陶瓷材料在選礦車間的研究與應用

唐仕坤，李鎮宏，馮永豪，金宏星，胡 華

（云南華聯鋅銦股份有限公司，云南文山 663701）

0 引言

選礦車間每日礦處理量大，由眾多的管道連接著各生產工藝，如人體之血管，泵就如心臟，源源不斷地為礦漿的輸送提供能量。閥作為控制礦漿的樞紐，控制礦漿的流量和流向，但由于輸送的為固液混合礦漿，沖擊力大，對泵體和閥體的磨損較大，需要經常進行維修，加上日常操作人員對泵的日常維護不到位等因素，導致泵體閥體損傷加重。因此，泵和閥的維修更換成為車間維修中一個重要環節，且選礦車間擁有大量各種各樣的泵和閥，因此維修成本、人力成本和時間成本較高，其中某些泵更是車間的主要設備，關乎車間是否能正常運轉。車間原半自磨圓筒篩下料梭槽材料為進口鋼板，由于礦漿沖刷量大、使用壽命短，又屬于受限空間和交叉作業，更換需要大量的人力物力，維護困難，影響車間生產正常運行。2013 年至2020 年，某選礦車間更換各類型渣漿泵過流件成本為564.37 萬元，更換各類型閥體成本為2262.30 萬元，采購進口鋼板166.99 萬元。因此，為提高車間設備設施運行的穩定性，減少停機時間和維護成本，耐磨耐腐蝕的陶瓷材料的在車間應用，就顯得尤為重要。

1 陶瓷材料概述

1.1 高性能陶瓷材料應用前景

陶瓷材料是新材料中的重要分支，在能源、機械、冶金、汽車以及石油化工等各個行業發揮著重要作用，成為工業技術發展中不可或缺的關鍵材料。隨著社會經濟市場的快速發展和國民經濟水平的不斷提升，工業企業的技術水平也在不斷發展和提升，各個行業都迫切的需要大量的高性能陶瓷材料，因此市場前景較為廣闊。陶瓷材料一般情況下分為結構陶瓷、功能陶瓷，有的還分為陶瓷涂層以及陶瓷復合材料等。目前使用較為廣泛的主要是以結構陶瓷和功能陶瓷為主，其中結構陶瓷的優勢是耐磨性較強、強度較高，在熱機部件、耐磨部件等領域中具有較為廣泛的應用。陶瓷材料在多個領域中都得到了廣泛應用，尤其是在高新技術領域，陶瓷材料在其中發揮著非常關鍵的作用。除了上述特點，功能陶瓷還被廣泛應用在航空航天、建筑化工等領域，是化工企業主要的四大類材料之一。作為高性能陶瓷的基礎材料，陶瓷粉料也是其重要的組成部分，在特種陶瓷中有著重要作用和價值。

1.2 高性能陶瓷材料性能特點

高溫陶瓷材料的使用溫度一般為1400～1500 ℃，超高溫的材料能夠達到1800 ℃以上，主要包含過渡金屬的硼化物、碳化物以及石墨、氮化硼等。高溫陶瓷材料主要的優勢是熔點較高，具備超高溫耐腐蝕性及超高溫穩定性，在國防、航天以及容器保護中應用廣泛。目前加強了對Si—B—C—N 超高溫陶瓷材料的研究，主要應用于超高溫涂層材料，制備工藝主要是有機前驅體法，但是因為對超高溫穩定機理的理解還需要進一步的加深和研究，其操作嚴格、成本較高。因此，加強對新的制備工藝技術的研究，深入探討超高溫穩定化機理將成為未來研究的重要方向和內容。

1.3 陶瓷材料成為支柱產業的關鍵新材料

功能陶瓷主要是以電、光、化學、熱等信息的檢測和耦合等功能為主要特征的陶瓷材料，目前被廣泛的應用在信息檢測、信息轉化以及信息儲存領域，也是信息技術基礎元器件的重要組成，有效的助推了高新技術產業的發展，扮演著不可或缺的角色。另外在小型化和便攜式的電子產品生產中，功能陶瓷也得到了較為廣泛的應用，尤其是在電子陶瓷和元器件新產品、新技術的研發中，投入量較大，也是目前競爭較為激烈的應用領域。每年有大量的新型功能陶瓷材料被研究出來，在工業企業中得到廣泛應用，使用價值較高。

現階段國民經濟快速發展，現代制造業已經成為社會經濟市場發展中最為重要的領域之一，現代制造業對材料的需求也越來越迫切。以工業企業為例，陶瓷材料的優勢較為明顯，在其應用過程中不僅能夠有效改善工業車間器件易損壞的情況，并且還延長了設備的使用壽命，尤其是對車間所使用的泵、閥等設備減少設備的維修次數，節省大量備件的更換成本，最大限度避免生產系統的不穩定性及損失。

2 陶瓷材料在選礦車間的實際應用

2.1 項目的意義

利用陶瓷材料具有耐磨、耐化學腐蝕、防潮防火易清洗等特點，通過陶瓷材料在選礦車間的應用，有效改善車間易損件的運行情況，延長了設備的使用壽命，尤其是針對車間所使用的泵、閘閥及磨損件等，可有效減少對設備的維修次數，節省大量的備件更換成本、人力成本和時間成本，避免更換泵、閥等設備零件時導致的生產系統不穩定性及精礦損失。

2.2 實施情況

針對設備設施運行現狀及陶瓷材料的優點，某車間從2019年開始將陶瓷材料應用于車間的渣漿泵和閘閥，下料梭槽耐磨板等位置。與金屬材料相比，陶瓷材料具有如下優點：①抗腐蝕性好，生產環境多為濕潤環境和多為酸堿環境，陶瓷材料的耐腐蝕更高；②耐磨性好，輸送介質多為固液混合的礦漿，介質沖擊大，對泵的磨損較大，陶瓷材料更耐磨損。

（1）隨著選礦車間生產規模不斷擴大，對泵的使用要求越來越高，需要具有更高的揚程。高揚程會加大泵體負荷、加劇過流件磨損，因此陶瓷泵更符合生產實際需求。為滿足生產實際需求，某車間從2019 年開始，先后在脫水工段、重選工段投入使用陶瓷渣漿泵代替原金屬泵，共計9 臺，其中6 臺為替換原25CCNZJH 型金屬過流件渣漿泵。

（2）隨著處理量的提高，礦漿輸送量日益增大，控制礦漿流向流量的閘閥遭受的沖擊也隨之增大，導致閥門磨損加劇、更換頻繁，浮選工段旋流器上的管夾閥使用壽命僅約6 個月。某車間從2019 年開始，先后將浮選工段旋流器上的氣動管夾閥更換為氣動陶瓷球閥。

（3）某車間半自磨圓筒篩下料梭槽原使用為進口鋼板鑲嵌，因礦石顆粒粗，礦漿磨損沖刷嚴重，進口鋼板使用壽命僅為6 個月作業。某車間從2020 年開始，通過采用耐磨陶瓷橡膠復合板代替進口鋼板，鑲嵌在下料梭槽處試用。

2.3 實施效果

（1）2020 年5 月脫水工段安裝使用的陶瓷渣漿泵至2021年5 月，內部易損件幾乎沒有磨損痕跡（圖1）。與車間原25CCNZJH 金屬過流件渣漿泵（葉輪、護套等使用壽命約為1.5 個月）比較，其過流件使用壽命明顯較長，減少泵的維修次數和維護成本。陶瓷泵易損件使用壽命周期為15 個月，金屬泵易損件為1.5個月，前者比后者的使用周期更長，可以減少人力成本、時間成本以及因維修導致的不必要精礦損失。

圖1 使用1 年后的陶瓷泵

（2）某選礦車間于2019 年9 月1 日、2020 年7 月28 日，分別在浮選工段脫泥一旋流器處各安裝1 臺和4 臺氣動陶瓷球閥，陶瓷球閥最長使用壽命可達19 個月。經過檢查，部件磨損均不大，預計還可再使用5～6個月（圖2）。而原來的管夾閥使用壽命只有6 個月左右，陶瓷閥的使用壽命明顯長于管夾閥，大大減少了維修次數和維護成本。

圖2 使用1 年后的陶瓷球閥

（3）2020 年7 月，采用耐磨陶瓷橡膠復合板代替進口鋼板后，部件磨損量減小，使用至2022 年3月仍未更換。進口鋼板的使用壽命為6 個月，耐磨陶瓷橡膠復合板的使用壽命為24 個月，不僅使用壽命增長了4 倍，還減少了因更換所導致的停機損失。另外，耐磨陶瓷橡膠復合板的重量低于進口鋼板，大大降低了安裝難度，以及工人的工作強度和維修風險。

2.4 技術創新點

陶瓷材料是新型材料在生產需求的探索與實踐，它可以解放勞動力，解決鑄鐵材料和普通橡膠材料易損壞的缺陷，滿足生產需求、安全需求的一次探索與實踐。為了打造國際一流選廠，增加新型材料以適應生產需要從而減少人工成本和備件更換成本，云南華聯鋅銦股份有限公司在選礦車間采用了陶瓷材料，以滿足公司高速發展的需求。

2.5 效益分析

（1）經濟效益。某選礦車間通過陶瓷材料在渣漿泵、閘閥及耐磨板的應用，顯著提高同工位設備過流件或易損件的使用壽命，降低備件更換成本、人工成本，提高了車間生產系統的穩定性，可提高處理量預計約9000 t/年。通過備件成本、人工成本的降低及處理量的提高，全年可創造效益100 多萬元，經濟效益明顯。

（2）社會效益。本項目通過研究改進車間故障頻發的泵、閥門及耐磨鋼板的材料為陶瓷材料，提升泵、閥門及下料梭槽鑲嵌板的使用周期，降低人員檢維修頻次及維修難度，降低安全事故風險。目前某選礦車間已將陶瓷材料應用于陶瓷復合板、陶瓷渣漿泵、陶瓷閥、陶瓷管、陶瓷彎頭、沉砂嘴等零部件和設備。

3 結束語

陶瓷是新材料的一個重要組成部分，廣泛應用于通信、電子、航空、航天、軍事等高技術領域，在信息與通信技術方面有著重要應用。陶瓷材料在選礦車間的研究與應用，不僅為公司創造了可觀的經濟效益，同時在降本、增效、安全環保管控等方面也發揮了重要作用，具有很好的示范效應。