陶瓷材料在选矿车间的研究与应用

2022-08-24唐仕坤李镇宏冯永豪金宏星

设备管理与维修 2022年14期

唐仕坤，李镇宏，冯永豪，金宏星，胡华

（云南华联锌铟股份有限公司，云南文山 663701）

0 引言

选矿车间每日矿处理量大，由众多的管道连接着各生产工艺，如人体之血管，泵就如心脏，源源不断地为矿浆的输送提供能量。阀作为控制矿浆的枢纽，控制矿浆的流量和流向，但由于输送的为固液混合矿浆，冲击力大，对泵体和阀体的磨损较大，需要经常进行维修，加上日常操作人员对泵的日常维护不到位等因素，导致泵体阀体损伤加重。因此，泵和阀的维修更换成为车间维修中一个重要环节，且选矿车间拥有大量各种各样的泵和阀，因此维修成本、人力成本和时间成本较高，其中某些泵更是车间的主要设备，关乎车间是否能正常运转。车间原半自磨圆筒筛下料梭槽材料为进口钢板，由于矿浆冲刷量大、使用寿命短，又属于受限空间和交叉作业，更换需要大量的人力物力，维护困难，影响车间生产正常运行。2013 年至2020 年，某选矿车间更换各类型渣浆泵过流件成本为564.37 万元，更换各类型阀体成本为2262.30 万元，采购进口钢板166.99 万元。因此，为提高车间设备设施运行的稳定性，减少停机时间和维护成本，耐磨耐腐蚀的陶瓷材料的在车间应用，就显得尤为重要。

1 陶瓷材料概述

1.1 高性能陶瓷材料应用前景

陶瓷材料是新材料中的重要分支，在能源、机械、冶金、汽车以及石油化工等各个行业发挥着重要作用，成为工业技术发展中不可或缺的关键材料。随着社会经济市场的快速发展和国民经济水平的不断提升，工业企业的技术水平也在不断发展和提升，各个行业都迫切的需要大量的高性能陶瓷材料，因此市场前景较为广阔。陶瓷材料一般情况下分为结构陶瓷、功能陶瓷，有的还分为陶瓷涂层以及陶瓷复合材料等。目前使用较为广泛的主要是以结构陶瓷和功能陶瓷为主，其中结构陶瓷的优势是耐磨性较强、强度较高，在热机部件、耐磨部件等领域中具有较为广泛的应用。陶瓷材料在多个领域中都得到了广泛应用，尤其是在高新技术领域，陶瓷材料在其中发挥着非常关键的作用。除了上述特点，功能陶瓷还被广泛应用在航空航天、建筑化工等领域，是化工企业主要的四大类材料之一。作为高性能陶瓷的基础材料，陶瓷粉料也是其重要的组成部分，在特种陶瓷中有着重要作用和价值。

1.2 高性能陶瓷材料性能特点

高温陶瓷材料的使用温度一般为1400～1500 ℃，超高温的材料能够达到1800 ℃以上，主要包含过渡金属的硼化物、碳化物以及石墨、氮化硼等。高温陶瓷材料主要的优势是熔点较高，具备超高温耐腐蚀性及超高温稳定性，在国防、航天以及容器保护中应用广泛。目前加强了对Si—B—C—N 超高温陶瓷材料的研究，主要应用于超高温涂层材料，制备工艺主要是有机前驱体法，但是因为对超高温稳定机理的理解还需要进一步的加深和研究，其操作严格、成本较高。因此，加强对新的制备工艺技术的研究，深入探讨超高温稳定化机理将成为未来研究的重要方向和内容。

1.3 陶瓷材料成为支柱产业的关键新材料

功能陶瓷主要是以电、光、化学、热等信息的检测和耦合等功能为主要特征的陶瓷材料，目前被广泛的应用在信息检测、信息转化以及信息储存领域，也是信息技术基础元器件的重要组成，有效的助推了高新技术产业的发展，扮演着不可或缺的角色。另外在小型化和便携式的电子产品生产中，功能陶瓷也得到了较为广泛的应用，尤其是在电子陶瓷和元器件新产品、新技术的研发中，投入量较大，也是目前竞争较为激烈的应用领域。每年有大量的新型功能陶瓷材料被研究出来，在工业企业中得到广泛应用，使用价值较高。

现阶段国民经济快速发展，现代制造业已经成为社会经济市场发展中最为重要的领域之一，现代制造业对材料的需求也越来越迫切。以工业企业为例，陶瓷材料的优势较为明显，在其应用过程中不仅能够有效改善工业车间器件易损坏的情况，并且还延长了设备的使用寿命，尤其是对车间所使用的泵、阀等设备减少设备的维修次数，节省大量备件的更换成本，最大限度避免生产系统的不稳定性及损失。

2 陶瓷材料在选矿车间的实际应用

2.1 项目的意义

利用陶瓷材料具有耐磨、耐化学腐蚀、防潮防火易清洗等特点，通过陶瓷材料在选矿车间的应用，有效改善车间易损件的运行情况，延长了设备的使用寿命，尤其是针对车间所使用的泵、闸阀及磨损件等，可有效减少对设备的维修次数，节省大量的备件更换成本、人力成本和时间成本，避免更换泵、阀等设备零件时导致的生产系统不稳定性及精矿损失。

2.2 实施情况

针对设备设施运行现状及陶瓷材料的优点，某车间从2019年开始将陶瓷材料应用于车间的渣浆泵和闸阀，下料梭槽耐磨板等位置。与金属材料相比，陶瓷材料具有如下优点：①抗腐蚀性好，生产环境多为湿润环境和多为酸碱环境，陶瓷材料的耐腐蚀更高；②耐磨性好，输送介质多为固液混合的矿浆，介质冲击大，对泵的磨损较大，陶瓷材料更耐磨损。

（1）随着选矿车间生产规模不断扩大，对泵的使用要求越来越高，需要具有更高的扬程。高扬程会加大泵体负荷、加剧过流件磨损，因此陶瓷泵更符合生产实际需求。为满足生产实际需求，某车间从2019 年开始，先后在脱水工段、重选工段投入使用陶瓷渣浆泵代替原金属泵，共计9 台，其中6 台为替换原25CCNZJH 型金属过流件渣浆泵。

（2）随着处理量的提高，矿浆输送量日益增大，控制矿浆流向流量的闸阀遭受的冲击也随之增大，导致阀门磨损加剧、更换频繁，浮选工段旋流器上的管夹阀使用寿命仅约6 个月。某车间从2019 年开始，先后将浮选工段旋流器上的气动管夹阀更换为气动陶瓷球阀。

（3）某车间半自磨圆筒筛下料梭槽原使用为进口钢板镶嵌，因矿石颗粒粗，矿浆磨损冲刷严重，进口钢板使用寿命仅为6 个月作业。某车间从2020 年开始，通过采用耐磨陶瓷橡胶复合板代替进口钢板，镶嵌在下料梭槽处试用。

2.3 实施效果

（1）2020 年5 月脱水工段安装使用的陶瓷渣浆泵至2021年5 月，内部易损件几乎没有磨损痕迹（图1）。与车间原25CCNZJH 金属过流件渣浆泵（叶轮、护套等使用寿命约为1.5 个月）比较，其过流件使用寿命明显较长，减少泵的维修次数和维护成本。陶瓷泵易损件使用寿命周期为15 个月，金属泵易损件为1.5个月，前者比后者的使用周期更长，可以减少人力成本、时间成本以及因维修导致的不必要精矿损失。

图1 使用1 年后的陶瓷泵

（2）某选矿车间于2019 年9 月1 日、2020 年7 月28 日，分别在浮选工段脱泥一旋流器处各安装1 台和4 台气动陶瓷球阀，陶瓷球阀最长使用寿命可达19 个月。经过检查，部件磨损均不大，预计还可再使用5～6个月（图2）。而原来的管夹阀使用寿命只有6 个月左右，陶瓷阀的使用寿命明显长于管夹阀，大大减少了维修次数和维护成本。

图2 使用1 年后的陶瓷球阀

（3）2020 年7 月，采用耐磨陶瓷橡胶复合板代替进口钢板后，部件磨损量减小，使用至2022 年3月仍未更换。进口钢板的使用寿命为6 个月，耐磨陶瓷橡胶复合板的使用寿命为24 个月，不仅使用寿命增长了4 倍，还减少了因更换所导致的停机损失。另外，耐磨陶瓷橡胶复合板的重量低于进口钢板，大大降低了安装难度，以及工人的工作强度和维修风险。