基于微裂纹的铜矿石生物堆浸强化机制

Bio-heap leaching is one of the important ways to develop low-grade copper ore. Due to the lack of effective strengthening methods, there are still some problems such as low leaching rate, long leaching period and high impurity leaching rate. To strengthen the copper ore leaching performance, the formation factors of micro-cracks in the ore will be researched, and the formation mechanism and control methods of micro-cracks will be explored. Besides, the influence mechanism of micro-cracks on leaching behavior of major element will be studied, and the matching of micro-cracks with multi-factor and their strengthening mechanism will be researched. Finally, the optimum conditions of copper ore leaching will be obtained, and formation a prototype of copper ore enhanced leaching based on micro-cracks. The results of the research will provide new strengthening measures for the bio-heap leaching of copper ore and provide theoretical support for the enhanced technology of copper ore leaching based on micro-cracks, which will enhance the utilization technology and engineering level of low-grade copper resources.

生物堆浸是开发低品位铜矿石的关键路径之一，由于缺乏有效的强化手段，目前仍存在浸出速率低、周期长，杂质浸出率高等问题。为此，项目以强化铜矿石浸出性能为目的，开展矿石微裂纹形成因素研究，探索微裂纹的生成机制和控制方法；研究微裂纹对各元素浸出的影响规律和强化机理，查清浸出过程微裂纹与多因素的匹配强化机制，获得铜矿石强化浸出优势区域，形成基于微裂纹的铜矿石强化浸出技术原型。研究成果将为铜矿石生物堆浸提供新的强化手段，为基于微裂纹的铜矿石强化浸出技术提供理论支撑，有利于提升我国低品位铜矿资源利用技术和工程化水平。

生物堆浸是开发低品位铜矿石的关键路径之一，由于缺乏有效的强化手段，目前仍存在浸出速率低、周期长，杂质浸出率高等问题。为此，本项目以强化铜矿石浸出性能为目的，开展了矿石微裂纹形成因素研究以探索微裂纹的生成机制和控制方法；研究了微裂纹对各元素浸出的影响规律和强化机理，查清了浸出过程微裂纹与多因素的匹配强化机制，形成了基于微裂纹的铜矿石强化浸出技术原型。结果如下：1）认识了不同破碎方式微裂纹赋存特征及差异，发现了高压辊磨可强化微裂纹产生。揭示了高压辊磨、鄂破及对辊破碎三种破碎方式所获产物的粒径分布、微裂纹赋存量及粒径均匀性均存在显著差异，其中高压辊磨粒径分布分散性更大、平均粒径更小且产物微裂缝更丰富。对比不同高压辊磨压力下产物微裂纹特征，发现4MPa条件下产物微裂纹最为丰富。通过孔隙率表征、微孔比例及比表面积等手段量化对比了不同破碎方式碎石内部孔隙差异，深化认识了不同破碎方式产物的微裂纹赋存特征及差异；2) 探究了不同粒径颗粒生物浸出关键指标差异，分析了微裂纹对强化浸出的作用特征。在-1.7 mm细粒级的生物摇瓶浸出试验中，浸出28天后，各工作压力下的高压辊磨产品的铜浸出率分别比颚破产品和对辊产品提高4.78%~11.83%和11.48%~18.53%；在同一粒级中高压辊磨产品的铜浸出率高于其他两种破碎产品，其中对于3.35-3.7 mm粒级产品的生物柱浸试验，高压辊磨产品浸出57天后的铜浸出率分别比颚破和对辊产品高7.45%~15.43%和1.47%~9.45%；此外，不同破碎方式全粒级生物柱浸51天后，高压辊磨产品的最终铜浸出率比颚破产品高5.13%，比对辊产品高9.23%；3）掌握了生物浸出过程微生物生长特征，获得了优化浸出条件，探讨了生物浸出机理。获得了浸矿细菌优化培养条件，发现了不同破碎方式产物生物浸出过程微生物繁殖差异性，证实了微裂纹强化了生物浸出过程。采用COMSOL Multiphysics软件模拟证实了微裂纹数量增加及宽度加大可强化浸出液浸润碎石内部的特征。通过联系孔隙率、微孔比例及比表面积等数据与铜浸出率的结果，定性分析了微裂纹强化铜浸出的作用机制。通过数学计算，认识了微裂纹强化铜浸出的机制及影响因素。 研究成果将为铜矿石生物堆浸提供新的强化手段，为基于微裂纹的铜矿石强化浸出技术提供理论支撑，有利于提升我国低品位铜矿资源利用技术和工程化水平。