景 宇，徐國(guó)華

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

磨礦作業(yè)在選礦中占有極其重要的地位，磨礦作業(yè)能耗占選礦廠能耗的50%左右。鋼球是球磨機(jī)中最常用的研磨介質(zhì)。

氧化鋁耐磨陶瓷球（以下簡(jiǎn)稱瓷球）屬于濕法研磨陶瓷球，與鋼球相比，密度是鋼球的一半，只有3.7g/cm3，相同體積下，重量只有鋼球的一半，作為磨礦介質(zhì)，能大幅度降低磨機(jī)運(yùn)行負(fù)荷，節(jié)約電能；同時(shí)瓷球具有高強(qiáng)度、高硬度（莫氏硬度在9以上）、高耐磨性，耐高溫的特點(diǎn)，耐磨性能好。相比鋼球，能降低介質(zhì)消耗，減少磨礦費(fèi)用。一般把90%以上氧化鋁含量的瓷球稱為高鋁球，其中高鋁球又細(xì)分為90瓷、92瓷、95瓷和99瓷［1-4］。

瓷球雖然價(jià)格是鋼球的1.5倍左右，但其耐磨性遠(yuǎn)高于鋼球，目前在水泥行業(yè)中，已經(jīng)有較多企業(yè)成功應(yīng)用了瓷球替代鋼球作為磨礦介質(zhì)，取得了較好的磨粉效果和經(jīng)濟(jì)效益［5-8］。但在選礦行業(yè)中，瓷球還沒(méi)有大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中作為磨礦介質(zhì)，需要開展試驗(yàn)室磨礦試驗(yàn)和工業(yè)試驗(yàn)，了解瓷球在選礦磨礦作業(yè)中應(yīng)用存在的優(yōu)點(diǎn)和不足，并針對(duì)性地提出改進(jìn)措施。如果能夠在選礦磨礦作業(yè)中使用瓷球替代鋼球作為磨礦介質(zhì)，將可能大幅度降低磨礦介質(zhì)消耗，降低磨礦電單耗，從而顯著降低磨礦生產(chǎn)成本。

2 瓷球試驗(yàn)室磨礦研究

為了研究瓷球磨礦效果，貴冶在試驗(yàn)室開展了相應(yīng)的試驗(yàn)，試驗(yàn)包括處理量不變時(shí)，瓷球不同比例替換鋼球磨礦試驗(yàn)；以及處理量變化時(shí)，瓷球全部等體積替換鋼球磨礦試驗(yàn)。試驗(yàn)用瓷球?yàn)?5瓷。

2.1 處理量不變時(shí)瓷球磨礦試驗(yàn)

2.1.1 試驗(yàn)方案

（1）制備貴溪冶煉廠緩冷電爐渣、閃速爐渣、轉(zhuǎn)爐渣及鑄造轉(zhuǎn)爐渣四種爐渣-2mm混合樣品30kg，混勻后等分30份待用。

（2）試驗(yàn)采用360mm×150mm小球磨機(jī)，試驗(yàn)前將球磨機(jī)內(nèi)鋼球全部倒出，進(jìn)行稱重，鋼球重量為21.24 kg，測(cè)量鋼球比重為7.85，堆比重為4.85。測(cè)量大致等球徑比例的瓷球比重為3.72，堆比重為2.35。

（3）磨礦試驗(yàn)共計(jì)分為6組，每組在相同條件下做平行磨礦試驗(yàn)三次，共計(jì)磨礦18次，每次磨礦1kg，磨礦濃度50%，磨礦時(shí)間40分鐘，磨礦產(chǎn)品分別檢測(cè)-200目、-325目、-400目含量。

（4）瓷球按鋼球不同重量和體積（按球徑35mm∶25mm∶15mm=5∶4∶1）進(jìn)行等量替換。進(jìn)行重量替換時(shí)，瓷球加鋼球重總量與替換前鋼球重量基本一致；進(jìn)行體積替換時(shí)，瓷球加鋼球重總體積與替換前鋼球體積基本一致。試驗(yàn)時(shí)瓷球替換鋼球情況見(jiàn)表1。

表1 磨礦試驗(yàn)時(shí)瓷球替換鋼球情況

2.1.2 試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)每次磨礦產(chǎn)品分別檢測(cè)-200目、-325目、-400目含量，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 瓷球和鋼球混用磨礦試驗(yàn)結(jié)果

圖1數(shù)據(jù)表明：

（1）瓷球按不同重量和體積等量替換鋼球時(shí)，磨礦產(chǎn)品中-200目含量變化不大。

（2）瓷球按體積替換20%和40%鋼球時(shí)，磨礦效果好于全部使用鋼球時(shí)磨礦效果；并且瓷球等體積替換20%鋼球時(shí)磨礦效果，好于等體積替換40%鋼球時(shí)磨礦效果。

（3）瓷球按重量替換20%和40%鋼球時(shí)，磨礦介質(zhì)體積增加，充填率上升，磨礦效果好于全部使用鋼球時(shí)磨礦效果，也好于等體積替換時(shí)磨礦效果。并且瓷球等重量替換40%鋼球時(shí)磨礦效果，好于等重量替換20%鋼球時(shí)磨礦效果。

（4）瓷球按等體積全部替換鋼球時(shí)，磨礦效果較全部使用鋼球時(shí)磨礦效果差，磨礦產(chǎn)品中-325目含量下降5.67個(gè)百分點(diǎn)，-400目含量下降4.14個(gè)百分點(diǎn)。

2.2 處理量變化時(shí)瓷球磨礦試驗(yàn)

2.2.1 試驗(yàn)方案

（1）制備貴溪冶煉廠緩冷電爐渣、閃速爐渣、轉(zhuǎn)爐渣及鑄造轉(zhuǎn)爐渣四種爐渣-2mm混合樣品20kg，混勻后等分20份待用。

（2）試驗(yàn)采用360mm×150mm小球磨機(jī)，試驗(yàn)前將球磨機(jī)內(nèi)鋼球全部倒出，進(jìn)行稱重，鋼球重量為21.24 kg，測(cè)量鋼球比重為7.85，堆比重為4.85。測(cè)量大致等球徑比例的瓷球比重為3.72，堆比重為2.35。

（3）磨礦試驗(yàn)共計(jì)分為6組，每組在相同條件下做平行磨礦試驗(yàn)三次，共計(jì)磨礦18次，每次磨礦濃度50%，磨礦時(shí)間40min，磨礦產(chǎn)品分別檢測(cè)-200目、-325目、-400目含量。

（4）全瓷球磨礦試驗(yàn)時(shí)，瓷球按鋼球等體積（按球徑35mm∶25mm∶15mm=5∶4∶1）進(jìn)行替換。試驗(yàn)時(shí)磨礦介質(zhì)和磨礦量情況見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)時(shí)磨礦介質(zhì)和磨礦量情況

2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)每次磨礦產(chǎn)品分別檢測(cè)-200目、-325目、-400目含量，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2數(shù)據(jù)表明：

圖2 不同磨礦介質(zhì)和磨礦量試驗(yàn)結(jié)果

（1）瓷球?yàn)槟サV介質(zhì)時(shí)，磨礦量變化時(shí)，磨礦產(chǎn)品中-200目含量變化不大，但磨礦產(chǎn)品中-325目和-400目含量隨磨礦量降低而增加。

（2）磨礦量和磨礦介質(zhì)體積相同時(shí)，鋼球磨礦效果好于瓷球磨礦效果。

（3）磨礦介質(zhì)體積相同時(shí)，瓷球要獲得與鋼球相同的磨礦效果，磨礦量要降低20%左右。

3 貴冶工業(yè)試驗(yàn)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在貴溪冶煉廠選礦車間球磨機(jī)開展陶瓷球部分替代鋼球的試驗(yàn)研究。貴冶二段磨礦采用球磨機(jī)規(guī)格為5.03m×8.3m,充填率為28%，本次試驗(yàn)在保持混合充填率維持在28%不變的前提下，研究瓷球與鋼球不同比例混裝條件下：磨礦分級(jí)指標(biāo)、混裝球與鋼球磨礦效果、各比例混裝球能耗、混裝球磨礦穩(wěn)定性以及混裝球磨礦粒級(jí)分布情況。

球磨機(jī)工業(yè)試驗(yàn)分三個(gè)階段，分別為部分替代階段，逐步完全替代階段，以及混裝平衡階段。

實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，整個(gè)工業(yè)試驗(yàn)過(guò)程中，前期采用部分替代，原礦中-325目的含量雖然下降，但是同時(shí)-10μm的含量減少，尾礦含銅指標(biāo)穩(wěn)定，隨著瓷球替代量的增加，浮選原礦中-325目含量繼續(xù)下降，當(dāng)粒度下降到一定程度后，浮選尾礦Cu含量指標(biāo)逐步上升，全部替代后，磨礦效果下降，爐渣單體解離不足，尾礦品位上升最為明顯，說(shuō)明采取陶瓷球全部替代后，雖然能耗會(huì)逐步下降，但是對(duì)生產(chǎn)指標(biāo)的穩(wěn)定產(chǎn)生影響，采用部分替代的方案更加切實(shí)可行。最終決定采用部分替代方案，經(jīng)過(guò)第三階段的摸索，最終瓷球與鋼球的混合填加比例固定為7∶3，球磨機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流下降25A,球磨機(jī)的實(shí)際電單耗由20.26kW·h/t下降到18.32kW·h/t，見(jiàn)表3。

表3 2017年至2020年球磨機(jī)磨礦電單耗情況

通過(guò)對(duì)不同階段的物料粒度分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用瓷球和鋼球混合添加，由于瓷球比重較輕，磨礦效果要低于鋼球，隨著瓷球的混合加入，車間原礦中-325目的含量呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明瓷球替代后磨礦效果下降，選礦車間采用全鋼球磨礦時(shí)期，磨礦產(chǎn)品粒度呈錐形分布，-10μm粒級(jí)含量高達(dá)35%，混合添加后，磨礦產(chǎn)品中-10μm的粒級(jí)含量下降到26%以內(nèi)。在有效緩解物料過(guò)磨的前提下，中間粒級(jí)的含量增加，磨礦產(chǎn)品粒度組成情況得到了改觀，見(jiàn)表4。

表4 工業(yè)試驗(yàn)期間各階段磨礦產(chǎn)品粒度組成分析

工業(yè)試驗(yàn)結(jié)束后，車間原礦-325目的含量維持75%左右，整個(gè)工業(yè)試驗(yàn)期間車間尾礦指標(biāo)穩(wěn)定，呈逐步下降趨勢(shì)，2020年，貴冶由于一系統(tǒng)渣直排改造，取消了貧化電爐，閃速爐渣品位呈上升趨勢(shì)，全年原礦品位較2019年上升0.02%，但是車間尾礦實(shí)現(xiàn)持續(xù)下降，全年平均值為0.252%，回收率也提高了2個(gè)百分點(diǎn)以上。進(jìn)一步說(shuō)明，陶瓷球部分替代試驗(yàn)對(duì)車間浮選指標(biāo)的提升具有一定的促進(jìn)作用，近四年貴冶選礦車間生產(chǎn)指標(biāo)見(jiàn)表5。

表5 貴冶選礦車間2017年至2020年度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)情況表

4 結(jié)論

（1）采用瓷球替代鋼球作為磨礦介質(zhì)，可以有效地降低磨礦介質(zhì)消耗，降低磨礦電單耗，節(jié)約磨礦成本，根據(jù)測(cè)算采用陶瓷球部分替代鋼球，磨機(jī)磨礦電單耗能下降3kW·h/t.渣左右，具有相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價(jià)值。

（2）采用瓷球替代鋼球作為磨礦介質(zhì)，相同充填率情況下磨機(jī)磨礦細(xì)度會(huì)下降，為保證磨礦細(xì)度，需要適當(dāng)提高磨機(jī)充填率。由于瓷球比重較輕，提高磨機(jī)充填率后，部分瓷球會(huì)隨礦漿一起從磨機(jī)中排出，排出的瓷球如果處理不當(dāng)，會(huì)堵塞分級(jí)旋流器，影響旋流器分級(jí)效果，進(jìn)而影響浮選入選原礦粒度，影響浮選指標(biāo)，所以提高充填率應(yīng)該以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況為準(zhǔn)。

（3）實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，陶瓷球完全替代鋼球，必然會(huì)造成磨礦效果的下降，不能滿足車間生產(chǎn)的需要，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用陶瓷球部分替代鋼球必須能滿足生產(chǎn)對(duì)粒度的要求，選礦現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)替代比例為陶瓷球比鋼球比例為7∶3（體積比）左右比較合適。

（4）采用陶瓷球部分替代后，在保證-325目含量滿足生產(chǎn)要求的前提下，能有效防止原礦過(guò)磨情況的發(fā)生，原礦中-10um的粒級(jí)含量下降9%左右。

（5）不同磨礦介質(zhì)進(jìn)行混裝，是一種全新的磨礦方式，一定條件下既能起到降低磨礦電單耗的目的，特定條件下還能提高磨礦粒度的均勻性。