為降低泗洲選礦廠二段磨礦作業(yè)球磨介質(zhì)消耗和磨礦電耗，針對(duì)傳統(tǒng)磨礦介質(zhì)鋼球在磨礦過(guò)程中自身消耗和磨礦電耗高的缺點(diǎn)，進(jìn)行了氧化鋁瓷球替代鋼球試驗(yàn)研究。通過(guò)試驗(yàn)室不同球徑氧化鋁球配比試驗(yàn)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)磨礦介質(zhì)充填率對(duì)比試驗(yàn)，得出35，25 mm 2 種球徑按質(zhì)量比6∶4，磨礦介質(zhì)充填率為36%時(shí)，磨礦產(chǎn)品中的-0.074 mm 含量最高，磨礦過(guò)程最穩(wěn)定。分析鋼球和氧化鋁球生產(chǎn)運(yùn)用對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，氧化鋁球可使磨機(jī)磨礦電單耗下降約30%，介質(zhì)單耗下降66%，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有推廣價(jià)值。
作者及單位
張金華1， 李永峰2
1.江銅集團(tuán)德興銅礦;2.威海市海王旋流器有限公司
引用格式
張金華, 李永峰. 氧化鋁球在泗洲選礦廠二段磨礦中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代礦業(yè), 2023(1):211-214.
正文
江銅集團(tuán)德興銅礦屬特大型斑巖銅礦，礦石類型以細(xì)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(dú)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(zhǎng)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。
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(wàn)t，磨礦作業(yè)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(yè)，浮選作業(yè)包括一段銅硫混浮和二段銅硫分離，選礦產(chǎn)品主要有銅精礦、硫精礦。磨礦作業(yè)在選礦中占有極其重要的地位，磨礦作業(yè)使用的磨礦介質(zhì)絕大部分為普通鋼球，不僅鋼球耗量大，還因鐵球密度大導(dǎo)致磨礦作業(yè)能耗占選礦廠能耗的50%左右。為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能降碳、綠色發(fā)展的戰(zhàn)略要求，泗洲選礦廠從2017年開(kāi)始在二段磨礦作業(yè)開(kāi)展使用氧化鋁球替代鋼球作為磨礦介質(zhì)試驗(yàn)，并在現(xiàn)場(chǎng)逐步推廣使用。二段磨礦作業(yè)在滿足浮選工藝要求的前提下，大幅降低了磨礦介質(zhì)消耗和磨礦電耗，降低了磨礦生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)技術(shù)顯著。
1 氧化鋁球特性
氧化鋁球又稱氧化鋁陶瓷球，根據(jù)氧化鋁含量的不同可細(xì)分為90 瓷、92 瓷、95 瓷、99 瓷等系列。氧化鋁球?qū)儆跐穹ㄑ心ゴ汕?，密度?.6 g/cm3，是鋼球的一半，因而同等體積的氧化鋁球質(zhì)量只有鋼球的一半。同時(shí)，它還具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性、耐高溫的特點(diǎn)，作為磨礦介質(zhì)能大幅降低磨機(jī)運(yùn)行負(fù)荷及電能消耗，且自身磨損消耗也小。氧化鋁因其優(yōu)良特性被廣泛應(yīng)用于不同類型的陶瓷、水泥、玻璃等工廠的厚硬材質(zhì)精加工和深加工。除上述行業(yè)外，目前石英、化工等行業(yè)生產(chǎn)中也在陸續(xù)嘗試使用氧化鋁球。氧化鋁球的主要特性見(jiàn)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(jià)格不同，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用需求及成本合理選擇。
在有色金屬礦山磨礦作業(yè)中，磨礦介質(zhì)普遍采用含鉻鋼球，主要是鋼球性質(zhì)穩(wěn)定，價(jià)格相對(duì)便宜，來(lái)源廣泛，密度大，對(duì)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(huán)境影響，特別是水質(zhì)pH值，在酸性介質(zhì)中腐蝕磨損快，易造成耗量上升，增加用球成本。鋼球質(zhì)量受含鉻量影響大，質(zhì)量不佳的鋼球在磨礦作業(yè)過(guò)程中易開(kāi)裂，降低磨礦效果，增加鋼球消耗量。此外，鋼球比重大，沖擊力強(qiáng)，致使球磨機(jī)能耗高，磨礦成本增加。氧化鋁球和鋼球外觀見(jiàn)圖1。
2 二段磨礦作業(yè)工藝流程
泗洲選礦廠二段磨礦作業(yè)采用一段閉路磨礦分級(jí)流程，該流程是將一段浮選作業(yè)產(chǎn)出的粗精礦先進(jìn)行旋流器預(yù)先分級(jí)，預(yù)先分級(jí)的溢流產(chǎn)品進(jìn)入二段銅硫分離浮選作業(yè)，分級(jí)沉砂進(jìn)入球磨機(jī)再磨;球磨機(jī)的排礦進(jìn)入泵池，通過(guò)渣漿泵送至旋流器進(jìn)行檢查分級(jí)，檢查分級(jí)的溢流產(chǎn)品與預(yù)先分級(jí)的溢流產(chǎn)品匯合一起進(jìn)入二段銅硫分離浮選作業(yè)，分級(jí)沉砂返回球磨機(jī)再磨，形成一個(gè)閉路磨礦分級(jí)作業(yè)。該磨礦流程的主要設(shè)備有?2.1 m×3.0 m 溢流型球磨機(jī)(1 開(kāi)1 備)，海王?250 mm 預(yù)先分級(jí)旋流器(4 臺(tái))和海王?350 mm 檢查分級(jí)旋流器組(3 臺(tái))，6/4EAHR渣漿泵型(2 臺(tái))和相應(yīng)管路。磨礦介質(zhì)為鋼球，日常補(bǔ)加球?yàn)?35 mm，正常生產(chǎn)情況下，鋼球單耗0.028～0.030 kg/t，球磨機(jī)功率約140 kW，預(yù)先和檢查分級(jí)溢流-0.074 mm 含量要求85%以上。二段磨礦分級(jí)作業(yè)工藝流程見(jiàn)圖2。
3 氧化鋁球磨礦試驗(yàn)研究
為了研究合適的氧化鋁瓷球磨礦參數(shù)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(yàn)室和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展了相應(yīng)的試驗(yàn)研究，試驗(yàn)包括不同球徑配比的磨礦試驗(yàn)、不同介質(zhì)充填率磨礦試驗(yàn)及氧化鋁球和鋼球現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比，試驗(yàn)用球?yàn)?5氧化鋁瓷球。
3.1 球徑配比試驗(yàn)
在磨礦過(guò)程中，對(duì)固定裝球量而言，球徑大則個(gè)數(shù)少，每次磨礦循環(huán)時(shí)對(duì)礦粒的打擊次數(shù)少，球荷總的研磨面積亦減少，礦粒受到的打擊及磨剝的機(jī)會(huì)減少，磨礦產(chǎn)品中磨不細(xì)的級(jí)別產(chǎn)率必然增大，磨機(jī)的生產(chǎn)能力下降;同時(shí)，球徑大則破碎力相應(yīng)增大，產(chǎn)品中過(guò)粉碎級(jí)別多，總的磨礦效果惡化。球徑過(guò)小雖然每次循環(huán)對(duì)礦粒的打擊次數(shù)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(xì)級(jí)別會(huì)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(dǎo)致過(guò)粉碎級(jí)別增多及磨礦效果惡化。合適的球徑配比對(duì)提高磨礦質(zhì)量影響較大。
3.1.1 試驗(yàn)方案
(1)樣品。濕礦樣取自選礦廠二段磨礦作業(yè)球磨機(jī)給料入口處，經(jīng)烘干、混勻、縮分，制備16 等份，每份1 kg。
(2)試驗(yàn)組數(shù)設(shè)置。磨礦試驗(yàn)分別將35，25 mm 2種球徑的氧化鋁球按質(zhì)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(yàn)3次并取平均值作為結(jié)果，共計(jì)磨礦15次。
(3)試驗(yàn)條件。試驗(yàn)室采用360 mm×150 mm 小型球磨機(jī)，正常裝球量20 kg。每次磨礦質(zhì)量1 kg，磨礦時(shí)間15 min，磨礦濃度參考生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)為65%，分別檢測(cè)每次磨礦產(chǎn)品-0.074 mm百分含量。
3.1.2 試驗(yàn)結(jié)果
通過(guò)檢測(cè)記錄5 組不同球徑配比磨礦產(chǎn)品-0.074 mm含量，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。
由圖3 可見(jiàn)，在一定范圍內(nèi)隨著球徑35 mm 氧化鋁球比例的增加，磨礦產(chǎn)品中-0.074 mm 含量增加，但超過(guò)一定比例后，磨礦產(chǎn)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(xiàn)場(chǎng)粗精礦時(shí)，2種球徑的氧化鋁球質(zhì)量配比6∶4為宜。
3.2 介質(zhì)充填率試驗(yàn)
球磨介質(zhì)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(zhì)充填率，選廠利用現(xiàn)場(chǎng)球磨設(shè)備進(jìn)行了介質(zhì)充填率工業(yè)試驗(yàn)。二段磨礦作業(yè)使用?2.1 m×3.0 m 溢流型球磨機(jī)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量計(jì)算，該球磨機(jī)允許的最高介質(zhì)充填率為38%，當(dāng)磨礦介質(zhì)超出該上限值時(shí)，容易出現(xiàn)吐球現(xiàn)象，不能保持正常生產(chǎn)。結(jié)合以往運(yùn)行積累的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，此次介質(zhì)充填率試驗(yàn)分別設(shè)置為30%，32%，34%，36%，38%，并依次由低到高進(jìn)行試驗(yàn)。在保持外部條件基本穩(wěn)定的情況下，每組參數(shù)穩(wěn)定運(yùn)行3 個(gè)班次，每班測(cè)量球磨機(jī)排礦中的-0.074 mm含量，取3個(gè)班平均值作為該組參數(shù)結(jié)果，結(jié)果見(jiàn)圖4。
由圖4 可見(jiàn)，在一定范圍內(nèi)隨介質(zhì)充填率的增加，磨礦產(chǎn)品中-0.074 mm 含量隨之增加，但超過(guò)36%后，磨礦產(chǎn)品中的-0.074 mm 含量增加幅度不大，而且因充填率較高，試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)部分磨細(xì)的氧化鋁球隨著礦漿排出，影響后續(xù)旋流器分級(jí);另外，隨著介質(zhì)充填率上升，球磨機(jī)功率同步上升，電耗增加;綜合考慮，磨礦介質(zhì)充填率36%為宜。
3.3 工業(yè)試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比
為客觀準(zhǔn)確掌握氧化鋁球?qū)嶋H運(yùn)用指標(biāo)，開(kāi)展了氧化鋁球和鋼球工業(yè)對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)技術(shù)路線為利用生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)2臺(tái)相同型號(hào)的球磨機(jī)，分別以氧化鋁瓷球和鋼球作為磨礦介質(zhì)，試驗(yàn)中2臺(tái)球磨機(jī)的磨礦介質(zhì)尺寸配比、介質(zhì)充填率、每日補(bǔ)加球量、礦石性質(zhì)、分級(jí)設(shè)備等外部條件相同，每臺(tái)球磨機(jī)輪換交替穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)一周，檢測(cè)記錄2 臺(tái)球磨機(jī)的運(yùn)行功率、磨礦介質(zhì)單耗和磨礦分級(jí)溢流產(chǎn)品質(zhì)量，并進(jìn)行效果對(duì)比。經(jīng)過(guò)8 周的生產(chǎn)數(shù)據(jù)檢測(cè)，2 臺(tái)不同介質(zhì)球磨機(jī)的對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表2、表3。
由表2、表3 可知，試驗(yàn)過(guò)程中2 臺(tái)球磨機(jī)的運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)較為穩(wěn)定，具有良好的代表性;在磨礦電耗方面，使用氧化鋁球磨機(jī)的平均功率為69 kW，使用鋼球磨機(jī)的功率為139 kW，初步計(jì)算氧化鋁球可降低約30%的磨機(jī)電耗;在球磨介質(zhì)消耗方面，氧化鋁球的平均單耗為0.009 4 kg/t，鋼球?yàn)?.028 kg/t，氧化鋁球噸礦消耗量?jī)H為鋼球的33.5%，即便氧化鋁球的單價(jià)約為鋼球的1.5倍，但氧化鋁球的綜合介質(zhì)成本明顯更低;在磨礦效果方面，使用鋼球磨機(jī)的溢流產(chǎn)品中-0.074 mm 含量比氧化鋁球高3～4個(gè)百分點(diǎn)，但均在87%以上，雖然氧化鋁球磨礦效果略差，但能滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝要求。
4 氧化鋁球現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用優(yōu)化
4.1 分級(jí)旋流器參數(shù)優(yōu)化
泗洲選礦廠二段磨礦檢查分級(jí)作業(yè)中所使用的分級(jí)設(shè)備為3 臺(tái)海王?350 mm 旋流器組。該旋流器組技術(shù)參數(shù)是針對(duì)使用鋼球的情況而設(shè)定的，旋流器初始安裝的沉砂嘴規(guī)格為?30 mm。在推廣使用氧化鋁球做磨礦介質(zhì)后，因球磨機(jī)排礦的粒度組成發(fā)生了變化，為確保分級(jí)效果，選廠對(duì)旋流器的沉砂嘴尺寸進(jìn)行了相應(yīng)參數(shù)優(yōu)化，分別選取?25 mm，?30 mm，?35 mm，?40 mm 4 種規(guī)格的沉砂嘴進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，每個(gè)尺寸沉砂嘴穩(wěn)定運(yùn)行1周，檢測(cè)相應(yīng)的溢流濃細(xì)度，結(jié)果見(jiàn)表4。
由表4 可知，?35 mm 沉砂嘴各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于?25 mm，?30 mm，?40 mm 沉砂嘴;在后續(xù)的氧化鋁球推廣應(yīng)用中，將旋流器沉砂嘴尺寸全部設(shè)定為?35 mm。
4.2 球磨機(jī)操作規(guī)程優(yōu)化
氧化鋁瓷球(95 瓷)密度約3.65 g/cm3，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)粗精礦密度為3.4 g/cm3，兩者接近。在磨機(jī)充填率和磨礦濃度上升時(shí)，部分小瓷球會(huì)隨礦漿一起從磨機(jī)中排出，排出的瓷球若處理不當(dāng)，會(huì)堵塞分級(jí)旋流器沉砂嘴，惡化旋流器分級(jí)效果，進(jìn)而影響浮選入選原礦粒度，造成浮選指標(biāo)波動(dòng)。為適應(yīng)新變化，該廠總結(jié)出了應(yīng)對(duì)措施，一是加強(qiáng)球磨機(jī)磨礦濃度控制，制定濃度上限值，避免出現(xiàn)過(guò)高濃度;二是在球磨機(jī)排礦口增設(shè)網(wǎng)格格篩，防止小球進(jìn)入旋流器;三是嚴(yán)格球磨和旋流器渣漿泵的開(kāi)停順序，球磨機(jī)按“先開(kāi)后停，不帶礦空轉(zhuǎn)10 min”的要求操作。經(jīng)過(guò)上述優(yōu)化，氧化鋁球在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定推廣使用。
5 結(jié) 論
(1)泗洲選礦廠在現(xiàn)有礦性及設(shè)備條件下，在二段磨礦推廣應(yīng)用氧化鋁球，磨礦介質(zhì)球徑35，25 mm 2種球按質(zhì)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(zhì)，可有效降低磨礦介質(zhì)消耗及磨礦電耗，節(jié)約磨礦成本。根據(jù)工業(yè)試驗(yàn)測(cè)算，磨機(jī)磨礦電單耗約下降30%，介質(zhì)單耗下降66%，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有推廣價(jià)值。
(3)氧化鋁球密度較鋼球更小，對(duì)礦物的沖擊破碎效果不如鋼球，對(duì)改善二段磨礦過(guò)程中的過(guò)粉碎具有較好的效果，但對(duì)磨礦產(chǎn)品細(xì)度要求較高的生產(chǎn)工藝過(guò)程，因其磨礦效果比鋼球差，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)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(guò)程中，在磨礦濃度和充填率較高時(shí)，瓷球容易從出料口排出，影響正常生產(chǎn)，故球磨機(jī)操作規(guī)程和分級(jí)設(shè)備應(yīng)改變優(yōu)化。
參考文獻(xiàn)(略)
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