纳米陶瓷球在复杂多金属矿细磨的应用研究.pdf

4 0 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第4 期 d o i l O ．3 9 6 9 ／j ．i s s n l 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 9 ．0 4 ．0 0 8 纳米陶瓷球在复杂多金属矿细磨的应用研究 韩彬，莫峰，贾素娥，张柳 云南华联锌铟股份有限公司，云南文山6 6 3 7 0 1 摘要都龙矿区是我国一座含有大量共伴生稀贵金属的大型锌锡铜复杂多金属矿床。矿石成分复杂，嵌布粒度细，细 磨是实现较高的精矿品位和回收率的关键。目前，矿区选厂采用特种钢球作为细磨的介质，存在负荷大、能耗高，细度达不到 工艺技术要求等问题，为此，开展了纳米陶瓷球在复杂多金属矿铜粗精矿细磨的应用研究。研究结果表明，纳米陶瓷球有效 的提升了磨矿效率，铜粗精矿再磨细度达到了～0 ．0 3 7m m 占8 0 ％以上，且无铁离子干扰，很好地改善了选矿指标。在原矿含 铜略有下降的前提下，铜精矿品位提高1 ％，铜精矿回收率提升6 ％。同时，球耗、能耗下降明显，球耗仅为轴承钢球的六分之 一、电耗可节约2 4 ％。每年可为公司增效10 0 0 多万元。 关键词纳米陶瓷球；复杂多金属矿；细磨 中图分类号T D 9 5 2 ；T D 9 2 1 ．4文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 9 0 4 0 0 4 0 0 5 A p p l i c a t i o no fN a n o c e r a m i cB a l li nF i n eG r i n d i n go fC o m p l e xP o l y m e t a l l i cM i n e s H A NB i n ，M OF e n g ，JI AS u e ，Z H A N GL i u 么n n a nH u a l i a nZ i n ca n dI n d i u mC o ．，L 丁D ，W e n s h a nY u ，2 行行口”6 6 3 7 0 1 ，C h i n a A b s t r a c t D u l o n gm i n i n ga r e ai sal a r g ec o m p l e xp o l y m e t a l l i cd e p o s i to fz i n c ，t i na n dc o p p e rc o n t a i n i n g al a r g en u m b e ro fc o m m o nr a r ep r e c i o u sm e t a l s ．T h eo r ec o m p o s i t i o ni sc o m p l e x ，t h ee m b e d d e dg r a i ns i z ei s f i n e ，f i n eg r i n d i n gi st h ek e yt Oa c h i e v eh i g hm i n e r a lq u a l i t ya n dr e c o v e r yr a t e ．A tp r e s e n t ，t h es p e c i a ls t e e l b a l li su s e da st h em e d i u mo ff i n eg r i n d i n gi nt h em i n es e l e c t i o np l a n t ，a n dt h e r ea r ep r o b l e m ss u c ha sh i g h l o a d ，h i g he n e r g yc o n s u m p t i o n ，a n dl a c ko ff i n e n e s st om e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h ep r o c e s st e c h n o l o g y ．I n t h i sp a p e r ，t h ea p p l i c a t i o nr e s e a r c ho fn a n o c e r a m i cb a l li nt h ef i n eg r i n d i n go fc o m p l e xc o p p e ro r ei s e x p l o r e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h en a n o m e t e rc e r a m i cb a l lc a ne f f e c t i v e l yi m p r o v et h eg r i n d i n ge f f i c i e n c y ， a n dt h er e g r i n d i n gf i n e n e s so fc o p p e rc o a r s ec o n c e n t r a t er e a c h e s 0 ．0 3 7m ma c c o u n t i n gf o rm o r et h a n 8 0 ％，a n dt h e r ei sn oi r o ni o ni n t e r f e r e n c e ，w h i c hi m p r o v e st h eo r ed r e s s i n gi n d e x ．U n d e rt h ep r e m i s et h a t t h ec o p p e rc o n t e n to ft h eo r i g i n a lo r ed e c r e a s e ds l i g h t l y ，t h eg r a d eo fc o p p e rc o n c e n t r a t ei n c r e a s e db y1 ％ a n dt h er e c o v e r yr a t eo fc o p p e rc o n c e n t r a t ei n c r e a s e db y6 ％．A tt h es a m et i m e ，t h eb a l lc o n s u m p t i o na n d e n e r g yc o n s u m p t i o nh a v ed e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y ．T h eb a l lc o n s u m p t i o ni so n l yo n e s i x t ho ft h eb a l lo f b e a r i n gs t e e la n dt h ep o w e rc o n s u m p t i o nc a ns a v e2 4 ％．I tc a na d dm o r et h a n 10m i l l i o ny u a nt ot h e c o m p a n ye a c hy e a r ． K e yw o r d s n a n o c e r a m i cb a l l s ；c o m p l e xp o l y m e t a l l i cm i n e r a l s ；f i n eg r i n d i n g 随着社会经济的快速发展，矿产资源的消耗速 度越来越快，富矿、易选矿石越来越少，低品位复杂 难选矿石逐渐得到人们的重视。难选矿石往往嵌布 粒度细，成分复杂，为了确保较高的精矿品位和回收 率，矿石的细磨成为此类矿石能否利用的关键[ 1 ] 。 搅拌磨机的研磨球是实现细磨的一个重要因素，研 磨球的质量好坏及自身性质直接会影响到搅拌磨机 内的能量转换效率、机械部件使用寿命、使用过程中 的电流和电耗量、启动负载以及出料产品质量等。 目前研磨介质均以特种钢球为主，研磨球的进步与 更新换代也都局限在钢球领域。但是随着国内无机 非金属科学及特种陶瓷技术的突飞猛进，特种陶瓷 介质已经普遍运用到各种复杂及严苛的环境中。工 程陶瓷具有良好的耐热、耐磨损、耐酸碱等性能，能 收稿日期2 0 1 9 - 0 1 - 0 8修回日期2 0 1 9 - 0 1 2 3 作者简介韩彬， 1 9 8 9 一 ，男，广西玉林人，工程师，主要从事矿产资源综合利用研究工作。 万方数据 2 0 1 9 年第4 期韩彬等纳米陶瓷球在复杂多金属矿细磨的应用研究工艺试验研究 4 1 用于许多金属和非金属不能适用的恶劣工况，因而 成为一种热门的新材料。工程陶瓷作为现代高科技 新材料，技术日益成熟。研磨行业对陶瓷球在耐磨 研磨介质中的应用进行了不懈的努力，高耐磨的陶 瓷球不断推向市场[ 2 。5 ] 。 都龙矿区是我国继云南个旧和广西大厂之外的 又一大型、含有大量共伴生稀贵金属的锌锡铜多金 属矿床[ 6 ] 。铜锌粗精矿再磨工艺是有效实现铜锌精 确分选和品质提升的关键作业，针对铜锌粗精矿分 级旋流器分级效果较差，再磨效果不能稳定达到工 艺技术的要求，并且采用轴承球磨矿介质比重大装 球充填率较高时磨机负荷重，当出现设备故障停磨 机后就无法正常启动 需排放空钢球才能启动 ，钢 耗、电耗均较高且工艺技术效果不稳定等问题，需探 索新的磨矿介质提高铜锌立磨机的再磨工艺效果。 本文针对该现象，对景德镇高硬度、高耐磨的纳米氧 化铝陶瓷球进行铜再磨磨矿介质的工业应用研究， 为细磨的研磨球应用提供一种新的思路。 1矿石性质和工艺流程 1 ．1 矿石性质 都龙矿区矿石性质较为复杂，重要金属元素铜、 锌、锡、铁等都主要以独立矿物形式存在。其中，铜 矿物主要为黄铜矿，经显微镜下观察，黄铜矿与闪锌 矿关系最为密切，多以包裹体的形式嵌布在闪锌矿 中，闪锌矿中包裹的黄铜矿一般嵌布粒度较细，多数 呈乳滴状嵌生的黄铜矿不能充分单体解离，这是影 响铜有效选别的重要矿物学因素。除与闪锌矿紧密 共生外，也常见黄铜矿与黄铁矿、磁黄铁矿、毒砂等 矿物紧密共生，其中黄铜矿或与磁黄铁矿呈简单共 边结构或以细粒包体形式嵌布在磁黄铁矿中，多数 黄铜矿充分单体解离十分困难。详见图1 。 图1黄铜矿 C c p 的工艺矿物学特征 F i g ．1 T e c h n i c a lm i n e r a l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fc h a l c o p y r i t e 1 ．2 工艺流程 都龙矿区某选矿厂选铜采用的工艺流程见图2 ， 采用一次粗选、两次扫选流程。浮选作业均采用 K Y F 一7 0 充气机械搅拌式浮选机，浮选浓度3 4 ％～ 3 8 ％；铜粗精矿经过一次混合精选后进行再磨分级， 分级采用一组西1 6 5 5 3 用2 备 旋流器，溢流细度 一3 7 t L m 占8 0 ％，再磨设备采用美卓 V T M - 1 2 5 - W B 立式螺旋搅拌磨机，粗精矿经再磨分级后通过一次 浮选机精选和两段浮选柱精选，产出最终的铜精矿。 2 铜再磨的现状 目前，云南都龙矿区某选矿车间铜立式搅拌磨 机磨矿介质使用的是西2 5m m 和①1 5m m 的轴承 钢球，在使用过程中存在以下问题 1 随着铜矿的贫化，嵌布粒度越来越细，需要的 再磨细度也越来越高。经过长期的探索，铜粗精矿 再磨细度须达到一3 7 ”m 占8 0 ％的工艺标准，才能 取得较好的技术指标。对2 0 1 6 年下半年铜粗精矿 再磨分级细度进行了统计，具体见表1 。由表1 可 知，铜粗精矿再磨后的分级溢流细度一3 7 肚m 含量 为5 7 ．5 4 ％～7 1 ．2 4 ％，相对于再磨前粗精矿，一3 7 u m 含量增加7 ．6 ％～8 ．4 ％，但对应的铜再磨分级 溢流细度均达不到8 0 ％以上的工艺要求，造成了铜 精矿指标不理想。 万方数据 4 2 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第4 期 原矿 锌精矿 图2 选铜工艺流程 F i g ．2 F l o w s h e e to fc o p p e rf l o t a t i o n 表1使用轴承钢球铜立磨再磨细度情况 T a b l e1 R e g r i n d i n gf i n e n e s so fc o p p e r v e r t i c a lg r i n d i n gu s i n gb e a r i n gs t e e lb a l ll ％ 2 轴承钢球比重大，负荷高。若为了使磨矿细 度达到工艺要求而添加大量轴承钢球，会造成磨机 负荷重，电机发热跳停等。且正常充填率时，出现设 备故障停机后就无法正常启动，需排空钢球方能启 动。此外，钢耗、电耗均较高。 3 钢球在使用一段时间后变形大，失圆率高。 对使用过一段时间的轴承钢球进行筛分统计，见图 3 ，发现 1 5m m 以上钢球变形基本为0 ，1 3 ～1 5m m 之间存在少量的变形，6 ～1 3m m 存在大量的变形， 小于6m m 已经完全变形，刚球变形后表面出现凹 陷。进行研磨时，物料“躲”在凹陷区内研磨不到，形 成“无效”表面积，从而降低磨矿效率。 因此，为了提升铜粗精矿再磨粒度，稳步提升铜 精矿技术指标，以及达到节能降耗，降本增效的目 的，很有必要进行纳米陶瓷球的应用研究。 图3 钢球形变情况 F i g ．3 D e f o r m a t i o no fs t e e lb a l l s 3纳米陶瓷球的应用研究 3 ．1 纳米陶瓷球性质 试验用陶瓷球为景德镇百特威尔新材料有限公 司生产的高硬度、高耐磨的纳米氧化铝陶瓷球。该 陶瓷球主要成分为三氧化二铝，密度3 ．7g ／c m 3 ，莫 氏硬度为9 。经实验室研究得出该陶瓷球具有高耐 磨性，其磨耗是一般陶瓷球的五分之一左右、钢球的 八分之一左右；磨耗与氧化锆球相当，价格仅是氧化 锆球的三分之一左右。表2 为纳米陶瓷球与耐磨钢 球的参数对比。 万方数据 2 0 1 9 年第4 期韩彬等纳米陶瓷球在复杂多金属矿细磨的应用研究工艺试验研究 4 3 表2纳米陶瓷球与耐磨钢球的参数对比 T a b l e2C o m p a r i s o no fp a r a m e t e r sb e t w e e n n a n o m e t e rc e r a m i cb a l la n dw e a r r e s i s t a n ts t e e lb a l l 项目名称耐磨钢球纳米陶瓷球 主要成分／％ F e8 5 、C r1 0 、C3 A l z O s9 2 、S i O z4 微量元素S i 、M n 、P 、S 、M o 、A lC a O 、M g O 真密度／ t m _ 3 7 ．3 ～7 ．83 ．7 堆积密度／ t m _ 3 4 ．5 2 ．3 奠氏硬度 6 ．89 ．0 白磨耗／ g k g h 1 6 05 破碎比例／％≤0 ．5≤0 ．1 最小有效直径／m m 62 3 ．2 陶瓷球充填量试验 将铜立式搅拌磨机的轴承钢球全部放出清空， 检修并更换磨损螺旋轴衬板，将铜立式搅拌磨机内 注满水，确保磨机无漏水现象；初装陶瓷球5t 初始 表3 T a b l e3 球径质量配比为西1 3 垂1 5 西2 0m m 一2 2 1 ， 调节及日常补加用球5t ，启动磨机并观察电流变化 稳定后开始给人物料，稳定运行3 ～5d 后检测其磨 矿效果；根据磨矿产品的细度决定是否继续添加调 试球，直至产品细度达到工艺标准 一3 7t s m 含量达 8 0 ％左右 ；待主机电流及产品细度稳定后，即可实 现稳定生产并根据电流变化及实际球耗制定补加球 制度。通过装5 ～8t 的陶瓷球和1 0t 的轴承钢球磨 机的运行电流值及磨矿效果试验结果来看，装7t 陶 瓷球的磨矿效果明显优于装1 0t 轴承球，表明了陶 瓷球可达到与轴承球更优的磨矿效果，且磨机运行 电流下降2 5 ％左右，若矿石性质变化，仍可增加陶瓷 球来获得更细的铜粗精矿再磨细度，以便达到铜单 体解离效果，详见表3 。 陶瓷球充填量工业试验结果 R e s u l t so fi n d u s t r i a lt e s to fc e r a m i cb a l lf i l l i n gc a p a c i t y 3 ．3 工业试验效果及效益分级系统进行为期1 0 个月的磨矿效果、球耗情况和 为了确定纳米陶瓷球的稳定性和磨耗，对铜再磨技术指标跟踪检查，详见表4 和表5 。 表4长期使用陶瓷球铜精矿再磨细度数据表 T a b l e4 R e g r i n d i n gf i n e n e s so fc o p p e rc o n c e n t r a t eu s i n gc e r a m i cb a l lf o ral o n gt i m e ／％ 再磨前细度 一3 7t t m 占比 7 8 ．8 26 5 ．9 36 6 ．1 46 2 ．4 37 5 ．0 88 1 ．1 38 0 ．1 16 7 ．0 47 2 ．6 17 8 ．6 6 再磨后细度 一3 7g m 占比 8 5 ．1 3 8 0 ．3 6 7 8 ．7 17 4 ．4 38 3 ．4 59 1 ．5 49 4 ．4 97 9 ．2 48 5 ．1 98 5 ．8 9 再磨后一再磨前 一3 7 “m 占比 6 ．3 11 4 ．4 31 2 ．5 71 2 ．0 08 ．3 71 0 ．4 11 4 ．3 81 2 ．1 91 2 ．5 99 ．2 2 分级量效率 8 5 ．3 47 0 ．5 96 5 ．9 98 2 ．6 38 0 ．2 46 9 ．1 35 1 ．9 48 0 ．0 77 0 ．1 48 5 ．6 4 分级质效率 2 3 ．2 63 6 ．3 73 3 ．3 63 4 ．9 93 5 ．2 94 1 ．6 63 9 ．7 54 3 ．1 73 7 ．8 33 4 ．3 5 表5纳米陶瓷球使用效果统计 T a b l e5S t a t i s t i c so nt h ee f f e c t so f n a n o c e r a m i cb a l l 注轴承钢球数据来源为2 0 1 6 年全年选矿车I 司累计统计数据；陶瓷 球数据来源为2 0 1 7 年1 ～1 0 月份选矿车间累计统计数据。 由表4 可知，铜粗精矿再磨分级溢流细度 一3 7 儿m 含量为7 4 ％～9 0 ％，相对于铜混精矿 再磨 前 ，3 7 “m 增加量基本在8 个百分点以上。陶瓷球 作为铜锌立式搅拌磨机磨矿介质与轴承球相比，磨 矿工艺指标优于轴承钢球，磨矿细度细度和稳定性 得到较好的提升。2 0 1 7 年5 月，利用检修时间检查 了立式搅拌磨内部磨损情况，使用5 个月后立式搅 拌磨螺旋叶片及衬板磨损不大，纳米陶瓷球磨至 4m m 仍然完整，并无变形、碎裂等现象，详见图4 。 由表5 统计数据可知，陶瓷球作为铜锌立式搅 拌磨机磨矿介质与轴承球相比，节电效果明显，铜立 磨使用轴承球运行功率为7 5 ．5k W h 运行电流 1 4 1A 左右 ，使用陶瓷球运行功率为5 7k w h 运 行电流1 0 8A 左右 ，运行功率下降1 8k w h ，节约 能耗2 4 ％。吨原矿单耗量明显下降，铜锌立磨的陶 瓷球总球耗为2g ／t 原矿，轴承钢球总球耗为1 2 g ／t 原矿，陶瓷球耗仅为轴承钢球的六分之一。此外， 纳米陶瓷球有效地提升了磨矿效率，同时磨矿时几 乎无铁离子混入，可避免铜粗精矿浮选提纯时受到 万方数据 4 4 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第4 期 铁离子的影响，改善选矿指标。采用纳米陶瓷球后， 再原矿含铜略有下降的前提下，铜精矿品位提高 1 ．0 1 ％，铜精矿回收率提升6 ．0 2 ％。扣除纳米陶瓷球 单价较高所增加的成本，每年仍可增效10 0 0 多万元。 图4 使用半年后的纳米陶瓷球 F i g ．4 N a n o c e r a m i cb a l l sa f t e rs i xm o n t h so fu s e 4结论 1 钢球介质研磨至1 3m m 以下，球表面出现凹 陷，进行研磨时，物料“躲”在凹陷区内研磨不到，形 成“无效”表面积，降低磨矿效率。纳米陶瓷球比重 小，同重量的球可得到较高的充填率，且可保持球形 至4m m 以下，有效磨矿表面积增大，可提升磨矿效 率，增加磨矿细度，稳步提升指标。 2 纳米陶瓷球较好解决了钢球介质磨矿细度达 不到工艺要求，比重大装球充填率较高时磨机负荷 重，设备故障停磨机后就无法正常启动等问题，球耗 仅为轴承钢球的六分之一，节约能耗2 4 ％。此外，铜 指数指标得到了很好的提升，在原矿含铜略有下降 的前提下，铜精矿品位提高1 ％，铜精矿回收率提升 6 ％，经济效益明显。 3 纳米陶瓷球具有很好的推广意义。在铜粗精 矿再磨得到成功应用后，已在公司内部的锌粗精矿 再磨、锡次精矿再磨、锡摇床中矿再磨推广应用，也 为其在矿业行业的细磨领域的应用提供成功的实例 和思路。 参考文献 F 1 ] 胡国辉，张廷龙，宋现洲，等．新型陶瓷球在大型立式搅拌 磨上的应用初探[ J ] ．矿山机械，2 0 1 8 ，4 6 1 0 3 0 3 2 ． E 2 3 孙爱辉，彭志兵．某摇床尾矿中细粒锡石的回收试验I - J ] ． 有色金属 选矿部分 ，2 0 1 3 6 4 0 4 4 ． [ 3 ] 江领培，吴彩斌，雷阿丽，等．纳米陶瓷球在某萤石粗精矿 再磨中的试验研究I - J ] ．非金属矿，2 0 1 8 ，4 1 3 6 6 6 8 ． [ 4 ] 王志忠．用陶瓷球代替部分高铬球在水泥磨的应用[ J ] ． 水泥，2 0 1 8 5 4 8 5 0 ． [ 5 3 李沅忻，杨建福．浅谈水泥厂节能工艺陶瓷球应用 E J ] ．建材发展导向，2 0 1 7 ，1 5 1 6 2 0 2 2 ． E 6 3 韩彬，刘亚伟，牛珊，等．高硫锡粗精矿新型活化剂脱硫试 验研究E J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 7 1 9 1 9 4 ． 万方数据