高壓輥磨在銅礦生物浸出中的應(yīng)用前景分析

鐘 文 衷水平， 遲曉鵬 唐 定

（1.福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院，福建 福州 350108；2.紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，福建 上杭 361101）

碎磨作業(yè)一直是整個(gè)選廠的高能耗作業(yè)，約占 選礦廠總能耗的40%～70%，甚至高達(dá)80%［1］。20世紀(jì)70年代，SCHONERT在對巖石的破碎方式研究中，提出了最有效的破碎方式是層壓粉碎?；谶@種原理，SCHONERT等研發(fā)出輥式破碎機(jī)，并率先應(yīng)用于軟礦石和煤礦的破碎［2］。為了增加兩輥之間的壓力，人們用液壓缸對輥式破碎機(jī)進(jìn)行了改造，這就是高壓輥磨機(jī)的前身，并被廣泛用于歐洲的水泥行業(yè)［3］。此后，高壓輥磨機(jī)不斷發(fā)展，在碎磨領(lǐng)域逐漸推廣，并被公認(rèn)為最先進(jìn)的碎磨設(shè)備，具有多碎少磨、節(jié)能減排、節(jié)約鋼耗、碎磨效率高等優(yōu)點(diǎn)［4］。

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，國內(nèi)銅礦的產(chǎn)量難以滿足日益增加的銅的需求，不得不大量依賴進(jìn)口［5］。為了減少對進(jìn)口銅的依賴，從低品位銅礦和廢棄尾礦中獲取銅將是我國銅資源利用的重要途徑之一。低品位銅礦礦石浸染狀況及共生關(guān)系復(fù)雜、嵌布粒度細(xì)，要回收其中的銅礦物，需要提高磨礦細(xì)度使銅礦物充分解離，但是磨礦細(xì)度的提高不僅意味著能耗成本增加，而且采用傳統(tǒng)浮選方法回收時(shí)會(huì)導(dǎo)致藥劑消耗量大、工藝流程復(fù)雜、精礦品位及回收率難以達(dá)標(biāo)等問題。生物堆浸技術(shù)是一種針對低品位復(fù)雜難處理銅礦石的有效處理方法，并已在我國許多礦山得到推廣與應(yīng)用，如我國兩座典型的銅礦生產(chǎn)基地：福建紫金山銅礦、江西德興銅礦均已建立了大型生物堆浸廠［6］。生物堆浸技術(shù)具有成本低、污染小、流程簡單、回收率高等優(yōu)點(diǎn)［7］，這種技術(shù)處理的礦石所需粒度較粗，可省去磨礦準(zhǔn)備作業(yè)，消除了磨礦所需要的能耗。然而，生物堆浸有礦堆浸出周期長、浸出率不高、銅浸出選擇性差、雜質(zhì)元素浸出率高等問題，為此人們在生物、化學(xué)等方面進(jìn)行了大量的研究工作，并且取得了一系列的重要成果。菌群選育［8］、添加劑［9］、溫度、礦石粒度、噴淋制度等已經(jīng)成為生物堆浸常規(guī)的控制手段。礦石性質(zhì)、粒度組成、礦石顆粒間孔隙度和表面微裂紋等物理因素在銅礦生物堆浸過程中對銅的浸出效果也有重要影響?？蒲泄ぷ髡呋诓煌扑榉绞綄ξ⑸锝龅挠绊懸舱归_了相關(guān)研究。高壓輥磨機(jī)作為一種高效節(jié)能的破碎設(shè)備，廣泛應(yīng)用于鐵礦、銅礦以及其他有色金屬礦石的破碎作業(yè)。高壓輥磨機(jī)的使用既降低了磨礦能耗，也提高了精礦指標(biāo)，但在生物浸出工藝中應(yīng)用高壓輥磨機(jī)仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。礦石經(jīng)過高壓輥磨機(jī)破碎后，其破碎產(chǎn)品細(xì)粒級含量高、礦石表面有大量的微裂紋，提高了金屬礦物表面的暴露程度，使浸出液在礦堆內(nèi)部與銅礦物充分接觸，在縮短浸出周期、減少酸耗、提高浸出率等方面具有明顯優(yōu)勢。因此，高壓輥磨機(jī)在銅礦的生物浸出方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 高壓輥磨機(jī)工作原理及優(yōu)勢

1.1 高壓輥磨機(jī)的工作原理

高壓輥磨機(jī)的工作原理是層壓粉碎（如圖1所示），具有高壓、慢速、滿料等特點(diǎn)［10］。由一對相向轉(zhuǎn)動(dòng)的擠壓輥（定輥和動(dòng)輥）、傳動(dòng)裝置、給礦裝置、潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)共同組成［11］。工作時(shí)，礦石從給料口進(jìn)入破碎腔，隨兩輥轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入擠壓區(qū)，在受到定輥和動(dòng)輥擠壓及自身料層重力作用下，礦石顆粒成為應(yīng)力傳遞介質(zhì)，相互擠壓，物料層受到有限空間的巨大擠壓力，礦物顆粒間隙不斷變小并被壓實(shí)，大顆粒內(nèi)部逐漸產(chǎn)生大量微裂紋，當(dāng)壓力達(dá)到一定程度后，礦石料層中的大顆粒物料沿微裂紋破碎成小顆粒物料，并被擠壓成料餅，最后從兩輥的底部排出。實(shí)驗(yàn)研究表明，由于層壓粉碎在純壓力作用下，其能量傳遞效率高于單純的壓力、沖擊力和剪切力，層壓粉碎也就比壓碎、磨碎、折碎和擊碎等外力作用造成的粉碎效果好［12］。

1.2 高壓輥磨機(jī)的優(yōu)勢

1.2.1 節(jié)能優(yōu)勢

不同于傳統(tǒng)破碎機(jī)或滾筒式磨機(jī)中常見的以沖擊和研磨使礦石產(chǎn)生破碎，高壓輥磨機(jī)是基于層壓粉碎原理使礦石得到充分破碎［13］。因此高壓輥磨機(jī)比傳統(tǒng)破碎機(jī)和磨機(jī)的能效高20%～50%，具有更高的生產(chǎn)率、更低的運(yùn)行成本和潛在的改進(jìn)空間［14］。此外，高壓輥磨機(jī)破碎對礦石具有預(yù)弱化作用［15］，微裂紋的產(chǎn)生改變了礦石的力學(xué)性質(zhì)，節(jié)約了大量使礦石進(jìn)一步磨細(xì)所需要的能耗。高壓輥磨機(jī)破碎產(chǎn)品細(xì)粒級含量高也使得在對礦石進(jìn)一步磨細(xì)時(shí)不需要太多能量。在破碎流程中加入高壓輥磨機(jī)作為終碎作業(yè)，可以有效減小礦石入磨粒度，節(jié)約大量后續(xù)磨礦作業(yè)的能量消耗，以實(shí)現(xiàn)“多碎少磨”或“以碎代磨”的目標(biāo)。表1［16］是來自澳大利亞昆士蘭大學(xué)的關(guān)于不同巖石在不同粉磨方式下的能耗對比。從表1可以發(fā)現(xiàn)不同巖石利用高壓輥磨+球磨的方式比直接使用球磨的方式節(jié)能效果非常顯著。由于高壓輥磨機(jī)破碎產(chǎn)品物料粒度小，減小了球磨機(jī)的入磨粒度，從而大大減小了磨礦所需要的能耗。

1.2.2 技術(shù)指標(biāo)優(yōu)勢

由于獨(dú)特的粉碎方式，高壓輥磨機(jī)選擇性破碎［17］效果明顯，晶界破碎行為產(chǎn)生大量晶界微裂紋，提高了礦物單體解離度，更多的金屬礦物暴露在表面，有利于后續(xù)的分選作業(yè)。大量研究表明，不管是常規(guī)的選礦方式還是生物浸出或是氰化浸出，高壓輥磨破碎產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)均比傳統(tǒng)破碎方式好。袁致濤等［18］對比了不同破碎方式下齊大山鐵礦粉碎產(chǎn)品的單體解離特性，結(jié)果表明-0.5 mm粒級高壓輥磨產(chǎn)品單體解離度比顎式破碎機(jī)高15.16個(gè)百分點(diǎn)，不同磨礦細(xì)度下磨礦產(chǎn)物的鐵礦物的單體解離度比顎式破碎機(jī)高0.98～5.55個(gè)百分點(diǎn)。印萬忠等［19］采用“高壓輥磨機(jī)破碎—球磨—浮選”后粗精礦銅的回收率比“常規(guī)破碎—球磨—浮選”工藝提高了4.25～5.95個(gè)百分點(diǎn)。易南概等［20］研究了靜壓粉碎、沖擊粉碎和球磨粉碎對金礦石氰化浸出的影響，研究表明，在相同的產(chǎn)品粒度條件和相同浸出條件下，靜壓粉碎產(chǎn)品的金浸出效果更好。謝洪珍等［21］對國外某金礦石進(jìn)行了高壓輥磨和常規(guī)破碎產(chǎn)品的氰化試驗(yàn)對比，結(jié)果表明，采用全泥氰化工藝，高壓輥磨產(chǎn)品在金浸出率上沒有優(yōu)勢，金浸出率由89.80%降為79.88%，而采用堆浸工藝，則經(jīng)高壓輥磨后，金浸出率比常規(guī)破碎樣品有較大幅度的提高，從53.85%升至79.88%。林煒［22］對澳洲某低品位金礦石分別經(jīng)高壓輥磨破碎和常規(guī)破碎后進(jìn)行制粒柱浸，高壓輥磨機(jī)破碎效率高，產(chǎn)品細(xì)粒級含量高，-0.5 mm粒級產(chǎn)率比常規(guī)破碎機(jī)高20個(gè)百分點(diǎn)，金浸出速率和浸出率明顯優(yōu)于常規(guī)破碎產(chǎn)品，采用“高壓輥磨—制粒堆浸”經(jīng)濟(jì)效益比常規(guī)破碎機(jī)高13.7元/t，提升了利潤空間。

2 高壓輥磨機(jī)在常規(guī)選礦廠中的應(yīng)用現(xiàn)狀

高壓輥磨機(jī)由于其較高的破碎效率和強(qiáng)大的處理能力使其在鐵礦、貴金屬礦山、有色金屬礦山等的常規(guī)選礦廠得到大量應(yīng)用。

2.1 鐵礦行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀

我國礦山應(yīng)用高壓輥磨機(jī)較晚，高壓輥磨機(jī)一開始只是應(yīng)用于水泥行業(yè)。近幾年，高壓輥磨機(jī)的優(yōu)勢逐漸被人們所知，越來越多的鐵礦山采用高壓輥磨機(jī)作為細(xì)碎或超細(xì)碎設(shè)備，不僅實(shí)現(xiàn)了低品位鐵礦石預(yù)先拋尾，降低了磨機(jī)入磨粒度，而且大幅度提高了磨機(jī)處理能力，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

馬坑鐵礦原采用三段一閉路破碎，干式預(yù)選拋尾，階段磨礦—階段選別—磁選柱中礦自循環(huán)工藝。2014年進(jìn)行高壓輥磨機(jī)及濕式預(yù)選擴(kuò)產(chǎn)改造設(shè)計(jì)，2018年上半年建成投產(chǎn)，改造后工藝為“高壓輥磨—階段磨礦階段選別—磁選柱自循環(huán)”，產(chǎn)能由350萬t/a擴(kuò)建到500萬t/a。高壓輥磨機(jī)選用DLM200160作為終碎設(shè)備，工作壓力為10 MPa。采用高壓輥磨機(jī)后，鐵礦石入磨粒度由原來的-10 mm降低到-3 mm以下，并對輥壓產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)選拋尾，減少了44%的入磨礦量，提高了磨機(jī)處理能力、降低了磨礦能耗。

河北某超貧磁鐵礦選礦廠［23］對細(xì)碎產(chǎn)品的磁滑輪干選改造為懸浮式干選機(jī)干式預(yù)選，增設(shè)了“懸浮式干式預(yù)選—高壓輥磨—懸浮式干式再選”系統(tǒng)，并將原與一段球磨機(jī)組成閉路的直線振動(dòng)篩改造為旋流器組，改造后，入磨礦量減少了16.70%，磨選系統(tǒng)給礦中-0.074 mm、-1 mm粒級含量分別提高了15.54和32.97個(gè)百分點(diǎn)，礦石的可磨性提高，磁性鐵含量提高至28.32%，干拋尾礦磁性鐵含量明顯低于改造前，精礦細(xì)度雖然由-0.074 mm占75%下降至67%，但精礦鐵品位較改造前提高了2.18個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)到了65.66%。

2.2 貴金屬及有色金屬行業(yè)

高壓輥磨機(jī)出色的破碎性能同樣得到了貴金屬及有色金屬行業(yè)的青睞。俄羅斯的Zapadnoye金礦［24］是全球首家成功應(yīng)用高壓輥磨機(jī)的黃金礦山，每年處理礦石100萬t，選廠采用1臺輥徑為1.0 m、輥寬為0.9 m的高壓輥磨機(jī)作為第三段破碎作業(yè)，驅(qū)動(dòng)功率為2×400 kW，原礦先采用顎式破碎機(jī)破碎至-100 mm后，進(jìn)入到反擊式破碎機(jī)與振動(dòng)篩構(gòu)成的回路作業(yè)，控制粒度為-20 mm，最后進(jìn)入高壓輥磨機(jī)的細(xì)碎作業(yè)。

近些年來，高壓輥磨機(jī)由于處理能力大，在銅礦石破碎方面也得到了廣泛的應(yīng)用，許多礦山采用高壓輥磨機(jī)用于細(xì)碎或超細(xì)碎作業(yè)。如哈薩克斯坦的Kasachsmys銅礦［24］用輥徑1 700 mm、輥寬 1 400 mm的高壓輥磨機(jī)作為細(xì)碎作業(yè)，處理量達(dá)到了1 000 t/h。秘魯Cerro Verde銅鉬礦細(xì)碎作業(yè)采用4臺輥徑2 400 mm、輥寬1 650 mm的高壓輥磨機(jī)，單臺處理量高達(dá)2 500 t/h。印度尼西亞的PTFree port銅金礦用2臺輥徑2 000 mm、輥寬1 500 mm的高壓輥磨機(jī)進(jìn)行礦石的超細(xì)碎，單臺處理能力為1 450 t/h。西澳的Spinifex Ridge鉬銅礦（2 000萬t/a），加拿大Snowfield銅金鉬礦（12 萬t/d）和Morrison銅金礦（3 萬t/d）等［25］，在碎磨作業(yè)采用了高壓輥磨機(jī)后都取得了較好的效果，有效提高了處理能力，入磨粒度降低，節(jié)約了磨礦成本。

通過引入高壓輥磨機(jī)對原有破碎流程進(jìn)行工藝改造，也為企業(yè)節(jié)約了大量生產(chǎn)成本。河南欒川某有色金屬選礦廠［11］對碎磨流程進(jìn)行了升級改造，采用了2臺GM160-140型高壓輥磨機(jī)作為超細(xì)碎設(shè)備，提高了破碎系統(tǒng)破碎比，使球磨機(jī)入磨粒度由-12 mm降低到-6 mm，礦石邦德功指數(shù)由13.78 kW·h/t降低到11.84 kW·h/t，磨浮系統(tǒng)電耗降低5.5 kW·h/t，整個(gè)選礦廠累計(jì)電耗降低3.2 kW·h/t，原礦選礦成本降低5.7元/t，為企業(yè)節(jié)省了大量磨礦成本。

3 高壓輥磨在銅礦生物浸出的應(yīng)用前景分析

對于傳統(tǒng)選礦廠而言，高壓輥磨機(jī)在降低磨礦能耗，實(shí)現(xiàn)“多碎少磨”的目標(biāo)上顯示出巨大的優(yōu)勢，得到了大量的工業(yè)應(yīng)用，但是在生物堆浸廠，尤其是低品位銅礦的生物堆浸廠卻無應(yīng)用案例。銅礦的生物堆浸不存在磨礦作業(yè)，節(jié)省了磨礦成本，礦石只需要簡單的破碎就可以進(jìn)行筑堆生產(chǎn)，但銅礦生物堆浸存在浸出周期長、浸出率低等缺點(diǎn)。

已有研究表明，高壓輥磨機(jī)可以提高金礦的浸出率。如Kowsky等利用高壓輥磨機(jī)對內(nèi)達(dá)華州和南非的半難選金礦進(jìn)行研究，結(jié)果表明，與常規(guī)破碎方式相比，經(jīng)過高壓輥磨機(jī)破碎后，金的浸出效果更好，特別是粗粒級部分。高壓輥磨機(jī)可以提高生物浸出中銅的浸出率也被大量報(bào)道［26-27］。高壓輥磨機(jī)對銅礦生物浸出的強(qiáng)化作用主要是由于其破碎產(chǎn)品特性與傳統(tǒng)的顎式破碎機(jī)不同。高壓輥磨破碎產(chǎn)品通常細(xì)粒級含量高，礦石顆粒含有微裂紋的比例多，如圖2所示。微裂紋增加了銅礦物的暴露程度，從而提高生物浸出中的銅浸出率。因此，高壓輥磨機(jī)在銅礦生物浸出工業(yè)具有很好的應(yīng)用前景。

3.1 礦石粒度對浸出的影響

硫化礦細(xì)菌浸出過程中，礦石粒度會(huì)直接影響到細(xì)菌的氧化活性和浸出效果［28］。礦石給料粒度越細(xì)，不僅將包裹在脈石礦物中的金屬礦物暴露出來，而且增加了礦石顆粒的比表面積，持液能力也得到加強(qiáng)，在浸出過程中，越有利于浸出液與礦石顆粒反應(yīng)，從而提高目的礦物的浸出率［29］。尹升華等［30］利用搖瓶浸出不同粒度的次生硫化銅礦，結(jié)果表明溶液pH變化與礦石粒度成反比，較大粒度的礦石溶液pH變化比較小粒度的礦石溶液pH變化大，浸礦初期礦石粒度對細(xì)菌濃度影響不明顯，浸礦后期，細(xì)菌濃度與礦石粒度成反比。李凱等［31］對西藏玉龍次生硫化銅礦展開不同粒級柱浸試驗(yàn)，結(jié)果表明在不影響滲濾性和透氣性的條件下，粒度越小，浸出率越高。高壓輥磨機(jī)破碎產(chǎn)品粒度較細(xì)，細(xì)粒級顆粒可以通過提高金屬礦物的暴露程度，提高礦石的持液能力，從而增強(qiáng)浸出效果。唐遠(yuǎn)等［29］測試了不同破碎方式的破碎產(chǎn)品的飽和含水率和BET比表面積和BJH孔隙度，結(jié)果表明：+6.70 mm和0.15～6.70 mm粒級高壓輥磨機(jī)破碎產(chǎn)品比常規(guī)顎式破碎機(jī)破碎產(chǎn)品的飽和含水率分別高了4.33和8.69個(gè)百分點(diǎn)。在礦石的生物攪拌浸出中，礦石顆粒與浸出液具有較好的接觸環(huán)境，高壓輥磨機(jī)的產(chǎn)品粒度較細(xì)，比表面積大，持液能力強(qiáng)，有利于浸出劑與礦物接觸，加快目的礦物溶解于浸出劑中。而在生物堆浸中，并不是粒度越細(xì)越好，當(dāng)?shù)V石粉礦含量超過20%，則會(huì)影響堆浸整體的滲透性能，進(jìn)而會(huì)影響浸出效果。需要根據(jù)礦石性質(zhì)合理調(diào)節(jié)高壓輥磨機(jī)工作參數(shù)，在不影響滲透性能的情況下適當(dāng)減小礦石粒度，避免產(chǎn)生過多的粉礦。

3.2 微裂紋對浸出的影響

礦石在受在到外力作用時(shí)，其表面及內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生微裂紋［32］。礦石的微裂紋可分為自然形成的微裂紋和后天形成的微裂紋［33］。自然形成的微裂紋是由于地質(zhì)作用，礦石在發(fā)育過程中其內(nèi)部自然形成的裂紋，稱為應(yīng)力裂紋；在開采、碎磨過程中，礦石受到外力作用而產(chǎn)生的微裂紋又可分為晶內(nèi)裂紋和解離裂紋，晶內(nèi)裂紋比應(yīng)力裂紋更寬、更長，在礦物內(nèi)部形成，而解離裂紋是在不同礦物表面之間形成。解離裂紋和晶內(nèi)裂紋均是以應(yīng)力裂紋為基礎(chǔ)形成的［34］。

礦石顆粒是一種非連續(xù)、非均質(zhì)、各向異性體，在破碎過程中，礦石受到外力作用產(chǎn)生的微裂紋和微孔隙的形態(tài)、結(jié)構(gòu)等特征參數(shù)直接影響浸出液向礦石內(nèi)部滲透和擴(kuò)散。PETERSEN［35］認(rèn)為在很多的生物浸出過程中，實(shí)際上是氣液傳質(zhì)或礦石性質(zhì)限制了金屬礦物的浸出速率。堆浸體系是由礦石顆粒、孔隙、可動(dòng)溶液與不可動(dòng)溶液、溶液非飽和區(qū)與溶液飽和區(qū)共同組成［36］，飽和區(qū)的溶質(zhì)較多，浸出效果更強(qiáng)［37］。用于生物堆浸的銅礦的品位一般比較低，脈石礦物占很大一部分，很多銅礦物被脈石包裹，導(dǎo)致浸出液無法與金屬礦物接觸。減小礦石粒度可以將這部分被包裹的銅礦物打開，但使礦石粒度減小需要大量的能量消耗，成本較高，而且粒度太小，又會(huì)阻礙浸出液的滲透能力，導(dǎo)致浸出效果差。基于層壓粉碎原理，高壓輥磨機(jī)在工作時(shí)，礦石受到強(qiáng)大的擠壓力沿著晶界破碎，該過程產(chǎn)生了大量的微裂紋。微裂紋在生物浸出過程的作用如圖3所示。銅礦堆浸過程中，浸出液首先與完全暴露的銅礦物反應(yīng)，然后是部分包裹或不完全解離的銅礦物，最后則是包裹在內(nèi)而又通過微裂紋與表面相連的顆粒。GHORBANI等［38］也證實(shí)了含有微裂紋的礦石浸出反應(yīng)區(qū)包括顆粒表面和與微裂紋相連的次表面區(qū)，而不含微裂紋的顆粒反應(yīng)區(qū)僅限于顆粒表面。高壓輥磨破碎產(chǎn)品通過微裂紋來增加銅礦物的暴露面積，使銅礦物與浸出液接觸幾率增大，提高了銅的浸出效果。KODALI等［39］利用X-CT發(fā)現(xiàn)與顎式破碎機(jī)相比，氧化銅礦在高壓輥磨機(jī)的破碎下表現(xiàn)出更高的暴露程度，柱浸實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明高壓輥磨破碎產(chǎn)品的銅浸出率比顎式破碎機(jī)破碎產(chǎn)品的銅浸出率高。一般來說，微裂紋越大，越豐富，對提高金屬浸出率越明顯。YIN等［40］構(gòu)建了基于微裂紋的金礦浸出模型，該模型涉及微裂紋的長度、寬度、深度等特性，通過模型定量地分析了微裂紋對金礦浸出的強(qiáng)化作用。CHEN等［41］基于該模型預(yù)測了當(dāng)銅礦的浸出率達(dá)到90%時(shí)，顎式破碎機(jī)破碎產(chǎn)品需要83.9 d，而高壓輥磨機(jī)破碎的產(chǎn)品只需要73.3 d，有效縮短了浸出周期。

根據(jù)縮核反應(yīng)模型［42］，浸出過程中礦石的浸出反應(yīng)是由外向內(nèi)逐漸推進(jìn)的過程，其反應(yīng)速度受浸出液與礦物表面接觸的化學(xué)反應(yīng)速度（反應(yīng)控制）和浸出液在礦石表面的擴(kuò)散速度（擴(kuò)散控制）影響。由于毛細(xì)作用，浸出液可以在沒有外力作用的情況下通過細(xì)小裂隙擴(kuò)散向礦石內(nèi)部擴(kuò)散。因此，礦石因破碎產(chǎn)生的微裂紋和微孔隙可以提高浸出液在礦堆內(nèi)部的滲透和擴(kuò)散速率，改善浸出過程中的氣液傳質(zhì)，對浸出介質(zhì)的遷移性能及各種元素的浸出動(dòng)力學(xué)性能產(chǎn)生顯著影響。利用X-CT觀測氧化銅礦在浸出過程中礦石顆粒的溶解過程，發(fā)現(xiàn)在高壓輥磨機(jī)破碎后含有微裂紋的顆粒溶解速度明顯更快［39］，該過程既加快了反應(yīng)速率，又在一定程度上加快了擴(kuò)散速率。CHEN等［41］統(tǒng)計(jì)了高壓輥磨破碎產(chǎn)品和顎式破碎產(chǎn)品銅礦石中含有微裂紋的比例，發(fā)現(xiàn)高壓輥磨機(jī)破碎產(chǎn)品含有微裂紋礦石顆粒的比例比顎式破碎機(jī)高0.84%～5.19%。搖瓶浸出實(shí)驗(yàn)和柱浸實(shí)驗(yàn)表明高壓輥磨機(jī)破碎產(chǎn)品銅浸出率比顎式破碎機(jī)分別提高了6.9和12.2個(gè)百分點(diǎn)。

微生物在礦石表面的附著在礦物溶解過程中起重要作用［43］。生物群落處于復(fù)雜的動(dòng)態(tài)演替過程，微裂紋改變了礦石顆粒的表面狀態(tài)，改變了微生物的生存環(huán)境，可能使礦石表面微生物的附著狀態(tài)和菌落組成都發(fā)生明顯的變化。Rojas-Chapanae等［44］發(fā)現(xiàn)浸礦細(xì)菌傾向于附著在可見的缺陷和位錯(cuò)部位，例如裂縫和晶界。微裂紋增加了礦石顆粒的這種可見缺陷并暴露出更多的金屬礦物，為微生物提供了更大的附著位點(diǎn)，更快地將二價(jià)鐵氧化再生為三價(jià)鐵。此外，這些缺陷通常含有大量的應(yīng)變能，當(dāng)釋放出這些應(yīng)變能時(shí)，對氧化過程中的微生物是有用的，在含有這種應(yīng)變能的缺陷處，氧化速率預(yù)計(jì)會(huì)更高［45-46］，浸出率也得到提高。

4 總結(jié)和展望

高壓輥磨機(jī)采用層壓粉碎原理，決定了破碎產(chǎn)品具有細(xì)粒級含量高，解離程度更大，產(chǎn)生大量的微裂紋的特點(diǎn)，在節(jié)省磨礦能耗和提高技術(shù)指標(biāo)等方面表現(xiàn)出巨大優(yōu)勢。由于處理能力大、破碎比大、細(xì)粒級含量高，高壓輥磨機(jī)得到了各大礦山的青睞，在鐵礦、貴金屬及有色金屬等礦山的傳統(tǒng)選礦廠得到了廣泛的應(yīng)用，有效降低了磨機(jī)入磨礦粒度和礦石可磨度，為企業(yè)節(jié)約了大量能耗成本但是在生物堆浸方面尤其是銅礦的生物堆浸廠幾乎沒有工業(yè)應(yīng)用的報(bào)道。高壓輥磨機(jī)破碎產(chǎn)生大量的細(xì)粒級的物料和在礦石表面產(chǎn)生了豐富的微裂紋，增大銅礦物的暴露程度，促進(jìn)了微生物在礦物表面的附著，縮短浸出周期，提高銅的浸出率?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，高壓輥磨機(jī)在銅礦的生物堆浸方面具有巨大的應(yīng)用前景。

但是高壓輥磨在銅礦生物堆浸的應(yīng)用還需要解決以下幾個(gè)問題：

（1）高壓輥磨機(jī)處理量大，輥面易磨損，降低了輥面的使用壽命。需要優(yōu)化高壓輥磨機(jī)工作參數(shù)，調(diào)整破碎工藝流程，解決輥面使用壽命問題。

（2）高壓輥磨機(jī)破碎比大，破碎效率高，但難免會(huì)出現(xiàn)大量粉礦，粉礦過多，直接堆浸則會(huì)惡化浸出液的滲透性能，使浸出液無法進(jìn)入礦堆內(nèi)部，反而使浸出率下降。需要評估粉礦含量對浸出液在礦堆中滲透能力的影響，解決高壓輥磨機(jī)粉礦過多的問題。

（3）與常規(guī)破碎方式相比，高壓輥磨機(jī)能在礦石表面產(chǎn)生大量的微裂紋，微裂紋可以促進(jìn)浸出液的滲透和擴(kuò)散能力，從而達(dá)到提高銅的浸出率的作用。高壓輥磨機(jī)涉及多個(gè)參數(shù)，如工作壓力、輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速、排礦口寬度等，都會(huì)對微裂紋形成產(chǎn)生影響，需要研究微裂紋的形成規(guī)律和機(jī)制，探索微裂紋形成的最佳工藝參數(shù)。

（4）高壓輥磨機(jī)對銅礦生物浸出的強(qiáng)化作用尚處于研究階段。生物浸出涉及多個(gè)因素，需要對高壓輥磨機(jī)應(yīng)用于銅礦生物堆浸進(jìn)行多方面分析，如需要對筑堆方式、噴淋制度、溫度等對銅礦浸出的影響進(jìn)行重新評估。