非金屬材料在礦山選礦設(shè)備防磨防腐的廣泛應(yīng)用

黃曉宇

摘 要：礦山選礦設(shè)備主要應(yīng)用于破碎、磨礦、浮選、分級、脫水、選別等選礦工藝作業(yè)流程上，目前隨著國家對節(jié)能、環(huán)保、降耗要求的增加，規(guī)模化礦山的選礦設(shè)備易損件、防腐防磨材料從傳統(tǒng)金屬材料不斷向非金屬材料沿伸發(fā)展，具有耐磨、耐腐、經(jīng)濟、環(huán)保等特性的新型金屬、非金屬材料產(chǎn)品逐步推廣運用，通過金屬、非金屬材料的優(yōu)化互補，以復(fù)合的、單一加強形式切入實際工業(yè)化生產(chǎn)中，對于提高選礦設(shè)備運轉(zhuǎn)率、延長易損件使用壽命的作用愈發(fā)明顯，一定程度上降低了選礦單位成本。本篇就從常見的幾種類型非金屬材料在選礦工藝設(shè)備的實際應(yīng)用，閘述非金屬材料替代傳統(tǒng)金屬材料的方向和優(yōu)缺點。

關(guān)鍵詞：非金屬材料；防磨防腐；選礦廠設(shè)備

非金屬材料因重量輕、加工工藝相對簡單、能源消耗低、使用壽命長等經(jīng)濟性諸多優(yōu)勢，使其在選礦防磨、防腐方面的應(yīng)用越發(fā)廣泛。對于選礦設(shè)備來說，設(shè)備運轉(zhuǎn)率的高低，影響到選礦單位成本，在一些非沖擊工況下，采用非金屬材料，在流動和弱酸堿性環(huán)境下，其特有的屬性對防磨防腐的作用相當(dāng)明顯。

1.非金屬材料概述

對于非金屬材料，是指導(dǎo)熱導(dǎo)電性能較差非金屬性質(zhì)較為明顯的材料。進入19世紀之后，在科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)技術(shù)快速發(fā)展的推動下，尤其在有機與無機化學(xué)工業(yè)快速發(fā)展的推動下，人類開始將石油、礦物以及植物等作為原材料，合成制造一些新型材料，并且這些新型材料完全不具備金屬性質(zhì)，比如，合成纖維、合成樹脂、水泥、特種陶瓷以及人造石墨等。

在這些材料中，其有著不同的優(yōu)異性能，完全超過了一些金屬材料以及天然非金屬材料的性能，在工業(yè)發(fā)展中其用途得到不斷拓展，并且其發(fā)展十分迅速。

另外，部分非金屬材料有著較高的硬度以及耐磨性，比如剛玉、碳化硅以及金剛石等，可以制作刀具、研磨劑、傻不以及砂輪等工具，為人們切削與磨削提供服務(wù)。部分材料有著較強的彈性以及耐磨性，比如運輸皮帶以及橡膠輪胎等可以被用于煤炭、礦石以及泥沙等顆?？鼓p需求中。部分材料自身具有低摩擦系數(shù)以及潤滑性能，能夠有效減小摩擦以及磨損，比如碳化硅、石墨以及塑料等材料，運用其制成的密封圈、導(dǎo)軌等零件，能夠在少油潤滑的條件下穩(wěn)定運行。在選礦設(shè)備的磨機襯板會選用橡膠材質(zhì)，渣漿泵過流件也選用橡膠材質(zhì)，做為更適合延長使用壽命的耐磨材料，這些統(tǒng)稱為耐磨材料。

比如塑料、石墨、陶瓷等品種，均具有耐有機溶劑鹽、堿、酸等新能，能夠適應(yīng)很多復(fù)雜工況。這樣的非金屬材料被稱為耐腐蝕材料。

目前應(yīng)用較為廣泛的非金屬材料包括：聚胺脂、橡膠、PE塑料、碳化硅等

選礦廠上應(yīng)用的最廣泛最有代表意義的就是這幾種。

1.1非金屬材質(zhì)的易損件優(yōu)點

（1）使用壽命相對長。在一些非耐受沖擊工況下，在流動和弱酸堿性環(huán)境下，非金屬材料具有較好的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。闡述其分子結(jié)構(gòu)和屬性特點。

（2）重量輕，安裝方便，勞動強度降低。在同樣體積下，碳鋼類制品比重是非金屬材料的幾倍，在選礦設(shè)備易損件的使用上，即使是在同等使用壽命下，非金屬材料重量輕，安裝條件要求不高，勞動強度相對低，更換和維修所需時間容易控制，有助于提高設(shè)備生產(chǎn)效率。

（3）性價比高。非金屬材料的性價比相對金屬材料高。畢竟非金屬材料的取得要比金屬材料簡單成本低，甚至某些非金屬材料是工業(yè)副產(chǎn)品和衍生物，譬如塑料類是石油煉化的衍生物，也可以人工有機合成，相對于金屬元素和資源來說，更容易獲得，雖然我國是資源大國，但卻是鐵礦石第一進口國，在金屬利用領(lǐng)域上，不僅是上游缺少物盡其用，下游企業(yè)的技術(shù)水平仍與一流水平有較大差距，從戰(zhàn)略上和制造成本各方面，非金屬材料無非更具有性價比。

（4）耐磨、耐腐、耐酸耐堿?；瘜W(xué)性質(zhì)上，金屬材料在遇弱性酸堿時易發(fā)生還原反應(yīng)，在選礦復(fù)雜工況條件下，產(chǎn)生弱酸弱堿的腐蝕環(huán)境頗多，碳鋼金屬材料更加容易受腐蝕，以致強度下降。而非金屬材料的結(jié)構(gòu)分子較為惰性，而且是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的高分子，不像金屬離子容易被酸堿還原，所以在選礦細磨、攪拌、浮選、分級等礦漿需要旋轉(zhuǎn)運動時，非金屬材料更加耐沖刷，耐腐蝕。

1.2非金屬材質(zhì)的易損件局限性

（1）需定型生產(chǎn)。由于非金屬材料熔點低，抗彎強度差，不同于金屬材料焊接、氣焊、熔鑄等多樣加工工藝，制造過程是為了某一特定的結(jié)構(gòu)或者生產(chǎn)需求設(shè)計出來的，從頭到尾都是需要特定的模具，相對固定模式實施加工，較為單一，拓展性不強。

（2）不耐高溫及沖擊。由于非金屬材料熔點低，抗彎強度差，在產(chǎn)生磨擦和受強烈沖擊工況下，不能做為主要易損件使用，譬如礦石破碎工序，自磨工序。

（3）切削加工有限制。在大型裝備和設(shè)備上，非金屬材料要做到大而強，用切削加工難以實現(xiàn)，即使用復(fù)合方式，因為塑性大，彈性強，都不能達到金屬材料切削的精度控制。

（4）不適于精度要求高的場合。在生產(chǎn)和實踐生活中，非金屬材料強度硬度的局限，存在加工精度不高問題，因為金屬材料更具備剛性韌性，也更易控制加工精度，可通過熱處理增強硬度、強度、抗彎性，市面上應(yīng)用非金屬材料提高強度的加工工藝相對復(fù)雜，提高加工精度的方法也有待提高。

2.非金屬材料在選礦設(shè)備易損件的運用案例

2.1振篩篩網(wǎng)

篩網(wǎng)是礦石物料的篩分工藝中主要易損件，在聚氨酯復(fù)合篩網(wǎng)之前，都以金屬材料篩網(wǎng)為主，在濕式篩分工況下，金屬材料篩網(wǎng)的不足包括耐磨及耐腐蝕性差，使用壽命短，物料篩分粒度質(zhì)量控制偏差大，且成本高，噪音大。聚氨酯復(fù)合篩網(wǎng)彈性好、耐磨耐腐性優(yōu)，而且成型方便、重量輕，安裝簡單，使用表現(xiàn)為壽命長、篩分質(zhì)量保證，適用范圍廣（干料、濕料、各種礦石）等特點，因此，聚氨酯篩網(wǎng)已逐步取代金屬篩網(wǎng)，具有廣闊的發(fā)展前景。

普通聚氨酯篩網(wǎng)如方孔和圓孔篩網(wǎng)由于孔的尺寸比較大因此可以采用膠板沖孔的方法進行生產(chǎn)，但對于條縫篩網(wǎng)由于篩孔非常小且多為上小下大的錐形孔因此采用傳統(tǒng)的模壓法和沖孔法難以實施只能用澆注的方法，澆注時為了保證開孔準確率必須嚴格控制澆注量.因此選用自制的RRIM機進行澆注。【1】

非金屬振篩的應(yīng)用優(yōu)點還包括在實際應(yīng)用中的出色性能表現(xiàn)，這樣材料做成的振動篩在工作當(dāng)中的可以提高工作效率，由于非金屬材料與被篩材料的接觸之間有很大的附著力，使材料可以產(chǎn)生二次高頻震動，增強物料通透性使物料能得到更充分的震動，使效率大大的提升，提高分篩率，而且能降低噪音。

2.2橡膠的應(yīng)用

對于橡膠的應(yīng)用，選礦設(shè)備上應(yīng)用已較為廣泛。

（1）礦漿輸送泵多用于選礦工序的礦漿運送，其過流件（葉輪、護套、護板等）以合金鋼材質(zhì)為主，而現(xiàn)在橡膠材質(zhì)過流件已部分取代，或者混合搭配使用，使用效果明顯，業(yè)界對于橡膠材質(zhì)過流件的使用經(jīng)驗說明，在低揚程、物料細的工況下，橡膠材質(zhì)過流件適應(yīng)性強，耐腐耐磨，使用壽命更長，成本低。

（2）在浮選機中，一般將被藥劑處理之后的礦漿，促使部分礦粒能夠選擇性地在氣泡上固著；浮于礦漿表面被刮出制作泡沫產(chǎn)品，其余部分繼續(xù)在礦漿中，進而實現(xiàn)分析礦物的目標。浮選機中定子和葉輪目前用橡膠材料。葉輪在轉(zhuǎn)動時要形成負壓，這樣金屬材料的使用并不能是負壓達到很好的效果，此時橡膠的柔性就得到發(fā)揮，而且橡膠的耐腐蝕性也同樣適用于這里。定子在浮選機里的作用是使礦化氣泡均勻的分布在槽體表面。定子的作用和穩(wěn)流板一樣，主要是消除礦漿自旋，以保證液面平穩(wěn)。當(dāng)葉輪甩出的礦漿與定子葉片撞擊時，產(chǎn)生新的漩渦。有利于卷吸（分割）空氣和氣泡分裂。因此，定子設(shè)計的優(yōu)劣，會影響泡沫層穩(wěn)定性和充氣量。所以，定子采用橡膠材料可以使過程更加的順利，避免了使用金屬材料的損耗。

（3）HDPE材料用于輸送礦漿管道和礦山廢水，耐磨、耐腐、耐酸耐堿。聚乙烯是乙烯通過聚合反應(yīng)，形成的一種熱塑性樹脂。輸送礦漿用聚乙烯管道的原因是由于HDPE管的耐腐蝕、耐磨性能良好，因此其不需要進行防腐保養(yǎng)，另外，其具有摩阻小、質(zhì)輕、耐老化、耐低溫、施工方便等特點，尤其在固液漿體物料方面有著良好的運輸性能。美國在50年代之后就開始加強對礦用管道的研制力度，并在裝備工藝以及原材料等方面嚴格制定了規(guī)范要求，進而60年代后期之后已經(jīng)將HDPE管應(yīng)用于有色金屬礦與化工礦等礦漿運輸中。當(dāng)前，HDPE管在國外有著良好的發(fā)展前景，雖然我國在80年底初才開始將HPDE管應(yīng)用與礦漿運輸中，但其發(fā)展空間良好。【2】

礦山廢水的內(nèi)容物比較復(fù)雜多具有腐蝕性，因為不同的礦物選別要用到不一樣的選礦藥劑，容易產(chǎn)生腐蝕的影響。如果碳鋼材料、鑄鐵管道，維護保養(yǎng)不善的話，磨穿泄漏對周邊環(huán)境會造成嚴重污染，而PE材料管道應(yīng)用范圍廣，泄漏機率低許多，而且增加壁厚的難度不大，不產(chǎn)生負作用。

（4）碳化硅耐磨材料。碳化硅的性質(zhì)比較穩(wěn)定，硬度高，做為浮選機、攪拌機槽體內(nèi)襯材料，具有耐磨、耐腐、耐酸良好的性能。碳化硅耐磨材料內(nèi)襯施工簡單，修復(fù)性好。另碳化硅制品也屬于耐火材料，它具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性，高熱震穩(wěn)定性，高荷重軟化點及很好的耐磨性能，廣泛用于各種有特殊要求行業(yè)。碳化硅耐火制品歷來用于砌筑豎罐、制造塔盤和馬弗爐膽等，做鋁電解槽內(nèi)襯、制浮選機葉輪和高溫換熱器，是近年來的新發(fā)展?！?】

3.結(jié)語

非金屬材料在工程領(lǐng)域中得到充分利用，在礦山選礦工藝流程中更是發(fā)揮著巨大作用，非金屬材料作為可持續(xù)利用的材料有著優(yōu)良的性能和替代金屬材料的未來趨勢。非金屬材料的前景良好，希望在以后的生產(chǎn)實際中我們可以攻克難題使非金屬材料得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻：

[1]彈性條縫篩網(wǎng)用聚氨酯彈性體的研制 趙飛 劉錦春 孫學(xué)紅 王偉（青島科技大學(xué) 266042）

[2]大口徑輸送礦漿用聚乙烯管材的開發(fā)與應(yīng)用 邱祥玉 楊蘇平 洪小秋 （揚子石油化工股份有限公司研究員 南京 210048）

[3]山東中鵬碳化硅