岩石样品破碎新方法--SelFrag高压脉冲破碎仪

高压脉冲破碎是一项世界先进的样品破碎技术,瑞士的SelFrag A G公司利用这项技术制造出了高压脉冲破碎仪,英文名SelFrag High Voltage Pulse Fragmentor。这个仪器能产生90~200 kV的高压,然后在极短时间里通过高压工作电极放电到水中的固体样品上,这些固体样品会沿着颗粒边界、包裹体、不同物相之间裂解开来,其中岩石中的各种矿物（如锆石、磷灰石）会被完全剥离,并且保持完整的晶形。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;破碎在水中进行,没有粉尘;没有噪声污染;选择性破碎,不破坏矿物晶形。目前SelFrag高压脉冲破碎仪已应用在地球科学中用于从岩石中挑选矿物,此外,它还应用在电子设备的废物回收方面。

考虑多场耦合高压电脉冲作用下岩体破碎响应

基于电学理论、热学理论和力学理论建立高压电脉冲作用下岩体破碎多物理场耦合数值模型,提出一种考虑电击穿的电–热–力耦合数值模型揭示岩体在高压电脉冲下的破碎过程。利用随机分布模型模拟岩体中可能出现的导体矿物颗粒,综合分析电击穿过程中等离子体通道的形成规律。与现场试验进行对比,验证该数值模型的准确性。计算结果表明:击穿场强是主导等离子体通道形成的关键因素。岩体在高压电脉冲作用下的破碎过程可分为3个阶段,等离子体通道初步形成阶段、等离子体通道扩展阶段和等离子体通道形成阶段。在等离子体通道形成前,通道处的温度保持在500 K左右,应力达到10–2MPa左右;当等离子体通道形成时,温度和应力会在短时间内剧增,温度达到10~3 K,应力达到10 MPa。在电脉冲持续作用下,等离子体通道处的温度和应力持续增加。当最大应力超过岩体的临界应力强度后,岩体将发生破碎;同时通道也会继续分支扩展,更大范围地对岩体造成破坏。导体矿物颗粒会引导等离子体通道的形成,颗粒分布越密,对通道的形成越有利。脉冲电压到达峰值的时间越长,岩体的破坏速率相对越快。数值模型的计算结果有助于加深对高压电脉冲过程中岩体破碎过程的理解。

SelFrag高压脉冲矿石破碎技术研究进展

SelFrag高压脉冲破碎技术是基于水中放电实现的破碎技术,设备具有安全、可靠、可控等性能特点。该技术问世以来,破碎规模不断大型化,可望在选矿生产中应用。大量的试验研究表明:与传统的机械破碎相比,SelFrag高压脉冲破碎具有选择性破碎效果突出,可预富集目标矿物;矿石在水中破碎,无粉尘与交叉污染;过粉碎少,矿石解离度高等工艺特点。因此,SelFrag高压脉冲破碎有利于选矿厂的节能降耗和最终精矿产品品位和回收率的提升。

高压电脉冲破碎在矿业领域的应用研究

破碎过程在矿物加工中起着至关重要的作用,并且该过程消耗大量能源。随着矿业领域对原矿需求的增加,高品位矿石储量逐渐枯竭。由于高品位矿石的日益短缺,各矿业公司无奈只能选择低品位矿石进行冶炼,然而采用常规方式进行矿石分选会使矿产资源的开发成本越来越高。在进行常规分选之前先对原矿中的金属矿物进行预处理有望给生产成本和资源利用效率带来显著进步[1]。高压电脉冲破碎技术由于其独特的选择性破碎优势,引起了人们的极大关注。

高压脉冲放电破碎菱镁矿石的实验研究

为改善菱镁矿石机械磨碎中存在的细粒过磨、粉尘等问题,采用水中高压脉冲放电的方法对菱镁矿石的破碎特性进行实验。在?25kV条件下,对初始粒径约为6cm和8cm的菱镁矿石分别进行放电处理,利用显微成像、扫描电镜及能谱分析方法对破碎产物形态、成分进行分析,同时对破碎过程的冲击波压力进行研究。结果表明,菱镁矿石的破碎主要为解离破碎和混合破碎,产物中粒径小于150?m颗粒的质量分布比率小于10%,且可产生微米级的有用矿物单体颗粒,为菱镁矿石的后续分选提供了有利条件;破碎过程能量的转化效率为15.64%,符合相关理论研究结果。

高压脉冲电场对小球藻破碎效果的影响

含油微藻的破碎是微藻制油过程中的重要环节。为此,利用清华大学自主研制的高压脉冲电源(THU-PEF4)系统,针对小球藻的光合活性和叶绿素质量浓度这2个生物量,重点考察了高压脉冲电场强度、脉冲宽度、脉冲重复频率、电场极性及样品电导率对小球藻处理效果的影响,在此基础上结合双荧光染色法和流式细胞仪研究了高压脉冲电场(PEF)对微藻细胞的穿孔破碎效果。研究发现高压脉冲电场强度和脉冲注入能量密度是影响高压脉冲电场处理效果的关键因素,而脉冲宽度、脉冲重复频率、电场极性对小球藻的处理效果影响不大。当电场强度从2.5 MV/m增加到5.0 MV/m时,20 m S/m电导率下的小球藻细胞破碎率从17.21%增加至83.29%;当脉冲注入能量密度从8.9 k J/L增加到149.52 k J/L时,4.5 MV/m电场强度作用下的小球藻细胞破碎率从9.78%提高到81.78%。

高压电脉冲技术对废弃电路板的破碎研究

利用高压脉冲技术对废弃电路板进行了破碎研究,并利用X射线荧光光谱仪(XRF)对破碎产物进行了表征.结果表明,高压电脉冲技术可利用废弃电路板中金属和非金属的电学特性差异对其进行破碎,同时还能够将大部分的铜都富集在较窄的粒度范围中,实现对金属的富集,有利于后续的分选和回收.高压电脉冲能够使废弃电路板沿铜箔与基材以及铜箔与阻燃剂层之间的界面发生解离,而这种解离是从界面的边缘开始发生的,并随着脉冲个数的增加逐渐地向界面内部延伸,直至界面彻底分离.经过400脉冲作用后,铜箔与基材以及铜箔与阻燃剂层之间实现了完全分离,电路板中97.92%的铜富集于粒径<2 mm的颗粒中,而这部分颗粒仅占电路板总质量的39.71%.

基于高压电脉冲技术的方铅矿石破碎试验研究

高压电技术破碎技术是一种新型晶界破裂技术,具有选择性破碎、污染小、无粉尘的优势。为进一步完善高压电脉冲预处理技术体系,针对辽宁某方铅矿石开展高压电脉冲预处理试验,系统考察了球隙间距、输出电压及脉冲次数等参数对矿石破碎效果的影响。结果表明:对7~5 mm、10~7 mm、12.5~10 mm这3种粒级原料,适宜的高压电脉冲预处理条件为:球隙间距25 mm、输出电压25 kV、脉冲次数150次,此时破碎产品-2 mm粒级产率最高,平均破碎比和粒度分布均匀系数最优。此外,给料粒度越细,破碎产品粒度分布均匀系数越大,粒度分布范围越宽,产品粒度均匀性越差。机械破碎主要通过冲击剪切作用力来减小矿石的粒度,以实现矿物单体解离;而高压电脉冲破碎通过介电常数差异,破坏矿石的内部结构,相界面由此产生的大量裂隙和微裂隙有助于矿石的进一步解离破碎。

一种实用型高压脉冲重频破碎装置

研制了一台最高输出电压200kV，最大工作频率5Hz的高压脉冲重频破碎装置，该装置主要由谐振充电电源、高压脉冲变压器、长寿命气体开关等关键部件组成。整体装置结构简单，运行稳定，破碎效率高且其过程对环境无污染，为矿物岩石破碎和资源回收等工业领域提供了新型的解决方案。

多宝山铜矿石高压电脉冲破碎预处理试验研究

通过对比高压电脉冲破碎和机械破碎对多宝山铜矿石性质和浮选指标的影响,探索了高压电脉冲破碎预处理对矿石的促进解离、预弱化和预富集等作用效果。采用自制高压电脉冲处理系统在140 kV下对26.5~31.5 mm粒级多宝山铜矿石进行了预处理,并与同条件下的机械破碎产品对比。分别测定了高压电脉冲破碎产品和机械破碎对比样品的硬度指标A×b值、邦德球磨功指数、Cu品位分布、单体解离度和可浮性。结果表明,相比机械破碎产品,高压电脉冲破碎产品的硬度指标A×b值提高了33.9%~39.8%,邦德球磨功指数降低了3.6 kWh/t;高压电脉冲破碎产品的Cu品位随粒度减小而快速增大,能够将69.2%的Cu元素预富集到产率为36.1%的-13.2 mm粒级破碎产品中;通过促进矿物单体解离,高压电脉冲破碎能够将Cu的浮选回收率提高2.33个百分点,精矿铜品位提高约1个百分点。试验结果可以为低品位铜矿石的高效低耗回收提供参考。

基于Selfrag高压电脉冲放电破岩试验的仿真模拟

高压电脉冲破岩在高温等离子弧的作用下,产生的热应力超过岩石的强度极限时就会使岩石破碎,其破碎坚硬岩石有显著效果。为研究电压、岩石矿物成分、孔隙率3个参数对岩石内电场强度分布的影响,本文基于Selfrag高压电脉冲破岩的试验数据,利用COMSOL Multiphysics仿真软件建立了一种针针电极结构仿真模型。结果表明,施加的电压不同,岩石内部电场强度分布不同;电场在不同矿物成分边界发生畸变,不同矿物成分相对介电常数变化越大,产生畸变越明显,高压电脉冲破碎优先发生在不同矿物成分的接触面;岩石内孔隙的存在,使其周围的电场发生了畸变,其他参数一定,孔隙率越大,岩石越容易被电击穿。研究结论可为高压电脉冲钻井破岩参数的选取提供参考。

高压脉冲放电作用下破碎产物分形规律

高压电脉冲破碎是一种新型破碎技术,相比于传统机械破碎,具有能耗低、破碎产物单体解离度高、力学性能低等优势。通过建立破碎产物粒度分形模型及分形维数与筛下产率关系研究高压脉冲放电破碎颗粒粒度特性。研究表明,高压电脉冲破碎产物具有典型的粒度分形特征。针对负累计产率和筛孔尺寸在双对数坐标下进行线性拟合,结果表明,随着脉冲个数增加,线性回归系数增大、分形维数减小、残差平方和减小、计算值曲线和试验值曲线所围成的面积减小;随着给料粒度增大,线性回归系数减小、分形维数增大、计算值曲线和试验值曲线所围成的面积增大。破碎产物分形规律为研究矿石破碎粒度特性提供了新的思路。

高压电脉冲破碎改善紫金山铜矿石浸出性质的试验研究

为研究高压电脉冲破碎和机械破碎两种破碎方式对紫金山铜矿石颗粒性质和柱浸效率的影响,分别采用机械破碎和高压电脉冲破碎(充电电压分别为110 kV和135 kV)对紫金山铜矿山6.7~9.5 mm粒级铜矿石进行破碎处理。针对不同破碎方式的产品,分别测定了颗粒的表面金属矿物暴露程度与裂缝存在情况、长径比、圆形度和矿堆饱和含水率等性质,并进行了柱浸试验。结果表明,在机械破碎产品中仅有1.6%的颗粒表面有金属矿物暴露,有2.5%的颗粒表面上存在裂缝。而在高压电脉冲破碎产品中,这两类颗粒的占比分别上升为3.4%~3.7%和7.3%~17.2%,使得浸出液更易于接触矿石颗粒内部的金属矿物。高压电脉冲破碎产品的长径比平均值为1.42,低于机械破碎产品的1.51,这使得浸出液在前者的产品颗粒内沿颗粒长径的渗流能力比后者高3.3%~3.5%。此外,高压电脉冲破碎产品还拥有比机械破碎产品略高的圆形度和矿堆饱和含水率,可以轻微提高浸出液在颗粒表面和矿堆内部的流动性。对破碎产品进行柱浸试验,在浸出21 d后,高压电脉冲破碎产品的铜浸出率相比机械破碎产品提高了6.6~11.1个百分点,表明高压电脉冲破碎处理能够有效改善紫金山铜矿石的浸出性质。

基于破碎硬岩的高压脉冲放电数值模拟

为了研究破碎硬岩的高压脉冲放电作用过程,该文利用所建立的放电结构扩展物理-数学模型,从定量的角度对高压脉冲放电破碎硬岩进行数值仿真,所获得的破碎硬岩放电电压和电流波形与试验结果基本吻合。在此基础上,对高压脉冲放电破碎硬岩过程中的放电通道和电学特性进行分析。结果表明,当Marx发生器能量在硬岩内形成的电场强度大于硬岩的临界场强时,高压电极与接地电极之间会形成一条树枝状的放电通道,使得剩余能量进入到放电通道内并促使其急剧膨胀导致硬岩破碎。当硬岩发生击穿时,放电通道内的电压、电流、电阻、能量、功率、最大放电通道电导率以及各元器件上的电压均与时间存在强烈的依赖关系,且有超过五分之三的Marx发生器能量被释放到硬岩内形成欧姆量级的主放电通道内。

高压电脉冲破碎技术特点及进展

高压电脉冲破碎技术是一种较新的矿物加工技术,与传统的矿物破碎技术不同,具有明显的选择性破碎特征。为助推该技术更好地与传统矿业融合发展,在简要介绍了高压电脉冲破碎技术原理及与机械破碎区别的基础上,指出高压电脉冲能够有选择地优先破碎含金属矿物的矿石颗粒,金属矿物晶粒在矿石颗粒内的镶嵌位置和数量会影响击穿通道的发展程度、分枝数量和路径位置,固体颗粒与电极对的相对空间分布也会影响击穿通道的路径和颗粒的破碎程度,脉冲能量沉积到击穿通道的比例与颗粒内含有的金属矿物数量、种类显著相关;高压电脉冲破碎能降低磨矿能耗,提高有用矿物的解离程度,进而有助于提高有价元素的回收率和产品品位;高压电脉冲破碎技术不仅可应用于金属矿石的破碎和煤层增透工艺,在钻探、电子垃圾有价元素提取、石油与天然气资源提取等领域也有广阔的应用前景,但在工程应用方面尚需突破一些技术难题。

红砂岩受高压电脉冲击穿作用下的破裂行为试验研究

高压脉冲放电破岩具有绿色环保、能量可控的特色,是一种应用前景广阔的新兴岩石破碎技术。通过电击穿试验分析了高压脉冲作用下红砂岩的破裂机制,研究了不同试件尺寸和放电电压下红砂岩的破裂模式及破裂程度。结果表明:高温和冲击波是导致试件破裂的内在机制。高压电脉冲作用下,红砂岩在电极附近由于等离子通道贯通后的迅速膨胀作用形成击穿区,损伤最为严重。击穿区外侧受冲击波的影响出现径向裂纹,冲击波强度足够时可继续诱发试件边界附近出现剥落裂纹。击穿区、径向裂纹及剥落裂纹的形成与试件的尺寸和放电电压密切相关。采用裂纹密度和分形维数两个指标量化分析了高压脉冲作用后试件的破裂程度。随着试件尺寸增加,试件由块状破碎转变成穿孔破坏模式,试件的裂纹密度、裂纹的复杂程度以及分形维数呈现出降低趋势。随着放电电压的增加,试件由穿孔破坏模式转变成块状破碎,其裂纹密度、裂纹的复杂程度和分形维数呈现增加趋势。

液相高压脉冲放电致裂岩石技术研究进展

致密砂岩和页岩油气藏因其岩性致密、孔隙度和渗透率极低等特点给勘探开发带来了挑战。针对低渗油气资源,液相高压脉冲放电致裂岩石技术是提高开发效果的重要手段之一。分析总结液相高压脉冲放电致裂岩石技术的实验装置研发、影响因素和岩石裂缝规律,明确当前面临的问题以及发展方向。结果表明:液相介质电导率的提高有助于提高脉冲放电冲击波强度;放电电压越高、放电能量越大,致裂岩石效果越好;岩石裂缝的起裂主要受张剪性应力影响,裂缝扩展存在对称性,有转向、分叉和波形特征。该文可为液相高压脉冲放电致裂岩石技术相关研究工作提供参考,对非常规油气藏开发工作具有重要意义。

一种用于高压大电流脉冲放电的晶闸管间接强触发电路

高压大电流放电技术普遍采用晶闸管串联作为电路放电的主开关,放电时如果晶闸管的导通过程较慢,则会导致芯片内部产生大量焦耳热,使晶闸管损坏;同时晶闸管在串联模式下,导通时间不一致也会导致导通较慢的晶闸管受到高电压而被击穿。针对该种复杂苛刻的工况,提出了一种可以用于高压大电流脉冲放电的晶闸管间接强触发电路,该电路利用间接光触发方式,在触发回路中,串联的晶闸管触发信号由同一个控制信号通过光纤进行控制,经过光电转换后产生强触发脉冲电流,使晶闸管同步快速可靠导通。实验结果表明,该电路可实现串联晶闸管可靠触发,晶闸管触发脉宽时间可调,放电电压为9kV,放电电流高达32kA,满足脉冲放电电源模块的应用要求。

高压电脉冲破碎在选矿领域的应用综述

传统的矿石破碎过程会消耗大量能量,增加矿选成本。分选前预处理,有助于节约能耗,降低生产成本。高压电脉冲破碎技术具有选择性破碎优势,成为选矿领域的研究热点。详细介绍了高压电脉冲破碎原理和选择性破碎机制,系统总结了高压电脉冲破碎在促进解离、预弱化、预富集和改善堆浸性质的领域的应用潜力。分析指出:高压电脉冲破碎能够促进金属矿物的单体解离,改善矿石可磨性,提高精矿质量;对含金属矿物的矿石诱导选择性破碎,实现了预富集及节能降耗,提高了矿产资源的综合利用率;高压电脉冲破碎细颗粒含量少,有助于提高堆浸作业的金属回收率,改善浸出性质。

泡沫电介质中高压脉冲放电的破岩机理研究

针对水介质中压力冲击波在破碎岩石方面的应用,研究高压脉冲放电在泡沫电介质中的放电机理。根据不同电介质的电离特性配比了两种阴阳离子的泡沫电介质,数值模拟分析了在不同电介质环境下高压脉冲放电时的冲击压力变化规律。运用气泡动力学方程分析了气泡在放电过程中的爆破形态,分析了不同放电电压、放电间隙等条件对气泡爆破形态的影响规律。并进行了初步室内实验,验证了泡沫作为电介质实现高压脉冲放电破碎岩石的可行性。由于泡沫可产生空泡效应,能增加爆破效果,而且泡沫在防漏、密封性能要求等方面都优于水介质,具有更广阔的应用前景。