球磨机陶瓷球与钢球混合替代研究及应用

景 宇，徐国华

（江西铜业集团有限公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

1 引言

磨矿作业在选矿中占有极其重要的地位，磨矿作业能耗占选矿厂能耗的50%左右。钢球是球磨机中最常用的研磨介质。

氧化铝耐磨陶瓷球（以下简称瓷球）属于湿法研磨陶瓷球，与钢球相比，密度是钢球的一半，只有3.7g/cm3，相同体积下，重量只有钢球的一半，作为磨矿介质，能大幅度降低磨机运行负荷，节约电能；同时瓷球具有高强度、高硬度（莫氏硬度在9以上）、高耐磨性，耐高温的特点，耐磨性能好。相比钢球，能降低介质消耗，减少磨矿费用。一般把90%以上氧化铝含量的瓷球称为高铝球，其中高铝球又细分为90瓷、92瓷、95瓷和99瓷［1-4］。

瓷球虽然价格是钢球的1.5倍左右，但其耐磨性远高于钢球，目前在水泥行业中，已经有较多企业成功应用了瓷球替代钢球作为磨矿介质，取得了较好的磨粉效果和经济效益［5-8］。但在选矿行业中，瓷球还没有大规模应用于工业生产中作为磨矿介质，需要开展试验室磨矿试验和工业试验，了解瓷球在选矿磨矿作业中应用存在的优点和不足，并针对性地提出改进措施。如果能够在选矿磨矿作业中使用瓷球替代钢球作为磨矿介质，将可能大幅度降低磨矿介质消耗，降低磨矿电单耗，从而显著降低磨矿生产成本。

2 瓷球试验室磨矿研究

为了研究瓷球磨矿效果，贵冶在试验室开展了相应的试验，试验包括处理量不变时，瓷球不同比例替换钢球磨矿试验；以及处理量变化时，瓷球全部等体积替换钢球磨矿试验。试验用瓷球为95瓷。

2.1 处理量不变时瓷球磨矿试验

2.1.1 试验方案

（1）制备贵溪冶炼厂缓冷电炉渣、闪速炉渣、转炉渣及铸造转炉渣四种炉渣-2mm混合样品30kg，混匀后等分30份待用。

（2）试验采用360mm×150mm小球磨机，试验前将球磨机内钢球全部倒出，进行称重，钢球重量为21.24 kg，测量钢球比重为7.85，堆比重为4.85。测量大致等球径比例的瓷球比重为3.72，堆比重为2.35。

（3）磨矿试验共计分为6组，每组在相同条件下做平行磨矿试验三次，共计磨矿18次，每次磨矿1kg，磨矿浓度50%，磨矿时间40分钟，磨矿产品分别检测-200目、-325目、-400目含量。

（4）瓷球按钢球不同重量和体积（按球径35mm∶25mm∶15mm=5∶4∶1）进行等量替换。进行重量替换时，瓷球加钢球重总量与替换前钢球重量基本一致；进行体积替换时，瓷球加钢球重总体积与替换前钢球体积基本一致。试验时瓷球替换钢球情况见表1。

表1 磨矿试验时瓷球替换钢球情况

2.1.2 试验结果

对每次磨矿产品分别检测-200目、-325目、-400目含量，试验结果见图1。

图1 瓷球和钢球混用磨矿试验结果

图1数据表明：

（1）瓷球按不同重量和体积等量替换钢球时，磨矿产品中-200目含量变化不大。

（2）瓷球按体积替换20%和40%钢球时，磨矿效果好于全部使用钢球时磨矿效果；并且瓷球等体积替换20%钢球时磨矿效果，好于等体积替换40%钢球时磨矿效果。

（3）瓷球按重量替换20%和40%钢球时，磨矿介质体积增加，充填率上升，磨矿效果好于全部使用钢球时磨矿效果，也好于等体积替换时磨矿效果。并且瓷球等重量替换40%钢球时磨矿效果，好于等重量替换20%钢球时磨矿效果。

（4）瓷球按等体积全部替换钢球时，磨矿效果较全部使用钢球时磨矿效果差，磨矿产品中-325目含量下降5.67个百分点，-400目含量下降4.14个百分点。

2.2 处理量变化时瓷球磨矿试验

2.2.1 试验方案

（1）制备贵溪冶炼厂缓冷电炉渣、闪速炉渣、转炉渣及铸造转炉渣四种炉渣-2mm混合样品20kg，混匀后等分20份待用。

（2）试验采用360mm×150mm小球磨机，试验前将球磨机内钢球全部倒出，进行称重，钢球重量为21.24 kg，测量钢球比重为7.85，堆比重为4.85。测量大致等球径比例的瓷球比重为3.72，堆比重为2.35。

（3）磨矿试验共计分为6组，每组在相同条件下做平行磨矿试验三次，共计磨矿18次，每次磨矿浓度50%，磨矿时间40min，磨矿产品分别检测-200目、-325目、-400目含量。

（4）全瓷球磨矿试验时，瓷球按钢球等体积（按球径35mm∶25mm∶15mm=5∶4∶1）进行替换。试验时磨矿介质和磨矿量情况见表2。

表2 试验时磨矿介质和磨矿量情况

2.2.2 试验结果

对每次磨矿产品分别检测-200目、-325目、-400目含量，试验结果见图2。

图2数据表明：

图2 不同磨矿介质和磨矿量试验结果

（1）瓷球为磨矿介质时，磨矿量变化时，磨矿产品中-200目含量变化不大，但磨矿产品中-325目和-400目含量随磨矿量降低而增加。

（2）磨矿量和磨矿介质体积相同时，钢球磨矿效果好于瓷球磨矿效果。

（3）磨矿介质体积相同时，瓷球要获得与钢球相同的磨矿效果，磨矿量要降低20%左右。

3 贵冶工业试验

根据实验室试验数据，在贵溪冶炼厂选矿车间球磨机开展陶瓷球部分替代钢球的试验研究。贵冶二段磨矿采用球磨机规格为5.03m×8.3m,充填率为28%，本次试验在保持混合充填率维持在28%不变的前提下，研究瓷球与钢球不同比例混装条件下：磨矿分级指标、混装球与钢球磨矿效果、各比例混装球能耗、混装球磨矿稳定性以及混装球磨矿粒级分布情况。

球磨机工业试验分三个阶段，分别为部分替代阶段，逐步完全替代阶段，以及混装平衡阶段。

实际试验数据表明，整个工业试验过程中，前期采用部分替代，原矿中-325目的含量虽然下降，但是同时-10μm的含量减少，尾矿含铜指标稳定，随着瓷球替代量的增加，浮选原矿中-325目含量继续下降，当粒度下降到一定程度后，浮选尾矿Cu含量指标逐步上升，全部替代后，磨矿效果下降，炉渣单体解离不足，尾矿品位上升最为明显，说明采取陶瓷球全部替代后，虽然能耗会逐步下降，但是对生产指标的稳定产生影响，采用部分替代的方案更加切实可行。最终决定采用部分替代方案，经过第三阶段的摸索，最终瓷球与钢球的混合填加比例固定为7∶3，球磨机实际运行电流下降25A,球磨机的实际电单耗由20.26kW·h/t下降到18.32kW·h/t，见表3。

表3 2017年至2020年球磨机磨矿电单耗情况

通过对不同阶段的物料粒度分析结果发现，采用瓷球和钢球混合添加，由于瓷球比重较轻，磨矿效果要低于钢球，随着瓷球的混合加入，车间原矿中-325目的含量呈下降趋势，说明瓷球替代后磨矿效果下降，选矿车间采用全钢球磨矿时期，磨矿产品粒度呈锥形分布，-10μm粒级含量高达35%，混合添加后，磨矿产品中-10μm的粒级含量下降到26%以内。在有效缓解物料过磨的前提下，中间粒级的含量增加，磨矿产品粒度组成情况得到了改观，见表4。

表4 工业试验期间各阶段磨矿产品粒度组成分析

工业试验结束后，车间原矿-325目的含量维持75%左右，整个工业试验期间车间尾矿指标稳定，呈逐步下降趋势，2020年，贵冶由于一系统渣直排改造，取消了贫化电炉，闪速炉渣品位呈上升趋势，全年原矿品位较2019年上升0.02%，但是车间尾矿实现持续下降，全年平均值为0.252%，回收率也提高了2个百分点以上。进一步说明，陶瓷球部分替代试验对车间浮选指标的提升具有一定的促进作用，近四年贵冶选矿车间生产指标见表5。

表5 贵冶选矿车间2017年至2020年度指标统计情况表

4 结论

（1）采用瓷球替代钢球作为磨矿介质，可以有效地降低磨矿介质消耗，降低磨矿电单耗，节约磨矿成本，根据测算采用陶瓷球部分替代钢球，磨机磨矿电单耗能下降3kW·h/t.渣左右，具有相当可观的经济效益和推广价值。

（2）采用瓷球替代钢球作为磨矿介质，相同充填率情况下磨机磨矿细度会下降，为保证磨矿细度，需要适当提高磨机充填率。由于瓷球比重较轻，提高磨机充填率后，部分瓷球会随矿浆一起从磨机中排出，排出的瓷球如果处理不当，会堵塞分级旋流器，影响旋流器分级效果，进而影响浮选入选原矿粒度，影响浮选指标，所以提高充填率应该以现场实际情况为准。

（3）实际生产过程中，陶瓷球完全替代钢球，必然会造成磨矿效果的下降，不能满足车间生产的需要，根据现场工业试验数据，采用陶瓷球部分替代钢球必须能满足生产对粒度的要求，选矿现场试验替代比例为陶瓷球比钢球比例为7∶3（体积比）左右比较合适。

（4）采用陶瓷球部分替代后，在保证-325目含量满足生产要求的前提下，能有效防止原矿过磨情况的发生，原矿中-10um的粒级含量下降9%左右。

（5）不同磨矿介质进行混装，是一种全新的磨矿方式，一定条件下既能起到降低磨矿电单耗的目的，特定条件下还能提高磨矿粒度的均匀性。