球磨機陶瓷球與鋼球混合替代研究及應用

景 宇，徐國華

（江西銅業集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

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

氧化鋁耐磨陶瓷球（以下簡稱瓷球）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，能大幅度降低磨機運行負荷，節約電能；同時瓷球具有高強度、高硬度（莫氏硬度在9以上）、高耐磨性，耐高溫的特點，耐磨性能好。相比鋼球，能降低介質消耗，減少磨礦費用。一般把90%以上氧化鋁含量的瓷球稱為高鋁球，其中高鋁球又細分為90瓷、92瓷、95瓷和99瓷［1-4］。

瓷球雖然價格是鋼球的1.5倍左右，但其耐磨性遠高于鋼球，目前在水泥行業中，已經有較多企業成功應用了瓷球替代鋼球作為磨礦介質，取得了較好的磨粉效果和經濟效益［5-8］。但在選礦行業中，瓷球還沒有大規模應用于工業生產中作為磨礦介質，需要開展試驗室磨礦試驗和工業試驗，了解瓷球在選礦磨礦作業中應用存在的優點和不足，并針對性地提出改進措施。如果能夠在選礦磨礦作業中使用瓷球替代鋼球作為磨礦介質，將可能大幅度降低磨礦介質消耗，降低磨礦電單耗，從而顯著降低磨礦生產成本。

2 瓷球試驗室磨礦研究

為了研究瓷球磨礦效果，貴冶在試驗室開展了相應的試驗，試驗包括處理量不變時，瓷球不同比例替換鋼球磨礦試驗；以及處理量變化時，瓷球全部等體積替換鋼球磨礦試驗。試驗用瓷球為95瓷。

2.1 處理量不變時瓷球磨礦試驗

2.1.1 試驗方案

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

（2）試驗采用360mm×150mm小球磨機，試驗前將球磨機內鋼球全部倒出，進行稱重，鋼球重量為21.24 kg，測量鋼球比重為7.85，堆比重為4.85。測量大致等球徑比例的瓷球比重為3.72，堆比重為2.35。

（3）磨礦試驗共計分為6組，每組在相同條件下做平行磨礦試驗三次，共計磨礦18次，每次磨礦1kg，磨礦濃度50%，磨礦時間40分鐘，磨礦產品分別檢測-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）進行等量替換。進行重量替換時，瓷球加鋼球重總量與替換前鋼球重量基本一致；進行體積替換時，瓷球加鋼球重總體積與替換前鋼球體積基本一致。試驗時瓷球替換鋼球情況見表1。

表1 磨礦試驗時瓷球替換鋼球情況

2.1.2 試驗結果

對每次磨礦產品分別檢測-200目、-325目、-400目含量，試驗結果見圖1。

圖1 瓷球和鋼球混用磨礦試驗結果

圖1數據表明：

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

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

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

（4）瓷球按等體積全部替換鋼球時，磨礦效果較全部使用鋼球時磨礦效果差，磨礦產品中-325目含量下降5.67個百分點，-400目含量下降4.14個百分點。

2.2 處理量變化時瓷球磨礦試驗

2.2.1 試驗方案

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

（2）試驗采用360mm×150mm小球磨機，試驗前將球磨機內鋼球全部倒出，進行稱重，鋼球重量為21.24 kg，測量鋼球比重為7.85，堆比重為4.85。測量大致等球徑比例的瓷球比重為3.72，堆比重為2.35。

（3）磨礦試驗共計分為6組，每組在相同條件下做平行磨礦試驗三次，共計磨礦18次，每次磨礦濃度50%，磨礦時間40min，磨礦產品分別檢測-200目、-325目、-400目含量。

（4）全瓷球磨礦試驗時，瓷球按鋼球等體積（按球徑35mm∶25mm∶15mm=5∶4∶1）進行替換。試驗時磨礦介質和磨礦量情況見表2。

表2 試驗時磨礦介質和磨礦量情況

2.2.2 試驗結果

對每次磨礦產品分別檢測-200目、-325目、-400目含量，試驗結果見圖2。

圖2數據表明：

圖2 不同磨礦介質和磨礦量試驗結果

（1）瓷球為磨礦介質時，磨礦量變化時，磨礦產品中-200目含量變化不大，但磨礦產品中-325目和-400目含量隨磨礦量降低而增加。

（2）磨礦量和磨礦介質體積相同時，鋼球磨礦效果好于瓷球磨礦效果。

（3）磨礦介質體積相同時，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 貴冶工業試驗

根據實驗室試驗數據，在貴溪冶煉廠選礦車間球磨機開展陶瓷球部分替代鋼球的試驗研究。貴冶二段磨礦采用球磨機規格為5.03m×8.3m,充填率為28%，本次試驗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：磨礦分級指標、混裝球與鋼球磨礦效果、各比例混裝球能耗、混裝球磨礦穩定性以及混裝球磨礦粒級分布情況。

球磨機工業試驗分三個階段，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。

實際試驗數據表明，整個工業試驗過程中，前期采用部分替代，原礦中-325目的含量雖然下降，但是同時-10μm的含量減少，尾礦含銅指標穩定，隨著瓷球替代量的增加，浮選原礦中-325目含量繼續下降，當粒度下降到一定程度后，浮選尾礦Cu含量指標逐步上升，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，說明采取陶瓷球全部替代后，雖然能耗會逐步下降，但是對生產指標的穩定產生影響，采用部分替代的方案更加切實可行。最終決定采用部分替代方案，經過第三階段的摸索，最終瓷球與鋼球的混合填加比例固定為7∶3，球磨機實際運行電流下降25A,球磨機的實際電單耗由20.26kW·h/t下降到18.32kW·h/t，見表3。

表3 2017年至2020年球磨機磨礦電單耗情況

通過對不同階段的物料粒度分析結果發現，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，說明瓷球替代后磨礦效果下降，選礦車間采用全鋼球磨礦時期，磨礦產品粒度呈錐形分布，-10μm粒級含量高達35%，混合添加后，磨礦產品中-10μm的粒級含量下降到26%以內。在有效緩解物料過磨的前提下，中間粒級的含量增加，磨礦產品粒度組成情況得到了改觀，見表4。

表4 工業試驗期間各階段磨礦產品粒度組成分析

工業試驗結束后，車間原礦-325目的含量維持75%左右，整個工業試驗期間車間尾礦指標穩定，呈逐步下降趨勢，2020年，貴冶由于一系統渣直排改造，取消了貧化電爐，閃速爐渣品位呈上升趨勢，全年原礦品位較2019年上升0.02%，但是車間尾礦實現持續下降，全年平均值為0.252%，回收率也提高了2個百分點以上。進一步說明，陶瓷球部分替代試驗對車間浮選指標的提升具有一定的促進作用，近四年貴冶選礦車間生產指標見表5。

表5 貴冶選礦車間2017年至2020年度指標統計情況表

4 結論

（1）采用瓷球替代鋼球作為磨礦介質，可以有效地降低磨礦介質消耗，降低磨礦電單耗，節約磨礦成本，根據測算采用陶瓷球部分替代鋼球，磨機磨礦電單耗能下降3kW·h/t.渣左右，具有相當可觀的經濟效益和推廣價值。

（2）采用瓷球替代鋼球作為磨礦介質，相同充填率情況下磨機磨礦細度會下降，為保證磨礦細度，需要適當提高磨機充填率。由于瓷球比重較輕，提高磨機充填率后，部分瓷球會隨礦漿一起從磨機中排出，排出的瓷球如果處理不當，會堵塞分級旋流器，影響旋流器分級效果，進而影響浮選入選原礦粒度，影響浮選指標，所以提高充填率應該以現場實際情況為準。

（3）實際生產過程中，陶瓷球完全替代鋼球，必然會造成磨礦效果的下降，不能滿足車間生產的需要，根據現場工業試驗數據，采用陶瓷球部分替代鋼球必須能滿足生產對粒度的要求，選礦現場試驗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目含量滿足生產要求的前提下，能有效防止原礦過磨情況的發生，原礦中-10um的粒級含量下降9%左右。

（5）不同磨礦介質進行混裝，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。