以氧化鋁研磨球為再磨磨礦介質的試驗研究

柯圣釗，丘世澄

（江西銅業集團有限公司 武山銅礦，江西瑞昌 332204）

1 引言

影響磨礦作業的因素很多，包括被磨物料性質、操作條件及磨機結構等，其中被磨物料性質及磨機結構相對固定，操作條件主要包括磨礦濃度、磨機的轉速以及磨礦介質的尺寸、形狀、充填率、類型、配比等［1］。磨礦介質尺寸過大引起破碎力過大，容易出現過粉碎現象，同時介質尺寸較大會降低介質填充個數，減小介質與礦石的破碎概率，不利于有用礦物的單體解離；磨礦介質過小導致破碎力不足，磨礦效率低下，能耗大幅提高，最佳尺寸的磨礦介質條件下可提高30%的磨礦效率［2］。磨礦介質通常采用球狀的鋼球，此外還有圓柱、六方、鋼鍛等形狀的磨礦介質［3］。研究表明，球形介質在通常粒度范圍內最有效、能耗最低，可獲得最細粒度的磨礦產品，而柱狀介質磨礦產品粒度均勻、泥化輕，但滾動性差，適用于粗磨而不適用于細磨［4］。鋼球作為磨礦介質會造成鐵質污染，影響礦漿電位，影響浮選效果，為此，國內外選礦工作者積極尋求新的磨礦介質，主要有頑石、瓷球等。頑石作為磨礦介質能剔除鐵質污染，但頑石形狀不規則，對襯板磨損較大且頑石添加的工作量大。瓷球具有高硬度、高耐磨性、無污染、耐腐蝕等優點，采用瓷器作為磨礦介質能大幅降低能耗，具有廣闊的應用前景。

本論文以武山銅礦選礦廠銅精選Ⅰ尾礦和銅掃選Ⅰ精礦合并后的中礦為研究對象，進行氧化鋁研磨球取代金屬球的中礦再磨工藝試驗研究，分析兩種磨礦介質之間的磨礦產品及浮選指標差異。

2 試驗

2.1 試驗樣品

中礦多元素分析結果見表1，中礦各產品銅解離度分析結果見表2。

表1 中礦多元素化學分析結果

從表1 可知，中礦主要有價礦物為Cu、S，品位為1.74%、27.38%。金、銀品位為0.97g/t、64.21g/t，可作為伴生金屬回收，盡可能富集到計價系數較高的銅精礦中。鉛、鋅含量較低，對精礦影響較小。

表2 中礦產品銅礦物連生情況

從表2 可知，掃選I 精礦與精選I 尾礦銅礦物單體解離度較低，僅占28.64%、39.97%，主要與脈石、硫化物連生，表3 為中礦篩析化驗結果。

表3 中礦篩析化驗結果

篩析結果表明，中礦粒度偏細，-0.074mm 粒級比例占78.05%。+0.038mm 粒級產率為27.74%，銅品位較高，銅分配率達41.88%，這部分礦石中的銅與脈石、硫化物緊密連生，需通過再磨使這部分礦石中的銅實現單體解離，浮選加以回收。

2.2 磨礦介質

試驗過程采用一臺容積為6.25L 的Φ240mm×90mm 的球磨機進行磨礦，分別以金屬球球和氧化鋁研磨球為磨礦介質，金屬球球、高鋁球的物理性能如表4、表5 所示。

表4 金屬球多元素分析結果

表5 氧化鋁研磨球主要技術指標

2.3 試驗方法

本次試驗主要是進行氧化鋁研磨球代替金屬球的可行性研究，參照武山銅礦現場工藝流程，預先篩分粒級為-0.038mm，篩上物用不同磨礦介質進行磨礦，磨礦產品經檢查篩分，篩下物返回磨機再磨，合格粒級與預先分級的篩下物合并進行浮選試驗。固定不同磨礦介質的磨礦細度為-0.074mm 占90%，磨礦產品調漿至濃度為35%，加石灰調節pH=12.0，以MA-1+Mos-2 為浮選藥劑經過一次粗選、兩次掃選、兩次精選，獲得銅粗精礦、浮選中礦及銅尾礦。對磨礦產品進行篩析，分析不同磨礦介質下磨礦產品的粒度特性及對浮選行為的影響。

3 結果與討論

3.1 氧化鋁研磨球的充填率試驗

參考生產實際，金屬球充填率35%、球徑（直徑）12mm，等質量轉換的氧化鋁研磨球球徑為15mm。有文獻指出［5］，氧化鋁研磨球所需充填率高于金屬球。固定磨礦細度-0.074mm 90%，考察不同充填率下氧化鋁研磨球磨礦產品粒度特征，試驗結果見表6。

表6 不同充填率下氧化鋁研磨球磨礦產品粒度特征

由表6 可知，當充填率較低時，達到指定磨礦細度需要更長的磨礦時間，易使合格粒級產品發生過磨。隨充填率從35%增加至45%，磨礦產品微細粒級（-0.020mm）產率逐漸下降，過粉碎現象減緩。繼續增加磨礦介質充填率，產品細度再次提高，表明磨礦介質充填率不宜過高，這與生產實際一致，故確定氧化鋁研磨球充填率為45%。

3.2 磨礦產品粒度分布特征

實驗室采用同一磨機、不同磨礦介質對試樣進行磨礦試驗，磨礦參數：磨礦細度-0.074mm 90%、磨礦濃度50%、金屬球、氧化鋁研磨球的充填率分別35%、45%，不同磨礦介質的磨礦產品粒度分布特征分析結果見表7，磨礦產品粒度正累計結果見圖1。

表7 兩種磨礦介質在相同磨礦細度下的磨礦產品粒度分布

圖1 兩種磨礦介質在相同磨礦細度下的磨礦產品粒度正累計結果

由圖1 可知，在-0.074mm 90%的磨礦細度下，金屬球和氧化鋁研磨球具有相似的粒度分布特征，表明兩種不同磨礦介質具有相同的磨礦性能。對比磨礦產品粒度分布特征曲線，采用金屬球作為磨礦介質磨礦產品粒度更細，主要原因在于鋼球尺寸小、比重大，對礦石研磨作用更強，產生更多的次生礦泥。而氧化鋁研磨球過粉碎現象較輕，磨礦性能優于金屬球，有利于后續的浮選作業。

3.3 磨礦介質配比

球徑半理論公式［6］是我國用來計算磨碎不同粒度礦石所需磨礦介質尺寸最精確的公式，見公式1。

式中Db為給礦粒度b 所需的磨礦介質球徑（cm）；Kc—綜合經驗修正系數，與給礦粒度b 對應關系見表8；ψ—磨機轉速率（%），取74.5%；σ 壓—礦石單軸抗壓強度（g/cm2），σ 壓=38.74MPa=387400g/cm2；ρe—為磨礦介質在礦漿中的有效密度（g/cm3）；D0—磨礦介質在磨機中的“中間縮聚層”（cm）；df—給礦95%通過篩孔的粒度（cm）。

表8 Kc 與磨機給礦粒度的對應關系

（1） 對Kc 與給礦粒度b 擬合曲線為Kc=3.127d-0.432，擬合度R2=0.9756［7］。

（2）ρe計算公式見公式2。

其中ρ— 磨礦介質密度，3.7g/cm3；ρt—礦漿密度，2.75g/cm3；Rd—礦漿濃度，25%，則ρe=2.51 g/cm3。

（3）D0計算公式見公式3。

式中k—充填率，45%；φ—最內層球與最外層球的球層半徑比，0.508；R1最外層球層半徑，95cm，則D0=173.44cm。

中礦粒度分析結果顯示礦石整體粒度偏細，+0.15mm 粒級僅占7.02%，表明中礦細磨適宜采用小尺寸的磨礦介質，以達到細磨的目的。以0.074mm、0.038mm 為基準，計算出適宜的磨礦介質球徑。

表9 球磨機介質尺寸計算結果

從表9 計算結果可看出，氧化鋁研磨球適宜的球徑為Φ30mm、Φ15mm，根據粒級產率確定兩者配比4∶1。為進一步驗證磨礦介質配比計算結果，進行了驗證試驗，藥劑制度為：MA-1+Mos-2 用量30+30g/t、松醇油用量10g/t、調整劑Ca(OH)2用量2500g/t，經一次粗選、兩次空白精選的開路流程獲得銅精礦，試驗結果見表10。

表10 磨礦介質配比試驗結果

從表9 可知，隨著磨礦介質配比（Φ30mm：Φ15mm）增加，粗精礦產率逐漸增加，銅品位先增加后下降。原因在于在磨礦介質配比較低時，大球徑磨礦介質比例較小，對礦石磨剝作用較弱，細粒級粒度比例較低，部分銅礦物未得到單體解離。隨著配比增加，產生較多的磨礦細泥，降低粗精礦的銅品位。綜合考慮指標，確定磨礦介質配比為4:1，此時銅精礦銅品位26.51%、銅回收率86.54%。

3.4 浮選試驗研究

對金屬球、氧化鋁研磨球磨礦產品進行浮選試驗，考察不同磨礦介質對銅浮選的影響，試驗流程圖見圖2，試驗結果見表11。

圖2 浮選試驗流程圖

表11 不同磨礦介質下浮選銅精礦對比

從表10 可知，采用氧化鋁研磨球作為磨礦介質可獲得更高產率的銅精礦，銅回收率從94.19%提高至95.31%，硫品位及回收率小幅提高。礦石中的金、銀經浮選后出現一定的富集，采用氧化鋁研磨球替代金屬球作為磨礦介質后，銅精礦中的金回收率從25.69%下降至23.52%，而銀回收率從52.98%提高至58.05%。綜合考慮銅、金、銀的價值，采用氧化鋁研磨球替代金屬球有利于浮選指標的提高。

4 結論

（1）武山銅礦中礦銅品位1.74%，硫品位27.38%，銅礦物單體解離度較低，主要與脈石、硫化物連生。

（2）氧化鋁研磨球與金屬球作為磨礦介質有相同的磨礦性能，金屬球尺寸小、比重大，對礦石研磨作用更強，在-0.074mm 90%細度下，兩者-0.020mm 粒級產率分別為60.49%、66.94%，氧化鋁研磨球磨礦產品過粉碎現象較輕。

（3）段式半理論公式計算出氧化鋁研磨球磨礦介質尺寸為Φ30mm、Φ15mm，配比為4∶1。

（4）浮選試驗表明，經過一次粗選、兩次掃選、兩次精選，銅精礦銅品位23.26%、銅回收率95.31%，采用氧化鋁研磨球球替代金屬球可獲得更高的銅回收率。