高鋁研磨瓷球在有色金屬礦山應用的可行性研究

劉小平

（江西銅業集團有限公司德興銅礦）

中國經濟正步入新常態，在礦業需求放緩的大背景下，全行業正面臨著巨大的挑戰，創新、創造需求旺盛，通過新技術、新成果的應用實現降本增效是礦業發展的必由之路。

有色金屬礦山選礦廠電耗占總電耗的70%～80%，磨礦電耗又占選礦廠電耗的70%左右[1-8]。因此，降低磨礦作業電耗是有色礦山節能降耗的有效途徑。降低磨礦作業電耗的方法除了傳統的“多碎少磨”外，江銅集團旗下的德興銅礦、銀山礦業、永平銅礦以及貴溪冶煉廠的各選礦廠均開展了高鋁研磨瓷球替代或部分替代鉻鋼球工業試驗。

1 高鋁研磨瓷球

高鋁研磨瓷球的主要成分是優質氧化鋁，含量超過90%。高鋁研磨瓷球制作工藝步驟包括原料研磨、合格漿料高壓噴射制粒、真空鍛壓成型、加強顆粒間的粘合度翻炒、成型坯料干燥、隧道窯燒制、自然冷卻等。以95高鋁研磨瓷球（氧化鋁含量95%）為例，其主要技術參數氧化鐵含量≤0.2%、吸水率≤0.01%、體積密度≥3.65 g/cm3、抗壓強度≥2 200 MPa、莫氏硬度高達9以上。因氧化鋁是惰性材料，具有耐腐蝕、耐高溫、無污染等特點，在酸性或者堿性及選礦藥劑的高腐蝕條件下高鋁研磨瓷球的性質依然穩定，且具有高強度、高硬度、高耐磨性等特點。與鉻鋼球相比，高鋁研磨瓷球的密度小一半以上，相同體積下質量輕一半以上，球磨機因負荷減輕而節電。高鋁研磨瓷球的這種特點表明，其更適用于立式磨機和二段細磨。

2 應 用

在江銅集團科技部的組織下，下屬德興銅礦泗洲選礦廠、銀山礦業、永平銅礦、貴溪冶煉廠選礦車間開展了二段磨礦介質替換試驗。

（1）泗洲選礦廠二期日處理原礦2萬t。二段再磨采用?2.1 m×3.0 m溢流型球磨機，有效容積9 m3，最大充填率35%；?250 mm旋流器用于預先分級，?350 mm旋流器用于檢查分級。

試驗前二段磨礦采用?35 mm的鉻鋼球介質，鉻鋼球密度為7.8 g/cm3、充填率約為32%、裝球約15 t、鉻鋼球單耗約0.028 kg/t、電力單耗約0.20 kWh/t，分級總溢流-200目約89%、-400目約45%。試驗選擇95高鋁研磨瓷球，初裝高鋁研磨瓷球?15，?25，?35 mm質量比為3∶4∶3，補加?25，?35 mm瓷球。

充填率試驗發現，球磨機充填率只有接近35%才能保持原分級總溢流細度，并確保后續浮選指標不下降。但這種質量輕的高鋁研磨瓷球的高充填率導致球磨機出現“吐球”現象，影響旋流器的正常工作，在球磨機溢流口增加篩網后才得以解決。通過半年的生產調試、優化，使用高鋁研磨瓷球情況下的電力單耗約0.084 kWh/t、高鋁研磨瓷球單耗約0.005 kg/t，分別較鉻鋼球下降58%和82%，節能降耗效果明顯，經濟效益顯著。

（2）銀山礦業采用SABC流程（半自磨＋球磨＋頑石破碎），半自磨機規格?7.0 m×3.5 m，排礦經圓筒篩分級，頑石經GP100型圓錐破碎機破碎后返回再磨，篩下進入一段閉路磨礦分級系統（?4.8 m×7.0 m溢流型球磨機+?660 mm旋流器），旋流器溢流（-200目約65%、+80目約10%）進入銅硫混合浮選作業，混合浮選粗精礦進入二段閉路磨礦分級系統（VTM-800型立磨機+?350 mm旋流器），旋流器溢流（-325目約81%、+200目3%～6%）進入銅硫分離浮選系統。

磨礦介質替換試驗在立磨機中進行，其內徑3.05 m、高4.77 m、容積32 m3、裝機功率600 kW。原鉻鋼球介質充填率31%，裝球51 t，分級溢流-325目約81%。試驗選擇92高鋁研磨瓷球，在初裝高鋁研磨瓷球?12，?20，?25 mm質量比為1∶5.6∶5，一次性加球34 t，充填率為45%，每天補加?20 mm高鋁研磨瓷球75 kg的情況下開始正式試驗。生產正常后電力單耗由1.17 kWh/t下降至0.66 kWh/t，介質成本由1.09元/t下降至0.35元/t，節能降耗效果明顯，經濟效益顯著。

（3）永平銅礦選廠的?3.2 m×4.5 m溢流型球磨機與?350 mm旋流器組成閉路磨礦系統。試驗進行了金屬球+橡膠襯板（提升條高度10 cm）、95高鋁研磨瓷球+95陶瓷襯板、95高鋁研磨瓷球+新型橡膠襯板（提升條高度3 cm）對比試驗，穩定期的生產指標見表1。

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從試驗情況看，橡膠襯板使用周期可達1.5 a；95陶瓷襯板在使用半年左右后存在脫落現象；新型橡膠襯板實現了高鋁研磨瓷球運動軌跡由原偏于泄落方式變成泄落+拋落均衡方式，磨礦介質的運動軌跡更加合理，產品-10μm粒級（難選粒級）和+106μm粒級含量有所下降，適合分選粒級含量明顯上升，銅回收率提高了1.22個百分點，磨礦介質單耗下降了57%，電力單耗下降了66%，不僅節能降耗效果顯著，而且提高了銅回收率。因此，95高鋁研磨瓷球+新型橡膠襯板組合具有明顯的優越性。

（4）貴溪冶煉廠選礦車間處理能力6 000 t/d，采用緩冷+半自磨+球磨+浮選工藝每年從冶煉渣中回收銅超過3萬t，2臺?5.2 m×5.2 m半自磨機和2臺?5.03 m×8.3 m球磨機（選用一個系列為試驗組，另一個為對比組）。高鋁研磨瓷球試驗前球磨機裝鉻鋼球約245 t，球磨機電流250 A，鋼球充填率28.2%，鉻鋼球單耗0.55 kg/t。試驗選用95高鋁研磨瓷球替代部分鉻鋼球，當高鋁研磨瓷球與鋼球質量比為7∶3時，能滿足生產粒度要求。此時，球磨機電流200 A，電力單耗下降3～4 kWh/t，瓷球單耗0.249 kg/t，較鉻鋼球單耗下降了55%，節能降耗效果明顯。

3 結 論

江銅集團旗下3個礦山、一個冶煉廠的生產實踐表明，高鋁研磨瓷球在有色金屬礦山以“研磨為主”的磨礦作業應用是可行的，能充分發揮瓷球耐腐蝕、高強度、高硬度、高耐磨性、質量輕等特點，不僅能改善磨礦產品的粒度分布，降低磨礦介質的消耗，還能大幅度降低電耗，降本增效效果顯著。