎矿装置来加以实现，这里所述的高压电脉冲碎矿装置如附图1所示，主要由电源1、单相调压器2、交流点火变压器3、六倍压整流电路4、超高压陶瓷电容器5、铜棒6、高压电极7、导电筒体8、放电碎矿桶9、振动筛网10、绝缘液11、给矿仓12、绝缘液仓13、接地导线14、固液分离器15、产品收集器16、气体开关17、高压导线18、绝缘桶盖19、绝缘液循环管道20、振动装置21、绝缘振动杆24组成，其中电源1属于日常供电设备或通用供电设备，电源1与单相调压器2相连接，单相调压器2再与交流点火变压器3相连接，交流点火变压器3的输出端接六倍压整流电路4，六倍压整流电路4的输出端与超高压陶瓷电容器5的输入端相连接，超高压陶瓷电容器5的两端与气体开关17的两端相并联，以此构成了能够输出高压电脉冲的高压整流振荡电路，高压整流振荡电路的输出端即并联后的超高压陶瓷电容器5的输出端与高压导线18相连接，多个铜棒6的一端并联在高压导线18上，铜棒6的另一端安装有高压电极7，铜棒6绝缘安装固定在位于放电碎矿桶9顶部的绝缘桶盖19上，且将其安装有高压电极7的一端伸入到放电碎矿桶9内；放电碎矿桶9的外层由绝缘材料制成，其中以尼龙材料为佳，放电碎矿桶9的内衬镶嵌有导电筒体8，放电碎矿桶9的上部为筒形，底部为倒锥形，其筒形与倒锥形的过渡之处即筒形底部安装有振动筛网10，放电碎矿桶9的上部绝缘部分侧壁上固定有振动装置21，并通过绝缘振动杆24与振动筛网10连接；放电碎矿桶9的锥形底部通过出料口和输送管道与固液分离器15相连通，固液分离器15后接产品收集器16和绝缘液循环管道20，放电碎矿桶9的上部侧壁上分别开有绝缘液入口和矿石入口，其中绝缘液入口通过管道同绝缘液仓13相连通，矿石入口通过溜槽或送料皮带同给矿仓12相连通；接地导线14的一端穿过放电碎矿桶9的外层与其内部的导电筒体8相连接，接地导线14的另一端直接接地构成整个电路的回路。
工作时，启动电源1供电，经单相调压器2变压，交流点火变压器3升压和六倍压整流电路4整流升压后输出高压直流电，给超高压陶瓷电容器5充电，充电电压的上升时间为微秒量级，当超高压陶瓷电容器5两端的电压达到一定值后，与之并联的气体开关17被击穿导通，输出上升时间在纳秒量级的高压电脉冲，经高压导线18加载到铜棒6并传导到高压电极7上；高压电极7和导电筒体8的材料采用不锈钢，绝缘筒材料为尼龙。导电筒体8为接地电极，通过接地导线14与大地相接；放电碎矿桶9的筒形底部安装有振动筛网10，振动筛网通过绝缘振动杆24与固定在放电碎矿桶9上部绝缘部分侧壁的振动装置21相连接，筛孔尺寸可根据要求进行调整；高压电极7为高压电脉冲输入端，高压电脉冲放电装置形成的高压电脉冲通过高压电极7输出到放在导电筒体8内的大颗粒矿石22上，并与导电筒体8连接接地导线14形成回路。高压电极7和导电筒体8之间形成了电压差；当高压电极7上的电压达到一定值时，则在高压电极7和导电筒体8之间发生放电，放电发生在浸泡在绝缘液11中的矿石内部，由于在纳秒级脉冲作用下，以水为绝缘液的绝缘强度大于矿石，所以在大颗粒矿石22内部沿有用矿物与脉石矿物界面间反复形成等离子体通道，高压电极7和导电筒体8之间多次放电后，则能够把颗粒粒度为10mm-100mm的大颗粒矿石22破碎至颗粒粒度为5mm-60mm的小颗粒矿石23，小颗粒矿石23经过振动筛网10筛分后落入放电碎矿桶9底部椎体下部，经沉淀后随少量绝缘液11排出放电碎矿桶9外并进入固液分离器15内，由固液分离器15分离出的小颗粒矿石23进入产品收集器16，以备后续破碎、磨矿作业时连续使用。最终颗粒大小取决于筛孔的大小，可根据要求对筛孔大小进行调整。
本发明所完成的高压电脉冲碎矿装置应按如下方法进行使用。
i)启动振动装置21，通过绝缘振动杆24带动振动筛网10振动；其振动频率为300～1200次/min，关闭位于放电碎矿桶9底部的出料口阀门，分别打开绝缘液入口和矿石入口的阀门，将一定数量的绝缘液11和大颗粒矿石22导入到放电碎矿桶9中，其中绝缘液11与大颗粒矿石22的体积比应为1:2～5；当绝缘液11和大颗粒矿石22填充到放电碎矿桶9总容积的2/3到3/4时关闭上述两个入口的阀门；
ii)启动电源1供电，经单相调压器2变压，交流点火变压器3升压和六倍压整流电路4整流升压后输出高压直流电，给超高压陶瓷电容器5充电，然后经过后续电路向高压电极7不断输送电脉冲，并传送给大颗粒矿石22，使其震裂破碎，其脉冲强度为50～300kv，脉冲频率为10～20hz；
iii)启动电源1供电10～15min后再次打开放电碎矿桶9的绝缘液入口和矿石入口的阀门，同时打开其出料口阀门，控制绝缘液11和大颗粒矿石22的流量，保证放电碎矿桶9内的绝缘液11与大颗粒矿石22的体积比保持为1:2～5，绝缘液11与大颗粒矿石22的填充量为放电碎矿桶9总容积的2/3～3/4；
iv)打开放电碎矿桶9的出料口阀门同时，启动与之相连通的固液分离器15，固液分离器15分离出的小颗粒矿石23进入产品收集器16内，以备后续使用，分离出的绝缘液11经绝缘液循环管道20返回到绝缘液仓13之中，循环使用；
v)磨矿阶段：铁矿、铜矿、铅锌矿、钼矿等矿石在经过高压电脉冲预处理后分别按照不同的方法进行磨矿。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果包括：
对比传统的样品破碎方法，这种高选择性的破碎方法有很多优点：容易清洗，没有交叉污染；选择性破碎，不破坏矿物晶形等。电脉冲破碎是最理想的沿晶破裂方式，不仅可使矿石破碎，而且在矿石内部矿物界面上产生扩展裂纹和裂缝，进而改善矿物解离特性。矿石经高压电脉冲破碎后，一方面矿石强度可大大降低，预计降低磨矿能耗30％以上；另一方面能使矿石沿着不同矿物的界面破碎，大大增加了有用矿物的单体解离度，有助于提高矿石分选指标。
本发明的主要创新点包括：
(1)多电极对的结构设计实现了高压电脉冲放电碎矿装置破碎矿石的高效性和连续性；
(2)可根据对破碎矿石颗粒大小的要求改变筛网尺寸，满足破碎、磨矿作业需求；
(3)高压电脉冲放电破碎装备可将矿石沿矿物晶粒界面进行解离，即选择性破碎，而不是将其粉碎，这样可以在保持组分的原有形式的同时将有用矿物从周围的其他组分中分离出来；
(4)高压电脉冲放电破碎装备可以在不减小矿石中有用矿物颗粒粒度的情况下产生更多的单体矿物颗粒，相比机械粉碎，可以提高破碎产品的有用矿物含量，提高破碎产品单体解离度，有利于后续处理工序能耗的减少，节约企业成本。
附图说明
图1为一种用于矿石粉碎预处理的高压电脉冲碎矿装置结构示意图，图中：1为电源，2为单相调压器，3为交流点火变压器，4为六倍压整流电路，5为超高压陶瓷电容器，6为铜棒，7为高压电极，8为导电筒体，9为放电碎矿桶，10为振动筛网，11为绝缘液，12为给矿仓，13为绝缘液仓，14为接地导线，15为固液分离器，16为产品收集器，17为气体开关，18为高压导线，19为绝缘桶盖，20为绝缘液循环管道，21为振动装置，22为大颗粒矿石，23为小颗粒矿石，24为绝缘振动杆。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明。
本发明实施例中采用前述的高压电脉冲碎矿装置及其使用方法对各类矿石进行预处理，其中选择的脉冲强度为100～300kv，脉冲频率为10～15hz；采用φ50mm×100mm筒形球磨机磨矿。具体实施方案及结果如下：
实施例1
本实施例使用的矿样为辽宁某铁矿厂原矿，其主要化学成分如表1所示。由表1可以看出，该矿贫磁铁矿石具有鞍山式沉积变质贫铁石英岩的共同特点，即化学成分简单，高硅、贫铁、低钙、镁、铝，有害杂质硫磷低于工业允许的酸性矿石，矿石tfe品位偏低。原矿fe元素的化学物相分析见表2，由表2可知，矿石中磁铁矿的含量占全铁的77.94％，硅酸铁的含量较高，其次以赤(褐)铁矿、碳酸铁的形式存在。
表1原矿化学成分分析/％
表2矿石中铁元素的化学物相分析结果/％
使用前述的高压电脉冲碎矿装置，选择的脉冲强度为120kv，脉冲频率为15hz，高压电脉冲设备持续对矿石放电破碎时间为10min，然后取出预处理后矿石，采用筒式棒磨机进行高压电脉冲预处理-磨矿试验，其磨矿指标见表3。
表3标准样和预处理样磨矿试验结果对比％
预处理后的小颗粒矿石经过破碎-磨矿后，其磨矿产品中+0.074mm、-0.074+0.043mm、-0.043+0.038mm、-0.038mm四个粒级的含量较标准磨矿产品分别降低21.12个百分点、升高12.88个百分点、升高2.01个百分点、升高6.23个百分点；原矿经过高压电脉冲预处理后，磨矿产品有用矿物单体解离度合计提高了19.40个百分点。可见，高压电脉冲预处理技术应用于铁矿碎磨作业，提高了单体解离度，提高了磨矿效率。
实施例2
本实施例使用的矿样取自云南某铜矿厂原矿，其主要化学成分如表4所示，物相分析如表5所示，矿石中铜元素的化学物相分析结果如表6所示，由表6可知，矿石中铜主要以独立矿物的形式赋存在硫化铜的斑铜矿、黄铜矿、铜蓝中，约占总铜的44.00％；铜以独立矿物赋存在氧化铜的赤铜矿、孔雀石中，约占总铜的41.82％。另有部分的铜以类质同像(即结合氧化铜)的形式赋存在脉石矿物和硅孔雀石中，约占总铜的14.18％。
表4原矿化学分析结果/％
表5原矿铜物相分析结果/％
表6矿石中铜元素的化学物相分析结果/％
使用前述的高压电脉冲碎矿装置，选择的脉冲强度为200kv，脉冲频率为12hz，高压电脉冲设备持续对矿石放电破碎时间为15min，然后取出预处理后的小颗粒矿石，采用筒式棒磨机进行高压电脉冲预处理-磨矿试验，所获得的磨矿指标见表7。
表7标准样和预处理样磨矿试验结果对比％
由表7可知，预处理后的小颗粒矿石经过破碎-磨矿后，其产品中+0.074mm、-0.074+0.043mm、-0.043+0.038mm、-0.038mm四个粒级的含量较标准磨矿产品分别降低17.52个百分点、升高11.54个百分点、升高2.17个百分点、升高3.80个百分点；原矿经过高压电脉冲预处理后，磨矿产品有用矿物单体解离度提高了17.18个百分点。可见，高压电脉冲预处理技术应用于铜矿碎磨作业，提高了单体解离度，提高了磨矿效率。
实施例3
本实施例使用的矿样取自云南某氧化铅锌矿选矿厂，矿石中的金属矿物以铅和锌为主，原矿化学多元素分析如表8所示，原矿铅物相分析如表9所示，原矿锌物相分析如表10所示，原矿化学多元素分析及物相分析表明，原矿为氧化铅锌矿，主要有回收价值的元素为铅和锌，其中铅氧化率为51.39％、锌氧化率为39.45％。就目前选矿工艺水平而言，可回收的氧化锌矿物仅为碳酸锌(即菱锌矿)，原矿锌品位较低且菱锌矿分布率仅为20.18％，出于选矿技术经济考虑，认为该矿的氧化锌矿物不具备综合回收价值。所以该矿选矿回收的目的矿物主要为硫化铅、硫化锌及氧化铅矿物。
表8原矿化学多元素分析结果/％
表9原矿铅物相分析结果/％
表10原矿锌物相分析结果/％
使用前述的高压电脉冲碎矿装置，选择的脉冲强度为100kv，脉冲频率为15hz，高压电脉冲设备持续对矿石放电破碎时间为10min，然后取出预处理后的小颗粒矿石，采用筒式棒磨机进行高压电脉冲预处理-磨矿试验，所获得的磨矿指标见表11。
表11标准样和预处理样磨矿试验结果对比％
预处理后的小颗粒矿石经过破碎-磨矿后，其产品中+0.074mm、-0.074+0.043mm、-0.043+0.038mm、-0.038mm四个粒级的含量较标准磨矿产品分别降低16.41个百分点、升高6.73个百分点、升高4.24个百分点、升高5.43个百分点；原矿经过高压电脉冲预处理后，磨矿产品有用矿物单体解离度提高了18.22个百分点。可见，高压电脉冲预处理技术应用于铅锌矿碎磨作业，提高了单体解离度，提高了磨矿效率。
实施例4
本实施例使用的矿样陕西省某钼矿公司提供的多金属钼矿石，经破碎至试验用粒度后，充分混匀用作试验用。按规范取样进行化学分析及物相分析。分析结果见表12、表13。
表12化学多元素分析结果/％
表13钼物相分析结果/％
对矿石进行x-射线衍射分析及岩矿鉴定分析，主要矿石矿物及其含量为:辉钼矿1.1％、磁铁矿7.6％、方铅矿1.1％、黄铁矿3.9％、黄铜矿0.20％、赤铁矿7.9％，合计21.8％。有脉石矿物及其含量为：斜长石29.4％、钾长石16.7％，石英10.6％、白云母5.5％、碳酸盐14.2％、绿泥石1.5％，合计78.2％。其中可选矿石矿物为辉钼矿、方铅矿、磁铁矿、黄铁矿。
使用前述的高压电脉冲碎矿装置，选择的脉冲强度为100kv，脉冲频率为15hz，高压电脉冲设备持续对矿石放电破碎时间为10min，然后取出预处理后的小颗粒矿石，采用筒式棒磨机进行高压电脉冲预处理-磨矿试验，所获得的磨矿指标见表14。
表14标准样和预处理样磨矿试验结果对比％
预处理后的小颗粒矿石经过破碎-磨矿后，其产品中+0.074mm、-0.074+0.043mm、-0.043+0.038mm、-0.038mm四个粒级的含量较标准磨矿产品分别降低16.63个百分点、升高9.69个百分点、升高4.44个百分点、升高2.50个百分点；原矿经过高压电脉冲预处理后，磨矿产品有用矿物单体解离度提高了18.85个百分点。可见，高压电脉冲预处理技术应用于铁矿碎磨作业，提高了单体解离度，提高了磨矿效率。