新型低鉻鋼球在磨礦裝置生產中的應用

吳興買 沈成元

（云南云天化紅磷化工有限公司）

隨著市場經濟的深化和國際、國內經濟一體化的進程，化肥行業的發展目標由單純追求總量的增長轉變為提高企業的競爭能力和經濟效益上來，依托市場推進品種結構、企業結構、原料結構、技術水平等方面的調整［1］。如何降低生產成本、提高產品品質已成為各化工企業的共同目標。云南云天化紅磷化工有限公司自2019年以來，從優化產品生產技術、降低產品雜質含量等方面著手，在降低產品生產成本的同時，從原料生產開始降低產品鉻含量，生產出了具有國際競爭力的產品。

1 現狀分析

在目前磷肥產能嚴重過剩的情況下，各磷肥生產企業都在追求提升產品內在質量、降低生產成本。磷礦石的磨礦制漿是濕法磷酸萃取加工的重要準備環節，有效降低磨礦環節的磨礦介質消耗是降低制酸原料成本的途徑之一。隨著國家對生態環境的高度重視和環保要求的不斷加強，專業生產磨礦介質的廠家不斷減少和相對集中，不少廠家開始轉型生產重金屬含量低的低鉻耐磨鋼球。為此，使用低鉻甚至無鉻磨礦介質將成為未來的一種趨勢。

云南云天化紅磷化工180萬t/a磨礦生產線于2009年5月建成投產，于2017年4月技改為脫鎂磨礦生產線，3臺磨機均為3 600 mm×9 000 mm溢流型球磨機，原設計一直使用的磨礦介質為70Mn2鋼球，充填率約為30%。從磨機實際使用情況看，此介質的主要優點是價格低，主要缺點是耐磨性差、失圓率偏高、重金屬含量偏高、磨耗高。2018年折標磷精礦平均磨礦介質消耗達0.536 kg/t，磨礦介質費用為2.52元/t，磨礦介質費用偏高。同時，因用量大，人工加球的勞動強度較大。為此，紅磷化工從磨礦介質材質著手，研究使用新型耐磨低鉻磨礦介質，以達到降低成本，提高企業競爭力的目的。

2 技術原理

從實際使用情況分析可知，磨礦介質的主要成分是影響介質消耗量的關鍵。

2.1 磨礦介質工況條件的影響

（1）礦石力學性質。云南磷礦石主要為沉積型磷塊巖礦石，礦石類型以混合型硅鈣質型磷塊巖為主。紅磷化工磷酸制酸磷礦漿生產大多使用云南昆明滇池附近昆陽磷礦區域的磷礦石，以昆陽磷礦的礦石性質作為基準，其礦石平均普氏硬度為9.7，泊松比為0.264，屬于中等硬度且韌性不高的礦石，礦石的平均真密度為2.95 g/cm3，屬中等難磨礦石。

（2）給礦和產品粒度。按設計的最大給礦粒度為25 mm（-25 mm含量≥90%），3臺磨機溢流產品細度為-0.074 mm粒級含量≥75%，給礦粒度、產品細度要求中等，磨礦相對有利。

（3）磨礦使用脫鎂工藝循環水，pH值約為5.5，呈弱酸性，對磨礦介質有弱腐蝕性。

（4）礦石流動性。磷礦石在粉磨成礦漿的過程中，礦漿都有其流動的最低含水量，不同品種的磷礦在粉磨成能流動的礦漿時，其最低含水量見表1［2］。昆陽磷礦礦石流動的起點水分為28%～32%，礦石流動性尚可。

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2.2 介質運動狀態

球磨機內磨礦介質的運動狀態通常與磨機轉速、磨機內存料量及礦石的性質有很大關系。由于筒體的轉速決定著礦石和鋼球產生的慣性離心力的大小，當筒體處于不同的轉速時，磨礦介質和礦石的運動呈現出3種運動狀態：①筒體轉速過低，磨礦介質和礦石因重力作用產生下滑，呈傾瀉滑移運動狀態，對礦石的沖擊作用很小，幾乎只起研磨作用，磨礦效果不佳，生產能力降低；②筒體轉速過高，磨礦介質和礦石黏附在筒體內壁上，隨筒體一起旋轉而不瀉落，呈圓周運動狀態，磨礦介質對礦石起不到沖擊和研磨作用；③筒體轉速適中，磨礦介質被提升到一定高度后拋落下來，呈拋落運動狀態，對礦石有較大的沖擊和研磨作用，起到較好的磨礦效果［3］。磨礦選用的低鉻奧貝體鋼球其球徑尺寸（120，100，80，60 mm）和磨機設計的額定轉速匹配，磨礦介質在磨機內處于較佳運動狀態，能起到較好的沖擊研磨效果。

3 磨礦介質的選擇及使用效果

根據環保要求及化肥產品的特殊性，要求帶入產品的重金屬離子越少越好，因此，磨礦介質使用低鉻甚至無鉻介質成為未來的一種趨勢。磨礦介質的材質及加工工藝對介質的磨損有很大影響。磨礦鋼球介質常用的材料為鑄鐵（包括稀土鎂鑄鐵）、碳素鋼（低碳、中碳、高碳）及合金鋼（包括Cr、Ni或Mn），加工工藝有鑄造、鍛造、軋制、熱軋、鍛軋等，一般認為低碳鋼介質單耗比中、高碳鋼介質單耗高1～2倍，淬火鑄鐵球代替普通鑄鐵球單耗可下降40%左右［4］。

（1）經市場考察和調研，磨礦介質鋼球的加工生產因環保和高能耗的原因，紅河州周邊磨礦介質的生產廠家急劇減少。

（2）目前使用的磷礦磨礦介質主要有鋼球和鋼棒，紅磷化工使用的磨機為溢流型球磨機，選用鋼球作為磨礦介質較為合適。從鑄球、熱扎球的性質及價格等方面進行比較，選擇鑄球較為經濟。

（3）經過比較，紅磷化工最終選用奧貝體鋼球作為新的磷礦磨礦介質（表2），新型磨礦介質與原70Mn2磨礦介質相比，大大減少了重金屬鉻離子的帶入量。

（4）新型奧貝體鋼球的技術性能：沖擊韌性值≥8 J/cm2、直徑偏差≤1 mm、表面硬度≥60、鋼球芯部硬度≥56、破碎率≤3%、變形率≤5%，不允許有裂紋、夾渣、砂眼、氣孔、縮松、縮孔等鑄造缺陷。

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（5）為不影響正常生產及減少換球浪費，采用直接補加奧貝體鋼球逐步置換原有鋼球的方式更換鋼球，從2019年9月20日開始使用新型奧貝體鋼球，前3個月按原磨機測算消耗0.536 kg/t進行補加，3個月后根據實測數據逐步減少補加量，半年后按0.39 kg/t消耗定額補加。2020年10月測定統計的磨機充填率、加球量、磨礦量、單位原礦磨礦費用見表3。

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（6）2020年9月18日對2#、3#磨機兩段兩閉路磨礦流程的磨礦產品溢流和沉砂進行取樣篩析，取樣時3臺磨機均滿負荷生產，篩析結果見表4、表5。

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由表4可知，礦漿溢流細度-0.074 mm粒級含量為75.50%，滿足生產實際需求。

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紅磷化工以經濟最優化和磨礦介質帶入產品重金屬離子盡量低為原則，通過多方市場考察和調研，確定選用新型低鉻奧貝體鋼球作為磨礦介質，經過不斷優化調整磨礦介質的充填率、級配，保證了磨礦產品的細度、濃度及生產能力。

4 運行控制情況

（1）由于給礦中有粗細不同的粒級，鋼球的尺寸比例應與物料粒度相適應，尺寸是球形介質的重要參數，它決定著磨機內打擊次數的多少及研磨面積的大小，也決定著磨礦作用的強弱、球耗及電耗的高低［5］。鋼球直徑大、個數少時，研磨面積小，但每個鋼球的打擊力大；鋼球直徑小、個數多時，研磨面積大，但每個鋼球的打擊力小。一般來說，粗粒物料宜用大鋼球，細粒物料宜用小鋼球。鋼球直徑按D=25.4d計算，其中d為按80%過篩計的物料最大粒度。

（2）根據以上原則，同時為避免磨礦介質直徑過大對磨機襯板造成損傷，確定選用120，100，80，60，50 mm不同直徑的磨礦介質，根據測定的磨礦細度，調整磨礦介質級配。磨碎率一般隨充填率增加而上升，但磨礦介質充填率過高，磨礦介質的運動受到阻礙，中心部分呈蠕動狀態，從而使磨碎率下降。從使用前后的充填率對比來看，磨機正常開車情況下，維持每天每臺磨機加1 t磨礦介質的頻率，各臺磨機充填率均不同程度地上升（控制在30%～35%），可延長至1.5～2 d添加1次磨礦介質。

（3）在磨機更換襯板期間，檢測從磨機內倒出的鋼球，失圓率、碎球率均控制在指標要求范圍內。

（4）在磨機滿負荷生產情況下，每天監測的礦漿細度滿足浮選裝置生產要求。

（5）奧貝體鋼球使用量較70Mn2磨礦介質下降20%以上，降低了人工勞動強度。

5 結論

（1）云南云天化紅磷化工生產實際應用表明，使用新型低鉻奧貝體鋼球通過直接補加的方式逐步替換原有普通中鉻鋼球是可行的，能夠保證磨機的磨礦能力、產品細度和鋼球的充填率。

（2）使用新型低鉻奧貝體鋼球，磨機球耗由原來0.536 kg/t降至0.387 kg/t，費用從2.52元/t降至2.12元/t，重金屬鉻離子的帶入減少了5倍以上，達到了較好的降本降耗的目的。