某锌锡铜铁硫多金属矿应用陶瓷球工业试验

李自刚 谢 斌

（1.云南华联锌铟股份有限公司；2.景德镇百特威尔新材料有限公司）

随着矿产资源的开发与利用，易选的单一矿石越来越少，对复杂难选多金属矿产资源的综合回收越来越受到重视［1］。中国锡矿床属锡石多金属硫化物矿床，具有较高的回收价值，是工业发展过程中不可或缺的原材料［2］。硫化矿物一般采用浮选方法分离富集，其适宜的给料粒度为10～150 μm，要求矿石细磨。锡石主要采用重选方法富集回收，其适宜的给料粒度为74～250 μm，要求矿石粗磨［3］。所以，在锡石多金属硫化矿磨矿实践中，由于矿石中有用矿物锡石和硫化矿在矿物性质与选别粒度上存在差异，常造成锡石过磨与硫化矿欠磨的矛盾［4-5］。在我国损失的金属锡中，80%的金属锡因过磨问题随矿泥流失，造成极大的资源浪费［6］。

磨矿作业为后续选别作业提供合适粒度的物料，磨矿产品的好坏将直接影响选厂的经济技术指标［7］。磨矿过程通常伴随着矿物的过粉碎，不仅会加大目的矿物的浮选难度，而且会增加电力、介质的消耗，造成资源及能源的损失。目前，诸多学者通过磨矿过程优化，缓解锡石过磨和硫化矿欠磨的矛盾。杨金林等［3］通过对锡石多金属硫化矿磨矿试验研究，发现入磨粒度对磨矿效果影响明显，当入磨粒度为-2 mm，磨矿时间为4～6 min，磨矿浓度为75%时，可有效缓解锡石过磨和硫化矿欠磨的矛盾。陈勇等［8］研究了锡石多金属硫化物在不同磨矿条件下的选择性磨矿行为，发现球体介质对于矿石具有较强的冲击破碎力，添加柱体介质，能有效改善脆性矿物的过粉碎问题。

近年来，纳米复合陶瓷球（以下简称“瓷球”）作为新型磨矿介质，具有硬度高、密度轻、高耐磨、无铁质污染等特点，同时磨矿产品具有良好的粒度分布特性，能有效减轻过粉碎，已被广泛应用于金属矿山细磨领域［9-10］。本文以某锌锡铜铁硫多金属选矿厂二段磨为研究对象，对比了瓷球介质替换钢锻介质后的磨矿效果，发现与钢锻和钢球磨矿相比，瓷球磨矿全面改善了磨矿产品的粒度分布特性，磨矿能耗及介质消耗量大幅降低，同时减少了过磨泥化现象，为选别和脱水创造了更好的作业条件。

1 磨矿工艺流程

某金属矿山设有A 系统、B 系统2 个平行的两段磨矿系统，一段磨矿介质为钢球，二段磨矿介质为钢锻。一段磨矿—分级回路采用格子型球磨机MQG2 700 mm×3 600 mm 与FX-500 型水力旋流器组成闭路；二段磨矿—分级回路采用格子型球磨机MQG2 400 mm×3 000 mm与FX-350型水力旋流器组成闭路。原矿经一段闭路磨矿后，一段分级溢流进入二段磨机进行闭路磨矿，二段分级溢流作为最终磨矿产品进入后续浮选作业。磨矿工艺流程见图1。

工业试验期间，在保留A、B 系统一段球磨机中原有钢球介质的前提下，更换A、B 系统二段球磨机中的介质种类。其中，A系统二段磨采用瓷球作为磨矿介质，初装球量为8.63 t，ϕ30 mm、ϕ25 mm、ϕ20 mm瓷球配比为33.3%∶33.3%∶33.3%，补加瓷球为ϕ30 mm，补加量50 kg/d。B 系统二段磨采用钢球作为磨矿介质，初装球量13.09 t，ϕ50 mm、ϕ40 mm、ϕ30 mm钢球配比为33.3%:33.3%:33.3%，补加钢球为ϕ50 mm、ϕ40 mm，补加量分别为110，70 kg/d。磨矿介质具体补加情况见表1。

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2 小型试验研究

2.1 同等质量介质对比试验

试验用小型球磨机型号为ϕ450 mm×450 mm，进行同等质量钢锻与瓷球开路磨矿40 min。其中钢锻ϕ45 mm×50 mm、ϕ30 mm×40 mm、ϕ30 mm×35 mm、ϕ25 mm×30 mm 配比为30%∶20%∶30%∶20%，充填率为25.27%；瓷球ϕ35mm、ϕ30mm、ϕ25 mm、ϕ20mm 配 比 为30%∶20%∶30%∶20%，充 填 率 为56.92%。试验对比结果见表2。

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由表2 可知，与钢锻磨矿相比，同等质量瓷球磨矿产品中-0.074 mm 产率提高9.09 个百分点，过粗粒级（+0.15 mm）产率降低1.32个百分点，中间可选粒级（0.019～0.10 mm）产率及中间易选粒级（0.037～0.074 mm）产率分别提高0.41、3.04个百分点。

2.2 同等磨矿细度对比试验

在保留同等介质质量对比试验磨矿条件的前提下，降低瓷球充填率至35.36%，使得瓷球磨矿产品（-0.074 mm）细度与钢锻磨矿相当，试验结果见表3。

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由表3 可知，当磨矿产品细度相当时，与钢锻磨矿相比，瓷球磨矿过细粒级-0.037 mm 产率降低2.15个百分点，过粗粒级+0.15 mm 产率降低1.08 个百分点，中间可选粒级0.019～0.10 mm产率及中间易选粒级0.037～0.074 mm 产率分别提高5.67，2.32 个百分点。

综合来说，瓷球磨矿能全面改善磨矿产品的粒度分布特性，有效减轻钢锻磨矿时存在的欠磨及过磨问题，可为后续瓷球磨矿工业应用提供理论基础。

3 工业试验研究

3.1 磨矿—分级指标分析

工业试验期间，A、B系统磨矿—分级回路运行平稳，运行工况指标见表4。

由表4 可知，一段磨矿A、B 系统的磨机运行功率、旋流器压力之间并无明显变化；二段磨矿A、B 系统的磨机运行功率分别为140～160 kW 和190～220 kW，降幅为26.32%～27.27%，但旋流器压力基本维持在60～70 kPa，说明瓷球磨矿可有效降低磨机运行功率，达到节能降耗的效果。

3.2 二段流程考察筛析

A、B系统二段流程工业应用考察结果见表5。

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由表5 可知，A 系统磨矿新生-0.074 mm 产率提升17.67 个百分点，新生-0.037 mm 产率提升9.58 个百分点；B系统磨矿新生-0.074 mm 产率提升14.12个百分点，新生-0.037 mm产率提升8.76个百分点；A系统在沉砂细度低于B系统的情况下，排矿细度却高于B 系统，说明在二段磨矿工艺中瓷球磨矿能力高于钢球磨矿，同时瓷球磨矿可以改善磨矿产品的粒度分布特性。

3.3 溢流产品粒度筛析

3.3.1 A系统前后筛析对比

因原矿性质变化，原矿品位偏低，矿石嵌布粒度细，A 系统工业应用前后溢流产品粒度筛析对比见表6。

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由表6可知，A系统采用瓷球磨矿后，溢流产品粒度分布特性得到改善，-0.074 mm产率为61.25%，较之前的56.95%增加了4.30 个百分点；过细粒级-0.010 mm产率为9.22%，较之前的12.32%，降低了3.10个百分点，-0.010 mm 金属量分布为5.94%，较之前的8.64%，降低了2.70 个百分点；说明在二段磨矿中瓷球磨矿能力优于钢锻，可有效解决钢锻欠磨问题，同时有效改善锡金属量分布。

3.3.2 A、B系统工业应用瓷球后筛析对比

A、B系统工业应用瓷球后，溢流产品粒度筛析对比结果见表7。

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由表7可知，瓷球磨矿相比钢球磨矿，虽然-0.074 mm 含量相当，但瓷球磨矿过细粒级-0.010 mm 产率为9.22%，较钢球磨矿降低了1.30 个百分点；说明在二段磨矿中，瓷球磨矿在改善粒度分布特性的同时，能够有效减轻钢球过磨问题。

4 工业试验成效

4.1 磨矿流程考察情况

由于一段磨矿给矿粒度较细，-10 mm 含量95.39%，为了避免一段过磨，将物料分配至二段，整体磨矿分级作业运行平稳，A系统二段磨矿分级回路指标见表8。

注：排矿细度指-0.074 mm 粒级产率，磨矿新生产率指新生-0.074 mm粒级产率。

由表8可知，球磨机排矿细度提升了6.25%，磨矿新生提升了34.68%；此外分级效率显著提高，技术效率提高34.82%，分级质效率提高2.72%，返砂比下降29.43%，促进了磨机利用系数的提高，提升幅度达25.89%。

4.2 选别指标情况

A、B系统工业应用期间选别指标见表9。

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由表9 可知，因A、B 系统铜锌原矿品位存在差异，精矿品位相同，折算后回收率相近，说明使用瓷球作为磨矿介质能够满足铜、锌的选别要求；A 系统在锡原矿品位略低的情况下，锡粗精矿理论回收率提高0.61 个百分点，说明瓷球磨矿有助于锡指标的回收。

4.3 能耗指标情况

A、B 系统二段磨矿工业应用期间能耗指标对比见表10。

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由表10可知，瓷球磨矿节能降耗效果显著，单位电耗下降了43.32%，单位球耗下降了10.34%，二段磨矿综合成本下降了31.00%。

A系统二段磨矿介质更换为瓷球后，整体磨矿能耗减少1.46 kW·h/t，整体单位成本减少0.62 元/t，A系统每年可节约电费24.55 万元。A系统二段单位成本相比于B 系统减少0.09 元/t，A 系统每年可节约球费3.56 万元。综合来看，A系统二段瓷球磨矿每年可节约综合费用28.11 万元。

5 结 论

（1）某锌锡铜铁硫多金属选矿厂通过钢锻与瓷球同等质量磨矿试验，发现瓷球磨矿细度（-0.074 mm）较钢锻提升9.09个百分点；通过钢锻与瓷球同等磨矿细度试验，发现在相同磨矿时间下，瓷球磨矿产品中间可选粒级0.019～0.10 mm产率及中间易选粒级0.037～0.074 mm 产率分别提高5.67，2.32 个百分点，充分表明瓷球磨矿效果优于钢锻磨矿。

（2）通过工业试验研究，发现瓷球磨矿不仅可以改善产品粒度特性分布，而且可优化磨矿分级回路指标，显著提高磨矿效率。同时，在满足铜、锌的选别要求下，能有效缓解因过磨带来的锡产品流失问题。

（3）二段瓷球磨矿较钢球磨矿可节约用电成本24.55 万元/a，节约介质成本3.56 万元/a，降本增效效果显著。