CN1668769B - 矿石的微波处理 - Google Patents

Abstract

公开一种处理矿石颗粒以便于该矿石颗粒的后续加工而从该矿石中回收有用组分的方法。该方法包括使矿石颗粒暴露于微波能量下并且引起矿石颗粒的结构变化。在一个实施方案中，实现结构变化而不明显地改变该矿石的矿物学性能，即组成。在另一个实施方案中，得到的结构变化使矿石颗粒尺寸具有最小化的变化。在另一个实施方案中，该方法包括使矿石颗粒暴露于短时间的、高能量的微波能量脉冲中。

Description

矿石的微波处理

本发明涉及用微波能量处理矿石以便于矿石的后续加工。 

虽然决不是仅有的，本发明尤其涉及利用微波能量处理矿石以便于该矿石的后续加工，而从该矿石中回收有用组分，如金属。 

在采矿领域的应用，如矿石的粉碎中，已有许多使用微波能量的提议，并且在这些采矿应用中有正在进行的研究和开发工作。然而，由于如下困难，这些提议没有成功地使用，(a)需要的高的总能源，(b)构成适于使矿石暴露于微波中的装置，以及(c)控制微波照射量以避免矿物无用变化以及矿石颗粒本身不希望有的变化。 

本发明的一个目的是提供一种基于微波能量处理矿石的方法，以便于该矿石的后续加工，而从该矿石中回收有用组分如金属。 

一般地说，根据本发明，提供一种处理矿石颗粒的方法，以便于该矿石颗粒的后续加工，例如从该矿石颗粒中回收有用组分如金属，该方法包括使矿石颗粒暴露于微波能量中，并且导致矿石颗粒的结构变化。 

矿石颗粒的结构变化是导致矿石颗粒内部矿物的热膨胀差异，由于暴露于微波能量中，导致矿石颗粒内部的高应力/应变区并且导致矿石颗粒的内部的微裂纹或其它物理变化。 

在一个具体的实施例中，矿石颗粒的结构变化是因加热引起的，因此在矿石颗粒内部仅仅某些矿物响应于微波能量的热膨胀导致矿石颗粒内部的微裂纹或其它物理变化。 

优选的是，该方法包括使矿石颗粒暴露于微波能量下并且导致矿石颗粒的结构变化而不明显地改变矿石的矿物学性能，即矿物的组成。 

特别是，如果该矿石在后续加工步骤中要进行浸提，优选地，该方法包括使矿石颗粒暴露于微波能量下并且导致矿石颗粒的结构变化而使矿石颗粒的尺寸变化为最小。 

在这方面，本发明是部分基于以下的现实：能选择性地使用微波能量，特别是高能量的微波能量以在矿石颗粒中产生微裂纹，这改善该矿石对后续加工的接触，如通过浸提，而基本上没有减小该颗粒的尺寸。后一点在与细 颗粒相比，粗大颗粒在后续加工中为优选的情况下是重要的，并且因此对于微波能量处理，不希望将颗粒粉碎成细颗粒。同样引人注意是：使用浸提从矿石中除去所需要成分，并且在该矿石中存在无用的反应活性组分，如果它们被研磨太细，它们消费过量的试剂。通常情况是：这在铀矿石的情况下是极普遍的，所获的回收率往往受到限制，因在能浸提有用矿物质与在更细颗粒尺寸下的更高试剂消耗量之间，需要平衡该材料的研磨细度。 

本发明也部分基于以下的现实：能使用微波能量，特别是高能量的微波能量选择地在矿石颗粒中产生微裂纹，这使该颗粒易于随后的粉碎，以将具有微裂纹的颗粒的颗粒尺寸减小到该矿石后续加工的最佳颗粒尺寸范围内。这在以下情况下是特别重要的：含有有用组分，如金属、矿物质或宝石，的矿石颗粒受微波能量处理的影响最大，并优选地破裂成比矿石颗粒的其余颗粒更小的颗粒，并从而可以通过简单的物理方法从剩余的较大颗粒中分离有用的较小颗粒。在相反的情况下这也是特别重要的：无用的材料根据暴露于微波能量易于破裂。 

在一些情况下：对微波有反应并且破裂的矿石颗粒可包括无用的杂质并且能分离以提高大部分矿石的价值，如在铁矿石中，该方法可用于除去污染物，如磷和铝。 

术语“微波能量”在本文中理解为具有频率在0.3-300GHz范围内的电磁辐射。 

矿石颗粒的后续处理可包括该颗粒的堆浸。 

通过另外的实施例，该矿石颗粒的后续处理可包括该颗粒的粉碎以减小颗粒尺寸到该矿石后续处理的最佳的颗粒尺寸范围内。这一步骤特别适合于产品不是细粉的矿石，如铁矿石和金刚石，的情况。如果不同部分的组成可以直接测定并且该组分以干燥状态分离，则它也有利于减少所需要精磨的矿石以制备最终产品。在线分析系统，如激光感应荧光、中子活化分析的X-射线衍射与微波能量处理相结合使用是特别适合的。 

该方法可包括在使矿石颗粒暴露于微波能量之前将矿石颗粒过筛为随后的微波能量处理提供优选的颗粒尺寸分布。 

优选的是，该方法包括在使矿石颗粒经受微波能量之前将矿石颗粒过筛以从矿石颗粒中除去细颗粒。 

优选的是，该方法包括使矿石颗粒经受微波能量的脉冲。 

在这方面，本发明也部分基于以下现实：短脉冲的使用能以简单的、更加有效的、物理装置对矿石颗粒施加很高的电场，施加到颗粒的总能量，通过脉冲的数量和持续时间控制，这是有利的结果。具体地说，这对于需要高能量以获得足够的微裂纹的某些矿石颗粒是有利的结果，以及如果连续施加微波，该颗粒必须非常迅速地通过微波场以避免过度暴露同时仍然获得所要求的快速局部加热和微裂纹，在这种情况下，所使用的微波能量能受到限制，否则需要复杂昂贵的设备实施暴露。 

优选的是，该矿石在一个空腔中接受微波，该空腔如以Stellenbosch大学的国际专利申请WO02092162所公开的空腔，该空腔强化电场强度以进一步改善暴露的有效性并使微裂纹最大化。该国际申请公开的内容在本文中交叉引用以供参考。 

优选的是，该脉冲内的微波能量具有高能量以使矿石中的敏感矿物(susceptor)快速加热。 

术语“高能量”在本文中的值为基本上高于那些常规的家庭微波，即显著高于1kW。 

脉冲微波能量的使用使该方法的能量需要量达到最小并使矿石颗粒热循环达到最大。 

通过操作条件的适当选择，脉冲微波能量使矿石颗粒加热到该颗粒矿物学性能变化的温度达到最小。 

优选的是，该脉冲微波能量包括短时间脉冲。 

术语“短时间”在本文中理解为每一脉冲的时间周期小于1秒。 

优选的是，该脉冲时间周期小于0.1秒。 

更加优选的是，该脉冲时间周期小于0.001秒。 

微波能量的脉冲之间的时间周期根据许多因素按需要设定。与许多情况有关的一个因素是确保大部分矿石颗粒没有过热，过热能对矿石导致组成变化。优选的是，脉冲之间的时间周期是脉冲时间周期的10-20倍。 

该颗粒可暴露于一种或多种微波脉冲下以获得所要求的微裂纹程度。这可以脉冲方式释放微波能量的单一装置进行实现。也可以是在一沿着矿石移动途径的有间距的间隔内具有多个暴露点的装置中实施，每一暴露点以脉冲或连续的方式释放其自身特征性微波能量。 

在随后的矿石处理是堆浸矿石的情况下，使矿石颗粒暴露于微波能量的 主要目的是在结构上改变该矿石颗粒以提高浸提溶液对矿石颗粒的接触(access)。 

改善浸提溶液的接触可导致使矿石颗粒破裂成更小颗粒。 

然而，在本申请中，优选的是，提高对浸提溶液的接触是矿石颗粒结构上削弱的结果，该结果提高颗粒的孔隙率而不引起明显的颗粒破裂。 

由于微波能量的暴露中导致孔隙率的提高，使其在堆浸中有可能使用比通常使用的矿石类型更大的尺寸的给定矿石类型的颗粒。 

提供对微波能量处理的颗粒尺寸范围的宽度可影响颗粒破裂的程度。具体地，与具有较窄颗粒尺寸分布相比，它对具有较宽颗粒尺寸分布的颗粒破裂有更大可能性。 

优选的是，矿石颗粒包括微波敏感和非敏感组分，因此，所改善的与浸提溶液接触是由于在该矿石组分的微波敏感和非敏感组分的界面处的结构变化引起的。 

本申请人特别感兴趣的矿石是含有有用金属并且该有用金属是矿石微波敏感组分的矿石。 

优选的是，该矿石是其中有用金属以硫化物存在的矿石。 

本申请人特别感兴趣的含铜矿石是其中铜以硫化物，如黄铜矿或辉铜矿存在的。 

本申请人同样感兴趣是其中镍以硫化物存在的含镍矿石。 

本申请人同样感兴趣的是含铀矿石。 

本申请人同样感兴趣的是某些含铁矿物的矿石，其中一些铁矿物具有不成比例地较高含量的无用杂质。 

本申请人同样感兴趣的是金刚石矿石，其中矿石具有含矿物的金刚石和贫金刚石的矿物如石英的混合物。 

优选的是，矿石颗粒在暴露于微波能量之前具有主要尺寸为15cm或以下。 

微波能量的波长和暴露时间可根据有关因素选择。 

有关因素可包括矿石类型、颗粒尺寸、粒径分布、以及该矿石后续处理的要求。 

该方法包括任何适用于使石颗粒暴露于微波能量的步骤。 

一个合适的方案包括可使矿石沿着传送滑槽自由下落而经过微波能量 发生器。 

自由下落的方案在采矿业环境中对于加压进料方案而言是优选的方案，是因为矿物处理问题往往与采矿业有关。 

优选的是，该方法包括在传送装置上将矿石传送到传送滑槽的输入端并且在传送装置上由传送滑槽的输出端传送微波-处理的矿石。 

根据本发明，还提供一种从矿石中回收有用组分如金属的方法，包括步骤： 

(a)通过将矿石颗粒暴露于微波能量下而处理矿石颗粒并且使矿石颗粒的结构变化，该矿石颗粒的结构变化是由于矿石颗粒内矿物热膨胀差异所引起的，由于暴露于微波能量导致矿石颗粒内部的高应力/应变区并且引起矿石颗粒内部微裂纹或其它物理变化；以及 

(b)加工所处理的矿石颗粒以回收有用组分。 

该加工步骤可以是任何合适的步骤，如浸提所处理的矿石颗粒，例如通过堆浸、或粉碎并且其后物理分离矿石颗粒成为不同尺寸的部分。 

本发明通过实施例并参考附图更进一步进行描述，该附图是一个从含铜矿石中以铜的形式回收有用组分的优选实施方案的步骤顺序的流程图，其中铜以黄铜矿或辉铜矿的矿物存在。 

参考该流程图，将矿石颗粒供入初步破碎机1并且粉碎到颗粒尺寸为10-15厘米。 

从初步破碎机排出的粉碎颗粒通过传送装置(或其它合适的传送装置)供入微波能量处理站3并且允许自由下落经过微波能量发生器(没有显示)，该微波能量发生器使矿石颗粒暴露于微波能量的高能量脉冲中。 

在矿石中，微波能量导致矿石的敏感组分，如黄铜矿和辉铜矿矿物，局部加热，并且矿石组分的热膨胀差异在矿石颗粒内部产生高应力/应变区，并且在颗粒，特别是含有黄铜矿和辉铜矿矿物质的颗粒中导致微裂纹的形成。 

选择操作条件，如能量水平、脉冲持续时间和暴露长度，以确保即使对矿石颗粒的组成有影响的话，使局部加热达到最小并且不引起颗粒严重破裂。对于后一点，在大多数应用中，微波能量处理步骤的目的是形成削弱但不破坏颗粒的微裂纹。一般，以10-15厘米的颗粒进料供应，输出的大部分将具有1-15厘米的颗粒尺寸，其相当大比例的输出颗粒大于5厘米。 

根据情况，将微波处理的矿石提供给堆浸站5并且进行浸提以使铜回收 到溶液中，或供入粉碎站7并且进一步粉碎以及如有必要进行研磨以选择性地减小该颗粒的颗粒尺寸。矿石颗粒中的微裂纹改善堆浸步骤中浸出溶液的接触并且在随后的粉碎和研磨步骤中减少产生最佳颗粒尺寸范围所需要的能量。 

特别是，在如加工含黄铜矿和辉铜矿矿物的矿石的情况下，其中有用金属集中在敏感材料中，粉碎和研磨步骤产生含有较高浓度的有用金属的较小颗粒尺寸部分和含有非有用材料的较大颗粒尺寸部分。 

来自粉碎站7的研磨矿石供入物理分离器9，物理分离器9分离较大的和较小颗粒尺寸部分以易于从较小尺寸部分中回收铜。 

对如上所述的本发明的优选实施方案可以做出许多改进而不脱离本发明的精神和范围。 

Claims (13)

1.一种处理矿石颗粒以便于该矿石颗粒的后续加工以从该矿石中回收有用组分的方法，包括：提供主要尺寸为15cm或以下的矿石颗粒，使矿石颗粒暴露于微波能量的脉冲下，每一脉冲小于0.1秒，并且导致矿石颗粒的结构变化而不明显改变矿石的组成，该矿石颗粒的结构变化是由于矿石颗粒内的矿物的热膨胀差异引起的，由于暴露于微波能量下在矿石颗粒内部产生高应力/应变区并且导致矿石颗粒内部的微裂纹或其它物理变化的结果，其中脉冲内的微波能量具有高能量以使矿石中的敏感矿物快速加热。

2.权利要求1限定的方法，包括使矿石颗粒暴露于微波能量下并且导致矿石颗粒的结构变化而没有严重破坏矿石颗粒。

3.权利要求1或权利要求2限定的方法，包括在使矿石颗粒暴露于微波能量之前将矿石颗粒过筛以从矿石颗粒中除去细颗粒。

4.权利要求1或2限定的方法，其中该脉冲时间周期小于0.001秒。

5.权利要求1或2限定的方法，其中矿石颗粒包括微波敏感和非敏感组分并且矿石中的有用组分是金属并且该金属是该矿石的微波敏感组分的部分。

6.权利要求1或2限定的方法，其中该矿石是其中有用组分是金属并且该金属以硫化物存在的矿石。

7.权利要求6限定的方法，其中该矿石是其中铜以硫化物存在的含铜矿石。

8.权利要求7限定的方法，其中所述铜以黄铜矿或辉铜矿存在。

9.权利要求6限定的方法，其中该矿石是其中镍以硫化物存在的含镍矿石。

10.权利要求6限定的方法，其中该矿石是含铀的矿石。

11.权利要求1或2限定的方法，其中该矿石是其中有用组分为铁的矿石，并且该矿石含有铁矿物，其某些铁矿物具有不成比例地较高含量的无用杂质。

12.权利要求1或2限定的方法，其中该矿石是金刚石矿石，并且该矿石具有含矿物的金刚石和贫金刚石的矿物的混合物。

13.一种处理矿石颗粒以便于该矿石颗粒的后续加工而从该矿石中回收有用组分的方法，包括：提供主要尺寸为15cm或以下的矿石颗粒，使矿石颗粒暴露于微波能量的脉冲下，每一脉冲小于0.1秒，并且导致颗粒的结构变化而无颗粒严重破裂，该矿石颗粒的结构变化是由于在矿石颗粒中的矿物的热膨胀差异引起的，由于暴露于微波能量下导致矿石颗粒内部的高应力/应变区并且导致矿石颗粒内部的微裂纹或其它物理变化的结果，其中脉冲内的微波能量具有高能量以使矿石中的敏感矿物快速加热。

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