納米陶瓷球在金翅嶺金礦立磨機的應用

摘要： 針對立磨機磨礦介質采用高鉻鋼球造成的螺旋襯板消耗高、氰化鈉和鋅粉消耗增加等問題，金翅嶺金礦進行了納米陶瓷球替代高鉻鋼球試驗研究及工業應用。結果表明：立磨機最佳運行條件為磨礦濃度（66±2）%、運行電流（13±2）A，補加球制度為25 mm與20 mm質量比2 ∶ 1;納米陶瓷球和高鉻鋼球磨礦分級產品粒度分布、磨礦效率和金浸出率基本一致，但減少了鐵質污染，同時球耗從7.720元/t降至0.191元/t，螺旋襯板年耗從3套降至1.69套，總計年可節省費用249.15萬元，取得了良好的經濟效果。

關鍵詞： 立磨機;納米陶瓷球;高鉻鋼球;磨礦介質;磨礦

??中圖分類號：TD453 文獻標志碼：A 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2021）09-0081-04 doi：10.11792/hj20210915

???引 言

立式螺旋攪拌磨礦機作為高效率的細磨設備，已廣泛應用于冶金、化工等工業領域。招金礦業股份有限公司金翅嶺金礦（下稱“金翅嶺金礦”）引進美卓公司生產的VTM-400-WB型立磨機（下稱“立磨機”）作為細磨設備，日可處理浮選金精礦600 t。立磨機提高了金礦物的解離度，減輕了過磨，同時可去除礦物表層雜質，有效改善氰化指標，但該立磨機采用高鉻鋼球作為磨礦介質，螺旋襯板消耗增加，同時鋼球磨損產生的雜質鐵進入流程，造成氰化鈉和鋅粉等藥劑消耗，增加了生產成本[1]。因此，尋找新的磨礦介質替代高鉻鋼球，減少雜質鐵進入浸出工藝對降低流程雜質及成本等具有重要意義。

工程陶瓷具有良好的耐酸堿、耐磨等性能，能適用于許多的金屬和非金屬不能應用的惡劣工況，因而成為一種熱門的新材料。納米陶瓷球作為工程陶瓷的一種應用，廣泛應用于立式攪拌磨機、艾薩磨機等細磨設備，其為惰性介質，磨損后產生的碎屑不溶于氰化鈉。金翅嶺金礦將納米陶瓷球應用于氰化生產立磨機，取得了良好生產效果。

1 金翅嶺金礦生產現狀

1.1 磨礦工藝流程

金翅嶺金礦年可處理浮選金精礦19.8萬t，原料來源廣泛，性質復雜。氰化工藝為常規的二浸二洗工藝，采用的立磨機裝機功率為298 kW，臺時處理能力25 t。磨礦工藝流程見圖1。

1.2 原磨礦介質及參數

金翅嶺金礦氰化廠立磨機原磨礦介質采用高鉻鋼球，初裝球尺寸13 mm與9 mm質量比1 ∶ 1。通過實驗室試驗和工業試驗確定補加球制度為25 mm與20 mm質量比1 ∶ 4，最佳充填率為28 %，主電動機電流22 A，最佳磨礦濃度（75±5）%。通過生產實踐，立磨機再磨產品中-38 μm粒級占比達54 %，旋流器分級粒度-38 μm占（91±2）%。

1.3 產品粒度分布

金翅嶺金礦浮選金精礦粒度分布見表1，利用高鉻鋼球作為磨礦介質時立磨機給礦和排礦粒度分布見表2。

2 納米陶瓷球試驗研究

納米陶瓷球密度為3.7 g/cm3左右，莫氏硬度為9。 該陶瓷球具有高耐磨性，其磨耗是一般陶瓷球的四分之一、鋼球的十分之一左右，與氧化鋯球相當，但價格僅是氧化鋯球的三分之一左右。此外，其具有耐高溫、耐酸堿（除氫氟酸）的一系列優點[2]。因此，金翅嶺金礦采用納米陶瓷球作為細磨介質，以減少雜質鐵對浸出的影響。納米陶瓷球化學成分及物理性能見表3。

通過市場調研發現，納米陶瓷球應用于銅礦、鉛鋅礦細磨時[3]，電能消耗、材料消耗、襯板磨損都有大幅度下降。因此，2019年下半年，金翅嶺金礦決定采用納米陶瓷球作為浮選金精礦細磨立磨機的磨礦介質。 由于第一次將納米陶瓷球應用于浮選金精礦細磨，因此進行了實驗室球磨機磨耗率試驗，并在補加球制度、磨礦濃度、充填率等方面進行了工業試驗。

2.1 磨耗率

取相同質量和直徑的高鉻鋼球和納米陶瓷球分別置于XMQ-240×90實驗室球磨機中，分別添加清水1 000 g、石灰50 g進行耐磨試驗，總計磨礦48 h，每間隔6 h取出，冷卻后稱量，計算磨耗率。具體磨耗率曲線見圖2。

由圖2可知：納米陶瓷球和高鉻鋼球的磨耗率均隨球磨機運轉時間增加而增加，磨礦48 h后，納米陶瓷球磨耗率為0.14 %，高鉻鋼球磨耗率為1.30 %;可見在實驗室球磨機中納米陶瓷球磨耗率約為高鉻鋼球的十分之一。

2.2 補加球制度

金翅嶺金礦立磨機磨礦介質采用納米陶瓷球，初裝球質量為21 t，尺寸為25 mm、20 mm、13 mm，質量比為8 ∶ 8 ∶ 5;補加球25 mm與20 mm質量比為1 ∶ 1。經過15 d工業試驗，磨礦產品中 -38 μm占48 %左右，與高鉻鋼球相差6 百分點左右。通過計算，確定最終初裝球質量為24 t，25 mm、20 mm、 13 mm質量比為10 ∶ 9 ∶ 5;補加球25 mm與20 mm質量比為2 ∶ 1。

2.3 磨礦濃度

磨礦濃度是影響磨礦效率的一個重要指標，磨礦濃度增大，黏性增加，流動性減小，磨礦時間增加。磨礦濃度越大，磨礦介質受到的浮力越大，有效密度變小，磨礦效果變差。不同磨礦濃度、適宜充填率下，納米陶瓷球和高鉻鋼球的磨機生產率（以 -400目計算）對比見表4。

由表4可知：在不同磨礦濃度下磨機生產率較為接近，但當磨礦濃度超過70 %時，納米陶瓷球存在吐球現象。試驗中發現，磨礦濃度達到75 %時，吐球較多，嚴重影響生產，影響旋流器分級效率，因此將納米陶瓷球磨礦濃度確定為（66±2）%。

2.4 充填率

磨礦效率的高低是由磨礦介質決定的，合適的充填率是提高磨礦效率的必要條件之一。立磨機在單位體積、質量上能提供更高的功率強度[4]，保證磨礦介質有足夠的能量，從而提高磨礦效率。由于立磨機依靠磨機內螺旋體轉動帶動磨礦介質進行磨礦，所以介質充填率與電流成正比關系，在相同處理量和磨礦濃度條件下，可通過電流大小來判斷裝球量。通過現場試驗，確定主電動機電流為（13±2）A，此時充填率達到50 %，磨機排礦細度最佳。

3 工業應用及效果

2020年1月1日金翅嶺金礦立磨機磨礦介質正式應用納米陶瓷球，應用至今效果良好。

3.1 氰化鈉消耗

分別取高鉻鋼球和納米陶瓷球磨礦分級溢流進行氰化浸出綜合試驗，在保證氰化鈉質量分數為0.40 %～0.45 %的條件下，浸出36 h。試驗結果見表5，浸出液組分分析結果見表6。

由表5、表6可知：在相同氰化鈉質量分數下，納米陶瓷球和高鉻鋼球磨礦產品金浸出率相差不大，但納米陶瓷球磨礦產品浸出時NaCN和CaO用量較低;二者浸出液中銅、 鉛、鋅、砷、銻含量相差不大，但高鉻鋼球磨礦產品浸出液中鐵比納米陶瓷球磨礦產品高近43 %;這表明納米陶瓷球在化學性能方面屬于惰性穩定物，基本不與堿反應;高鉻鋼球的磨損導致產品中雜質鐵增加，使得氰化鈉耗量和浸出液中雜質鐵增加。

3.2 球 耗

使用高鉻鋼球時，其磨耗比較高，每3個月需清理1次廢球。通過對使用3個月的高鉻鋼球進行統計分析表明，大于18 mm 失圓率為1 %，14～18 mm?? 失圓率為5 %，10～14 mm失圓率為15 %，5～10 mm失圓率為60 %，小于5 mm失圓率幾乎為100 %。 高鉻鋼球失圓后，比表面積減小，研磨效率降低，嚴重影響磨礦效率。通過稱球計算，高鉻鋼球總失圓率為20 %左右，需要大量補充新球。高鉻鋼球失圓情況見圖3。

運行6個月后，將立磨機開蓋取球進行統計分析，納米陶瓷球只有極個別失圓，失圓率幾乎為零。對納米陶瓷球磨損情況進行分析，各粒級的納米陶瓷球磨損程度都在1 mm左右，最大磨損情況見圖4。

通過統計2019年全年立磨機生產數據，高鉻鋼球單耗為1.80 kg/t， 6個月納米陶瓷球單耗為0.058 kg/t，球耗顯著下降。

3.3 磨礦產品細度

利用納米陶瓷球磨礦生產運行6個月后，統計分析分級溢流粒度分布，結果見表7，分級效率見表8。

由表7可知：高鉻鋼球和納米陶瓷球磨礦分級后，在相同處理能力情況下，溢流產品粒度分布相差不大，且氰化浸出指標一致;可見使用納米陶瓷球作為磨礦介質與高鉻鋼球磨礦效率相差不大。

由表8可知，高鉻鋼球和納米陶瓷球磨礦產品分級效率基本一致。

3.4 經濟指標

納米陶瓷球和高鉻鋼球分別作為磨礦介質的經濟指標見表9。由表9可知：使用納米陶瓷球后，立磨機電耗從16.04 kW·h/t下降到8.16 kW·h/t，球耗從7.720元/t降至0.191元/t，螺旋襯板年耗從3套降至1.69套，總計年可節省費用249.15萬元。

4 結 論

1）納米陶瓷球具有耐磨、耐酸堿的特性，通過實驗室磨耗率試驗可知，納米陶瓷球磨耗率約為高鉻鋼球的十分之一。 通過工業試驗確定了立磨機運行參數：初裝球制度25 mm、20 mm、13 mm質量比為10 ∶ 9 ∶ 5，補加球25 mm與20 mm質量比為2 ∶ 1，磨礦濃度（66±2）%，運行電流（13±2）A，充填率50 %。

2）在小型浸出試驗中，納米陶瓷球與高鉻鋼球磨礦產品金浸出率一致，但納米陶瓷球磨礦產品浸出液中雜質鐵減少約43 %，降低了雜質鐵對NaCN和CaO用量的影響。通過工業應用，二者磨礦分級產品細度、分級量效率、分級質效率相差不大。

3）通過生產實踐，納米陶瓷球應用后立磨機電耗從16.04 kW·h/t下降到8.16 kW·h/t，球耗從7.720元/t降至0.191元/t，螺旋襯板年耗從3套降至1.69套，總計年可節省費用249.15萬元。

[參 考 文 獻]

[1] ?徐懷浩，王浩，王立新，等.VTM-400立磨機在金翅嶺金礦氰化廠的應用[J].黃金，2019，40（7）：68-70，74.

[2] 廖寧寧，吳彩斌，吳志強，等.納米陶瓷球對銅硫礦磨礦和浮選的影響[J].有色金屬工程，2019，9（1）：70-76.

[3] 韓彬，莫峰，賈素娥，等.納米陶瓷球在復雜多金屬礦細磨的應用研究[J].有色金屬（選礦部分），2019（4）：40-44.

[4] 張國旺，李自強，李曉東，等.立式螺旋攪拌磨礦機在鐵精礦再磨中的應用[J].金屬礦山，2008（5）：93-95，134.

Application of nano-ceramic balls in vertical mills of Jinchiling Gold Mine

Xu Huaihao

（ Zhaojin Mining Industry Co. ，Ltd. ）

Abstract：? In light of high consumption of spiral lining plate and increased consumption of sodium cyanide and zinc due to the adoption of high chromium steel balls used as grinding media of vertical mills，Jinchiling Gold Mine carried out experimental study on the replacement of high chromium steel balls by nano-ceramic balls and their industrial application.The results show that the optimal operation conditions were as follows：grinding concentration （66±2）%，operation current （13±2）A，ball supplementation system and the mass ratio of 25 mm and 20 mm was 2 ∶ 1.Compared with high chromium steel balls，nano-ceramic balls have the same particle size distribution，grinding efficiency and gold leaching rate， while the iron pollution is reduced，the ball consumption is reduced from 7.720 yuan/t to 0.191 yuan/t，and the spiral lining plate consumption is reduced from 3 sets per year to 1.69 sets per year.2 491 500 yuan can be saved for the total annual cost，and good economic results are achieved.

Keywords： vertical mill;nano-ceramic ball;high chromium steel ball;grinding media;grinding