当前金属矿石的加工过程主要依靠机械应力破碎,通过对矿石进行冲击、刮削、剪切以及研磨以此来实现金属矿石的解离。然而,机械破碎过程普遍存在粉尘大、噪音污染严重、能耗高以及机械钻具耐磨性差等缺点。因此,亟需一种新型矿石破碎方法来弥补机械破碎方法所带来的不足,即高电压脉冲预处理破碎方法。该方法首先对目标矿物进行高电压脉冲预处理,然后再采用机械应力破碎法进行破碎。其原理是通过输入高电压脉冲作用于矿石表面,由于矿石内的有用矿物和脉石矿物的电学特性、化学结构等差异明显,在矿物晶体分界面处形成类似树状体结构的等离子体通道,并且在通道周围产生等离子体爆炸、热应力膨胀等复杂物理化学反应,从而达到分离有用矿物与脉石矿物的效果。本课题首先就传统破碎矿石方法以及高电压脉冲预处理方法作出介绍,简要概述破碎原理,对比分析各自的优缺点。紧接着详细地介绍高电压脉冲预处理破碎方法的理论基础,即脉冲功率技术。然后,在高电压脉冲破碎固体电介质机理研究方面,利用计算机模拟脉冲放电发展软件HV-LAB对固-液混合电介质三维模型进行放电发展仿真,仿真结果直观地展示了固-液混合电介质内部等离子体通道产生和发展的全过程以及通道内能量、功率、电压以及电流等参数随时间的变化关系,为后续高电压脉冲破碎金属矿石实验提供一定的理论参考。之后,相关章节对高电压脉冲破碎金属矿石设备的设计与研制进行介绍,主要内容包括:高电压脉冲充电电源、改进型Marx发生器、双火花开关、放电电极以及放电腔体等。设备主要性能指标:理论输出脉冲电压为0～160k V,实测输出脉冲电压为0～360k V,单次脉冲能量为0～1.944k J,输出脉冲上升沿时间约为250ns,输出脉冲频率约为0.2～5Hz,单次破碎矿石重量宜为200～500g。最后,利用所研制的高电压脉冲放电设备进行金属矿石破碎实验。实验结果表明:与未经高电压脉冲预处理直接进行机械破碎相比,高电压脉冲预处理技术能有效提高有用矿物的单体解离度,提高破碎产品的各粒级产率,且有助于提高磨矿效率。从经济、社会以及环境效益的角度考虑,高电压脉冲预处理破碎矿石方法无疑是当前较好的选择,它不仅能避免有用矿物资源的浪费,能量可控,节约成本,而且整个破碎矿石过程无污染产生。因此,本文所开展的一系列工作具有一定的实际工业应用价值与科学意义。