非金屬耐磨材料在礦山過流設備中的選擇與應用

楊昌凱，曾漢東

（大冶有色金屬有限責任公司銅山口銅礦， 湖北大冶市 435122）

非金屬耐磨材料在礦山過流設備中的選擇與應用

楊昌凱，曾漢東

（大冶有色金屬有限責任公司銅山口銅礦， 湖北大冶市 435122）

設備過流件的磨損和腐蝕是影響礦山、冶金、石油等行業(yè)生產和可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一，簡要分析了過流件磨損失效機理及主要影響因素，提出采用DX非金屬耐磨材料對已報廢的渣流泵過流件進行修復。通過對其主要性能進行測試及現場試驗，證明該非金屬耐磨材料可減少過流設備磨損、提高其使用壽命、降低使用成本，具有良好的市場前景和廣泛的社會經濟效益。

非金屬耐磨材料；耐磨度；過流件；渣漿泵；磨損機理

0 前 言

在冶金、化工、礦山、電力、石油等工業(yè)生產過程中，過流設備的磨損和腐蝕是不可避免的，工況條件的不同使這些過流件的使用壽命也存在著很大的差異，給企業(yè)正常生產和設備維護帶來很大困難，生產成本也不斷加大。據不完全統(tǒng)計，2010年我國因設備磨損和腐蝕造成的經濟損失為9500億元，機電產品失效原因大多為磨損和腐蝕，約有80%的機器零部件都是因為磨損而失效。

銅山口銅礦是大冶有色金屬公司的主要生產礦山之一，礦石主要有用礦物成份為銅、黃鐵礦、鉬、硫等，采用銅鉬混合浮選、銅硫分離、銅鉬分離技術進行浮選，選礦處理能力為4000t／d，工藝流程為碎礦－磨礦－浮選－脫水，受銅礦物與黃鐵礦連生成礦條件和選礦工藝的影響，屬于難分離礦石，可選性不佳，生產過程中極易造成選礦設備負荷過重和老化現象，特別是過流設備（如碴漿泵、球磨機、浮選機）過流件磨損嚴重。因此，如何利用新技術和新材料解決過流設備的磨損問題、提高過流件的使用壽命、降低生產成本，是礦山實現資源高效利用，經濟效益、社會效益、環(huán)境效益的有機統(tǒng)一和可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

1 過流件磨損失效的機理及主要破壞部位

1.1 過流件磨損失效機理

碴漿泵（渦漫泵）是金屬礦山選礦工藝流程中最常見的過流設備。根據流體中的固體顆粒與過流部件工作面的接觸方式，其常見的破壞形式主要有沖擊磨損、剝蝕、研磨破壞3種。由于通流物質為含有固體顆粒的礦漿，其工作性質決定了過流部件的破壞主要為流體顆粒磨損。

實際工況條件下，過流件的磨損機理非常復雜，磨損現象也不能簡單地認為是單一的磨損類型，而往往是多種形式的復合或派生，如氣蝕磨損、沖蝕磨損和研磨破壞等。此外，過流件的使用壽命往往還受工況條件的影響，如流速、礦漿（砂漿）濃度、壓力、酸堿性等，正常工況下，過流件的氣蝕磨損和沖蝕磨損都存在，且往往是氣蝕的存在進一步加快了過流件磨損的進程，氣蝕磨損嚴重者，其擴展深度可達20mm以上，甚至穿透過流件的基體。理論上氣蝕磨損和沖蝕磨損屬于侵蝕磨損，也可以作為疲勞磨損的派生形式，其實質主要是由于機械力造成的表面疲勞破壞，是礦漿的化學和電化學作用使過流件的耐磨度減小。

1.2 過流件主要破壞部位

從該礦選礦流程中使用的各種碴漿泵的使用情況來看，除工況條件和泵位不同時磨損情況也不同外，實際工況情況下，礦漿濃度不同其磨損程度也存在較大的差異。礦漿濃度較低時，過流件磨損以剝蝕為主，氣蝕為輔，在吸嘴和葉輪葉片根部主要的磨損方式為剝削磨損，渦流的增加使磨損加劇；礦漿濃度較高時，過流件磨損以沖擊磨損為主，特別是在有渦流的情況下，由于礦漿中大顆粒的慣性和離心作用，泥漿顆粒以較大的動能沖擊葉輪，且頻率很快，則造成過流件破壞嚴重，主要是葉輪和護板之間的間隙小容易引起研磨破壞。在蝸殼內，泥漿（礦漿）中的顆粒在圓形流道內受離心力的作用撞擊泵殼內壁，蝸殼受到全方位的沖擊，磨損以犁切或切削磨損和氣蝕磨損為主。

2 碴漿泵磨損的影響因素

（1）碎礦細度。正常情況下，碎礦細度與過流件的磨損程度成正比，主要原因是：粒度越大，往往傳遞的動能也越大，使磨損加劇，而細顆粒能形成滑移層，保護過流部件免受磨損，降低了過流件的整體磨損量。

（2）轉速。理論上，過流件的磨損量隨轉速的增加，呈幾何指數增加。該礦選礦車間使用渣漿泵的電機轉速都是額定的，為800～1000r／min，不利于減少過流件的磨損。因此，應在保持流量和揚程的前提下，盡量選用低轉速，有條件的可以選用調速電機來控制轉速。

（3）礦漿（泥漿）濃度。一般工況條件下，礦漿濃度為20%～50%，磨損量隨著礦漿濃度的增加而增加，但當濃度增加到40%以上時，磨損量隨濃度的增加反而減小。

（4）泵工作地點。在不影響選礦工藝的情況下，泵應根據需要放置在效率較高的地點，避免因效率過低或超負荷運轉產生渦流，使過流件磨損加快。

3 非金屬耐磨材料的選擇和應用

大冶有色公司銅山口礦選礦工藝流程由碎礦、磨礦、脫水三大部分組成，礦漿和尾礦的輸送主要采用渣漿泵輸送，共有各種類型渣漿泵20余臺，主要型號為125ZGB－360、150ZGB－360、200ZBG－760等，渣漿泵的泵體、葉輪多采用高鉻合金整鑄，采購成本也較高。由于礦漿（特別是尾礦）的輸送量大、運距遠，每臺泵的過流件（前后護板、護套、葉輪等）的更換周期較短，約為40～60d，造成生產使用過程中過流件消耗量較大，更換頻繁維護費用高，年消耗金額約60～80萬元，且工人勞動強度大，對于選礦的成本單耗影響較大，嚴重影響生產和企業(yè)效益，而對于磨損的過流件通常只能做廢品處理。

為降低生產成本，提高過流件的使用壽命，該礦和省外的科研院所合作進行了科技攻關，選用DX非金屬耐磨材料對已經報廢的渣漿泵過流件進行整體修復試驗。該材料具有施工方便、耐磨度高、耐酸堿、與金屬粘合強度高等特點，完全適合選礦流程中的固體雙相或多相流體輸送設備過流件的修復和保護，特別對于處于酸堿腐蝕等特殊工況條件下的過流設備的磨損，具有其它金屬材料性能所不具備的防腐性能。其理化性能見表1。

表1 DX耐磨材料主要性能

為檢驗非金屬耐磨材料在渣漿泵過流件修復后的磨損情況，選擇在3＃球磨混合精礦再磨礦漿輸送的1＃渣漿泵（150ZGD－630A型）進行現場試驗，所輸送的礦漿濃度為15%，粒度為－200目占75%左右，礦漿量為100～130m3／h。試驗結果表明，1＃泵位新備件平均使用壽命為1440h（連續(xù)運轉2個月），經DX非金屬耐磨材料修復后，試驗件連續(xù)運轉使用時間已超過1900h（2個半月），且目前仍在使用，修復成本僅為更換新件的70%左右，達到了預期效果。

4 結 論

實踐證明，在使用各種類型過流設備的礦山中，根據設備的實際工況條件，合理配置，采用新技術、新材料提高其過流設備的循環(huán)利用是完全可行的。DX非金屬耐磨材料的應用，不但能減少過流設備的磨損、降低消耗、提高過流件的使用壽命、減少過流設備的維護成本、降低工人勞動強度，而且也是礦山實現資源綜合利用和循環(huán)經濟發(fā)展模式的一種有效途徑，對推進礦山可持續(xù)發(fā)展、提高礦山經濟效益、促進資源綜合利用來說都是非常有意義的。

2012－03－01）

楊昌凱（1963－），男，工程師，現從事礦山設備及技術管理工作，Email：13451074345＠163.com。