本发明属于矿物加工技术领域，具体涉及一种强化磁铁矿破碎及分选的高压电脉冲预处理方法，以满足产品破碎及后续工艺的需求。
背景技术：
近年来我国钢铁工业蓬勃发展，钢铁产量连创新高，极大刺激了铁矿石的需求，铁矿石价格也连创新高。而目前，全球铁矿石供求关系转变，铁矿石价格大幅下跌，造成国内铁矿山近乎全行业亏损。与此同时，我国铁矿资源以贫矿居多，矿床共生、伴生组分多，铁矿石组成较为复杂且嵌布粒度细，因此，我国铁矿的选矿工作面临难度更大、效率低且成本高等诸多问题。其中铁矿石破碎领域最重要的问题有：破碎和磨矿设备投资和维护费用很高、能耗大、产生过多的不能处理的细粒级和解离不充分的粗粒级，增加后续选别作业的难度。
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。
在目前国内铁矿山近乎全行业亏损的萧条时期，选矿技术的创新及优化显得尤为迫切，高压电脉冲选择性破碎磁铁矿预处理方法的研究应运而生，具有重要的战略意义。在保证有用矿物质量的基础上，节省了企业运营成本，减少了资源的浪费，为企业的长久发展和有力竞争提供了最坚实的基础保障，在激烈的行业竞争中能够占一席之地。
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磁铁矿破碎及分选的高压电脉冲预处理方法。该种方法通过选择性破碎使目的矿物晶体完全解离，即矿物按晶粒破碎产生更多的单体矿物颗粒，确保粉碎产品中单体解离铁矿物的数量能满足后续分选工艺的要求，减少后续处理工序能耗。
高压电脉冲技术是一种通过将能量储存起来进行时间上的压缩，再在极短的时间内进行高压输出的技术。通过将较小功率的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，在极短的时间(最短可为纳秒)以极高的功率密度向负载释放能量，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。
本发明的方法首先需要使用如下的高压电脉冲碎矿装置来加以实现，这种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，电源(1)与单相调压器(2)相联接，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)输出端接六倍压整流电路(4)，六倍压整流电路(4)输出端与超高压陶瓷电容器(5)的输入端相联接，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)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)的一端深入到放电碎矿桶(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度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)，并与振动筛网(10)通过绝缘振动杆(24)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)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)相联接，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)和圆柱筒(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，高压电极和导电筒体之间多次放电后，则能够把颗粒粒度为10-100mm的大颗粒矿石(22)破碎至颗粒粒度为5-60mm的小颗粒矿石(23)，小颗粒矿石(23)经过振动筛网(10)筛分后落入绝放电碎矿桶(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。
本项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。
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；当绝缘体(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；
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；
启动电源(1)供电后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，控制绝缘体(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；
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，分离出绝缘液(11)经绝缘液循环管道(20)返回到绝缘液仓(13)之中，循化使用；
磁选，将小颗粒矿石(23)磨至细度控制在-0.044mm占40％～80％，在磁场强度60～100ka/m条件下进行磁选，获得tfe品位大于64％的铁精矿和尾矿。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
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，不仅可使磁铁矿破碎，而且在磁铁矿内部矿物界面上产生扩展裂纹和裂缝，进而改善矿物解理特性。磁铁矿经高压电脉冲破碎预处理后，一方面磁铁矿强度可大大降低，预计降低磨矿能耗30％以上；另一方面能使磁铁矿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，有助于提高磁铁矿分选指标。
本发明的主要创新点是：
1、高压电脉冲预处理技术可实现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。
2、高压电脉冲预处理技术可实现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。
3、高压电脉冲预处理技术可以提高破碎产物的相对可磨度，与单一机械破碎相比，相同磨矿时间下，高压电脉冲预处理技术可以显著提高细粒级含量。从而缩短获得相同粒级含量磨矿产品的时间，节约能耗，增加企业利润。
4、高压电脉冲预处理技术可以提高磁铁矿的分选指标，为磁铁矿的高效利用提供了新的技术路线，响应“创新、绿色”的发展理念，奠定了在选矿厂广泛应用的良好基础。
附图说明
图1为一种用于磁铁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。
本项发明完全按照前述的方法进行实施，即利用图1所示的高压电脉冲碎矿装置，按照方法所列出的各操作步骤进行实施，其中采用φ50mm×100mm筒形球磨机磨矿，采用φ50mm磁选管进行磁选选别，然后对比机械破碎和高压电脉冲预处理技术得到的选别指标，以此说明高压电脉冲预处理技术的优越性。
实施例1
本实施例使用的矿样为大孤山磁铁矿，其主要化学成分如表1所示。由表1可以看出，原矿中有价元素是铁，tfe品位为32.61％，feo含量为17.49％；主要杂质为sio2，占45.77％；有害杂质s、p含量较低。原矿fe元素的化学物相分析见表2，由表2可知，矿石中铁主要以磁铁矿的形式存在，磁铁矿中铁占有率达79.70％，其次以菱铁矿、赤(褐)铁矿和硅酸铁的形式存在，少量以硫化铁形式存在。
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/％
将上述成分的磁铁矿矿石加入到高压电脉冲碎矿装置之中，按照前述的方法进行操作，其中振动筛网的频率为500次/min，脉冲强度为100kv，脉冲频率为10hz；平均持续对矿石放电破碎10min，取出预处理后的小颗粒矿石。并将其细磨至-0.074mm含量占80％，在磁场强度为85ka/m的条件下进行磁选管磁选试验。
原矿tfe品位为32.61％的磁铁矿，经过预处理矿石和未经预处理的矿石采用同样的磨矿-磁选工艺，对所得到的产物进行分析化验，其分选结果如表3所示：
表3预处理后分选试验结果％
由表示可见，经过预处理的矿石和未经处理的相比，其tfe品位可提高6.55％、回收率提高1.87％。
实施例2
本实施例使用的矿样取自鞍千矿业有限责任公司选矿厂的混合磁选精矿，其主要化学成分如表4所示。由表4可以看出，矿样矿物组成比较简单，主要的含铁矿物为磁铁矿和赤铁矿，而脉石矿物以石英为主，tfe品位为47.70％，sio2含量为33.012％，具有工业价值的其他矿物含量很低，利用价值不大。
表4原矿化学成分分析/％
原矿tfe品位为47.70％的磁铁矿，采用实施例1同样的工艺和参数进行试验生产，分析未经处理普通矿石产物和经过高压电脉冲碎矿装置处理的小颗粒磁铁矿石产物的产率、品位、和回收率三项指标，其结果如表5所示：
表5预处理后分选试验结果％
由表5可见，对于原矿tfe品位为47.70％的磁铁矿，经过高压电脉冲碎矿装置处理后，其tfe品位可提高2.84％、回收率提高0.9％。