氧化鋁球在泗洲選礦廠二段磨礦中的應用

張金華 李永峰

（1.江銅集團德興銅礦；2.威海市海王旋流器有限公司）

江銅集團德興銅礦屬特大型斑巖銅礦，礦石類型以細脈浸染型硫化礦為主，金屬礦物以黃銅礦、黃鐵礦為主，黝銅礦、輝銅礦、斑銅礦、輝鉬礦次之，間有少量方鉛礦和閃鋅礦，金的獨立礦物為自然金，其次為銀金礦；非金屬礦物以絹云母和石英為主，綠泥石、長石、方解石、云母、白云母次之；可回收的有用成分以銅為主，還有伴生的硫、鉬、金、銀、錸等［1］。

泗洲選礦廠是德興銅礦的主要選礦廠之一，日處理原礦3.8 萬t，磨礦作業包括處理原礦的一段磨礦和浮選粗精礦再磨的二段磨礦作業，浮選作業包括一段銅硫混浮和二段銅硫分離，選礦產品主要有銅精礦、硫精礦。磨礦作業在選礦中占有極其重要的地位，磨礦作業使用的磨礦介質絕大部分為普通鋼球，不僅鋼球耗量大，還因鐵球密度大導致磨礦作業能耗占選礦廠能耗的50%左右［2］。為響應國家節能降碳、綠色發展的戰略要求，泗洲選礦廠從2017年開始在二段磨礦作業開展使用氧化鋁球替代鋼球作為磨礦介質試驗，并在現場逐步推廣使用。二段磨礦作業在滿足浮選工藝要求的前提下，大幅降低了磨礦介質消耗和磨礦電耗，降低了磨礦生產成本，經濟技術顯著。

1 氧化鋁球特性

氧化鋁球又稱氧化鋁陶瓷球，根據氧化鋁含量的不同可細分為90 瓷、92 瓷、95 瓷、99 瓷等系列。氧化鋁球屬于濕法研磨瓷球，密度為3.6 g/cm3，是鋼球的一半，因而同等體積的氧化鋁球質量只有鋼球的一半。同時，它還具有高強度、高硬度、高耐磨性、耐高溫的特點，作為磨礦介質能大幅降低磨機運行負荷及電能消耗，且自身磨損消耗也小。氧化鋁因其優良特性被廣泛應用于不同類型的陶瓷、水泥、玻璃等工廠的厚硬材質精加工和深加工［3］。除上述行業外，目前石英、化工等行業生產中也在陸續嘗試使用氧化鋁球。氧化鋁球的主要特性見表1。

由表1 可知，氧化鋁球隨氧化鋁含量的提高，其硬度和密度都逐漸增大，且耐磨性更好，但不同氧化鋁含量球的價格不同，需根據現場實際使用需求及成本合理選擇。

在有色金屬礦山磨礦作業中，磨礦介質普遍采用含鉻鋼球，主要是鋼球性質穩定，價格相對便宜，來源廣泛，密度大，對礦石具有較好的沖擊磨削作用。但鐵球也有其自身的缺陷，比如鐵球易受礦漿環境影響，特別是水質pH值，在酸性介質中腐蝕磨損快，易造成耗量上升，增加用球成本。鋼球質量受含鉻量影響大，質量不佳的鋼球在磨礦作業過程中易開裂，降低磨礦效果，增加鋼球消耗量［4-6］。此外，鋼球比重大，沖擊力強，致使球磨機能耗高，磨礦成本增加。氧化鋁球和鋼球外觀見圖1。

2 二段磨礦作業工藝流程

泗洲選礦廠二段磨礦作業采用一段閉路磨礦分級流程，該流程是將一段浮選作業產出的粗精礦先進行旋流器預先分級，預先分級的溢流產品進入二段銅硫分離浮選作業，分級沉砂進入球磨機再磨；球磨機的排礦進入泵池，通過渣漿泵送至旋流器進行檢查分級，檢查分級的溢流產品與預先分級的溢流產品匯合一起進入二段銅硫分離浮選作業，分級沉砂返回球磨機再磨，形成一個閉路磨礦分級作業。該磨礦流程的主要設備有?2.1 m×3.0 m 溢流型球磨機（1 開1 備），海王?250 mm 預先分級旋流器（4 臺）和海王?350 mm 檢查分級旋流器組（3 臺），6/4EAHR渣漿泵型（2 臺）和相應管路。磨礦介質為鋼球，日常補加球為?35 mm，正常生產情況下，鋼球單耗0.028～0.030 kg/t，球磨機功率約140 kW，預先和檢查分級溢流-0.074 mm 含量要求85%以上。二段磨礦分級作業工藝流程見圖2。

3 氧化鋁球磨礦試驗研究

為了研究合適的氧化鋁瓷球磨礦參數條件，分析比較氧化鋁球和鋼球的磨礦效果，該廠分別在試驗室和生產現場開展了相應的試驗研究，試驗包括不同球徑配比的磨礦試驗、不同介質充填率磨礦試驗及氧化鋁球和鋼球現場工業試驗技術指標對比，試驗用球為95氧化鋁瓷球。

3.1 球徑配比試驗

在磨礦過程中，對固定裝球量而言，球徑大則個數少，每次磨礦循環時對礦粒的打擊次數少，球荷總的研磨面積亦減少，礦粒受到的打擊及磨剝的機會減少，磨礦產品中磨不細的級別產率必然增大，磨機的生產能力下降；同時，球徑大則破碎力相應增大，產品中過粉碎級別多，總的磨礦效果惡化。球徑過小雖然每次循環對礦粒的打擊次數增加，但由于球的能量小，打擊力不足，仍不能有效破碎礦粒，磨不細級別會增多；而由于球徑小所引起的研磨面積的大幅度增加，必然導致過粉碎級別增多及磨礦效果惡化。合適的球徑配比對提高磨礦質量影響較大。

3.1.1 試驗方案

（1）樣品。濕礦樣取自選礦廠二段磨礦作業球磨機給料入口處，經烘干、混勻、縮分，制備16 等份，每份1 kg。

（2）試驗組數設置。磨礦試驗分別將35，25 mm 2種球徑的氧化鋁球按質量比3∶7，4∶6，5∶5，6∶4，7∶3配比，共5組，每組在相同條件下做平行磨礦試驗3次并取平均值作為結果，共計磨礦15次。

（3）試驗條件。試驗室采用360 mm×150 mm 小型球磨機，正常裝球量20 kg。每次磨礦質量1 kg，磨礦時間15 min，磨礦濃度參考生產現場為65%，分別檢測每次磨礦產品-0.074 mm百分含量。

3.1.2 試驗結果

通過檢測記錄5 組不同球徑配比磨礦產品-0.074 mm含量，試驗結果見圖3。

由圖3 可見，在一定范圍內隨著球徑35 mm 氧化鋁球比例的增加，磨礦產品中-0.074 mm 含量增加，但超過一定比例后，磨礦產品中-0.074 mm 含量不再增加甚至略微下降；由此確定在處理現場粗精礦時，2種球徑的氧化鋁球質量配比6∶4為宜。

3.2 介質充填率試驗

球磨介質充填率是影響磨礦效果的重要因素之一，合適的充填率不僅可以提高磨礦效率，還能降低非必要的磨礦能耗。為了確定合適的氧化鋁球介質充填率，選廠利用現場球磨設備進行了介質充填率工業試驗。二段磨礦作業使用?2.1 m×3.0 m 溢流型球磨機，根據現場測量計算，該球磨機允許的最高介質充填率為38%，當磨礦介質超出該上限值時，容易出現吐球現象，不能保持正常生產。結合以往運行積累的生產數據，此次介質充填率試驗分別設置為30%，32%，34%，36%，38%，并依次由低到高進行試驗。在保持外部條件基本穩定的情況下，每組參數穩定運行3 個班次，每班測量球磨機排礦中的-0.074 mm含量，取3個班平均值作為該組參數結果，結果見圖4。

由圖4 可見，在一定范圍內隨介質充填率的增加，磨礦產品中-0.074 mm 含量隨之增加，但超過36%后，磨礦產品中的-0.074 mm 含量增加幅度不大，而且因充填率較高，試驗過程中出現部分磨細的氧化鋁球隨著礦漿排出，影響后續旋流器分級；另外，隨著介質充填率上升，球磨機功率同步上升，電耗增加；綜合考慮，磨礦介質充填率36%為宜。

3.3 工業試驗技術指標對比

為客觀準確掌握氧化鋁球實際運用指標，開展了氧化鋁球和鋼球工業對比試驗。試驗技術路線為利用生產現場2臺相同型號的球磨機，分別以氧化鋁瓷球和鋼球作為磨礦介質，試驗中2臺球磨機的磨礦介質尺寸配比、介質充填率、每日補加球量、礦石性質、分級設備等外部條件相同，每臺球磨機輪換交替穩定運轉一周，檢測記錄2 臺球磨機的運行功率、磨礦介質單耗和磨礦分級溢流產品質量，并進行效果對比。經過8 周的生產數據檢測，2 臺不同介質球磨機的對比數據見表2、表3。

由表2、表3 可知，試驗過程中2 臺球磨機的運行技術指標較為穩定，具有良好的代表性；在磨礦電耗方面，使用氧化鋁球磨機的平均功率為69 kW，使用鋼球磨機的功率為139 kW，初步計算氧化鋁球可降低約30%的磨機電耗；在球磨介質消耗方面，氧化鋁球的平均單耗為0.009 4 kg/t，鋼球為0.028 kg/t，氧化鋁球噸礦消耗量僅為鋼球的33.5%，即便氧化鋁球的單價約為鋼球的1.5倍，但氧化鋁球的綜合介質成本明顯更低；在磨礦效果方面，使用鋼球磨機的溢流產品中-0.074 mm 含量比氧化鋁球高3～4個百分點，但均在87%以上，雖然氧化鋁球磨礦效果略差，但能滿足現場生產工藝要求。

4 氧化鋁球現場應用優化

4.1 分級旋流器參數優化

泗洲選礦廠二段磨礦檢查分級作業中所使用的分級設備為3 臺海王?350 mm 旋流器組。該旋流器組技術參數是針對使用鋼球的情況而設定的，旋流器初始安裝的沉砂嘴規格為?30 mm。在推廣使用氧化鋁球做磨礦介質后，因球磨機排礦的粒度組成發生了變化，為確保分級效果，選廠對旋流器的沉砂嘴尺寸進行了相應參數優化，分別選取?25 mm，?30 mm，?35 mm，?40 mm 4 種規格的沉砂嘴進行現場調試，每個尺寸沉砂嘴穩定運行1周，檢測相應的溢流濃細度，結果見表4。

由表4 可知，?35 mm 沉砂嘴各項指標均優于?25 mm，?30 mm，?40 mm 沉砂嘴；在后續的氧化鋁球推廣應用中，將旋流器沉砂嘴尺寸全部設定為?35 mm。

4.2 球磨機操作規程優化

氧化鋁瓷球（95 瓷）密度約3.65 g/cm3，生產現場粗精礦密度為3.4 g/cm3，兩者接近。在磨機充填率和磨礦濃度上升時，部分小瓷球會隨礦漿一起從磨機中排出，排出的瓷球若處理不當，會堵塞分級旋流器沉砂嘴，惡化旋流器分級效果，進而影響浮選入選原礦粒度，造成浮選指標波動。為適應新變化，該廠總結出了應對措施，一是加強球磨機磨礦濃度控制，制定濃度上限值，避免出現過高濃度；二是在球磨機排礦口增設網格格篩，防止小球進入旋流器；三是嚴格球磨和旋流器渣漿泵的開停順序，球磨機按“先開后停，不帶礦空轉10 min”的要求操作。經過上述優化，氧化鋁球在生產現場穩定推廣使用。

5 結論

（1）泗洲選礦廠在現有礦性及設備條件下，在二段磨礦推廣應用氧化鋁球，磨礦介質球徑35，25 mm 2種球按質量比6:4配比，充填率36%較為合適。

（2）采用氧化鋁球替代鋼球作為磨礦介質，可有效降低磨礦介質消耗及磨礦電耗，節約磨礦成本。根據工業試驗測算，磨機磨礦電單耗約下降30%，介質單耗下降66%，經濟效益顯著，具有推廣價值。

（3）氧化鋁球密度較鋼球更小，對礦物的沖擊破碎效果不如鋼球，對改善二段磨礦過程中的過粉碎具有較好的效果，但對磨礦產品細度要求較高的生產工藝過程，因其磨礦效果比鋼球差，需根據現場情況進行選擇。

（4）因氧化鋁球與鋼球密度差異大，在使用氧化鋁瓷球的過程中，在磨礦濃度和充填率較高時，瓷球容易從出料口排出，影響正常生產，故球磨機操作規程和分級設備應改變優化。