納米陶瓷球在金翅嶺金礦立磨機(jī)的應(yīng)用

摘要： 針對(duì)立磨機(jī)磨礦介質(zhì)采用高鉻鋼球造成的螺旋襯板消耗高、氰化鈉和鋅粉消耗增加等問(wèn)題，金翅嶺金礦進(jìn)行了納米陶瓷球替代高鉻鋼球試驗(yàn)研究及工業(yè)應(yīng)用。結(jié)果表明：立磨機(jī)最佳運(yùn)行條件為磨礦濃度（66±2）%、運(yùn)行電流（13±2）A，補(bǔ)加球制度為25 mm與20 mm質(zhì)量比2 ∶ 1;納米陶瓷球和高鉻鋼球磨礦分級(jí)產(chǎn)品粒度分布、磨礦效率和金浸出率基本一致，但減少了鐵質(zhì)污染，同時(shí)球耗從7.720元/t降至0.191元/t，螺旋襯板年耗從3套降至1.69套，總計(jì)年可節(jié)省費(fèi)用249.15萬(wàn)元，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。

關(guān)鍵詞： 立磨機(jī);納米陶瓷球;高鉻鋼球;磨礦介質(zhì);磨礦

??中圖分類號(hào)：TD453 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

文章編號(hào)：1001-1277（2021）09-0081-04 doi：10.11792/hj20210915

???引 言

立式螺旋攪拌磨礦機(jī)作為高效率的細(xì)磨設(shè)備，已廣泛應(yīng)用于冶金、化工等工業(yè)領(lǐng)域。招金礦業(yè)股份有限公司金翅嶺金礦（下稱“金翅嶺金礦”）引進(jìn)美卓公司生產(chǎn)的VTM-400-WB型立磨機(jī)（下稱“立磨機(jī)”）作為細(xì)磨設(shè)備，日可處理浮選金精礦600 t。立磨機(jī)提高了金礦物的解離度，減輕了過(guò)磨，同時(shí)可去除礦物表層雜質(zhì)，有效改善氰化指標(biāo)，但該立磨機(jī)采用高鉻鋼球作為磨礦介質(zhì)，螺旋襯板消耗增加，同時(shí)鋼球磨損產(chǎn)生的雜質(zhì)鐵進(jìn)入流程，造成氰化鈉和鋅粉等藥劑消耗，增加了生產(chǎn)成本[1]。因此，尋找新的磨礦介質(zhì)替代高鉻鋼球，減少雜質(zhì)鐵進(jìn)入浸出工藝對(duì)降低流程雜質(zhì)及成本等具有重要意義。

工程陶瓷具有良好的耐酸堿、耐磨等性能，能適用于許多的金屬和非金屬不能應(yīng)用的惡劣工況，因而成為一種熱門的新材料。納米陶瓷球作為工程陶瓷的一種應(yīng)用，廣泛應(yīng)用于立式攪拌磨機(jī)、艾薩磨機(jī)等細(xì)磨設(shè)備，其為惰性介質(zhì)，磨損后產(chǎn)生的碎屑不溶于氰化鈉。金翅嶺金礦將納米陶瓷球應(yīng)用于氰化生產(chǎn)立磨機(jī)，取得了良好生產(chǎn)效果。

1 金翅嶺金礦生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1 磨礦工藝流程

金翅嶺金礦年可處理浮選金精礦19.8萬(wàn)t，原料來(lái)源廣泛，性質(zhì)復(fù)雜。氰化工藝為常規(guī)的二浸二洗工藝，采用的立磨機(jī)裝機(jī)功率為298 kW，臺(tái)時(shí)處理能力25 t。磨礦工藝流程見圖1。

1.2 原磨礦介質(zhì)及參數(shù)

金翅嶺金礦氰化廠立磨機(jī)原磨礦介質(zhì)采用高鉻鋼球，初裝球尺寸13 mm與9 mm質(zhì)量比1 ∶ 1。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和工業(yè)試驗(yàn)確定補(bǔ)加球制度為25 mm與20 mm質(zhì)量比1 ∶ 4，最佳充填率為28 %，主電動(dòng)機(jī)電流22 A，最佳磨礦濃度（75±5）%。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，立磨機(jī)再磨產(chǎn)品中-38 μm粒級(jí)占比達(dá)54 %，旋流器分級(jí)粒度-38 μm占（91±2）%。

1.3 產(chǎn)品粒度分布

金翅嶺金礦浮選金精礦粒度分布見表1，利用高鉻鋼球作為磨礦介質(zhì)時(shí)立磨機(jī)給礦和排礦粒度分布見表2。

2 納米陶瓷球試驗(yàn)研究

納米陶瓷球密度為3.7 g/cm3左右，莫氏硬度為9。 該陶瓷球具有高耐磨性，其磨耗是一般陶瓷球的四分之一、鋼球的十分之一左右，與氧化鋯球相當(dāng)，但價(jià)格僅是氧化鋯球的三分之一左右。此外，其具有耐高溫、耐酸堿（除氫氟酸）的一系列優(yōu)點(diǎn)[2]。因此，金翅嶺金礦采用納米陶瓷球作為細(xì)磨介質(zhì)，以減少雜質(zhì)鐵對(duì)浸出的影響。納米陶瓷球化學(xué)成分及物理性能見表3。

通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，納米陶瓷球應(yīng)用于銅礦、鉛鋅礦細(xì)磨時(shí)[3]，電能消耗、材料消耗、襯板磨損都有大幅度下降。因此，2019年下半年，金翅嶺金礦決定采用納米陶瓷球作為浮選金精礦細(xì)磨立磨機(jī)的磨礦介質(zhì)。 由于第一次將納米陶瓷球應(yīng)用于浮選金精礦細(xì)磨，因此進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室球磨機(jī)磨耗率試驗(yàn)，并在補(bǔ)加球制度、磨礦濃度、充填率等方面進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)。

2.1 磨耗率

取相同質(zhì)量和直徑的高鉻鋼球和納米陶瓷球分別置于XMQ-240×90實(shí)驗(yàn)室球磨機(jī)中，分別添加清水1 000 g、石灰50 g進(jìn)行耐磨試驗(yàn)，總計(jì)磨礦48 h，每間隔6 h取出，冷卻后稱量，計(jì)算磨耗率。具體磨耗率曲線見圖2。

由圖2可知：納米陶瓷球和高鉻鋼球的磨耗率均隨球磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間增加而增加，磨礦48 h后，納米陶瓷球磨耗率為0.14 %，高鉻鋼球磨耗率為1.30 %;可見在實(shí)驗(yàn)室球磨機(jī)中納米陶瓷球磨耗率約為高鉻鋼球的十分之一。

2.2 補(bǔ)加球制度

金翅嶺金礦立磨機(jī)磨礦介質(zhì)采用納米陶瓷球，初裝球質(zhì)量為21 t，尺寸為25 mm、20 mm、13 mm，質(zhì)量比為8 ∶ 8 ∶ 5;補(bǔ)加球25 mm與20 mm質(zhì)量比為1 ∶ 1。經(jīng)過(guò)15 d工業(yè)試驗(yàn)，磨礦產(chǎn)品中 -38 μm占48 %左右，與高鉻鋼球相差6 百分點(diǎn)左右。通過(guò)計(jì)算，確定最終初裝球質(zhì)量為24 t，25 mm、20 mm、 13 mm質(zhì)量比為10 ∶ 9 ∶ 5;補(bǔ)加球25 mm與20 mm質(zhì)量比為2 ∶ 1。

2.3 磨礦濃度

磨礦濃度是影響磨礦效率的一個(gè)重要指標(biāo)，磨礦濃度增大，黏性增加，流動(dòng)性減小，磨礦時(shí)間增加。磨礦濃度越大，磨礦介質(zhì)受到的浮力越大，有效密度變小，磨礦效果變差。不同磨礦濃度、適宜充填率下，納米陶瓷球和高鉻鋼球的磨機(jī)生產(chǎn)率（以 -400目計(jì)算）對(duì)比見表4。

由表4可知：在不同磨礦濃度下磨機(jī)生產(chǎn)率較為接近，但當(dāng)磨礦濃度超過(guò)70 %時(shí)，納米陶瓷球存在吐球現(xiàn)象。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，磨礦濃度達(dá)到75 %時(shí)，吐球較多，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，影響旋流器分級(jí)效率，因此將納米陶瓷球磨礦濃度確定為（66±2）%。

2.4 充填率

磨礦效率的高低是由磨礦介質(zhì)決定的，合適的充填率是提高磨礦效率的必要條件之一。立磨機(jī)在單位體積、質(zhì)量上能提供更高的功率強(qiáng)度[4]，保證磨礦介質(zhì)有足夠的能量，從而提高磨礦效率。由于立磨機(jī)依靠磨機(jī)內(nèi)螺旋體轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)磨礦介質(zhì)進(jìn)行磨礦，所以介質(zhì)充填率與電流成正比關(guān)系，在相同處理量和磨礦濃度條件下，可通過(guò)電流大小來(lái)判斷裝球量。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定主電動(dòng)機(jī)電流為（13±2）A，此時(shí)充填率達(dá)到50 %，磨機(jī)排礦細(xì)度最佳。

3 工業(yè)應(yīng)用及效果

2020年1月1日金翅嶺金礦立磨機(jī)磨礦介質(zhì)正式應(yīng)用納米陶瓷球，應(yīng)用至今效果良好。

3.1 氰化鈉消耗

分別取高鉻鋼球和納米陶瓷球磨礦分級(jí)溢流進(jìn)行氰化浸出綜合試驗(yàn)，在保證氰化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.40 %～0.45 %的條件下，浸出36 h。試驗(yàn)結(jié)果見表5，浸出液組分分析結(jié)果見表6。

由表5、表6可知：在相同氰化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，納米陶瓷球和高鉻鋼球磨礦產(chǎn)品金浸出率相差不大，但納米陶瓷球磨礦產(chǎn)品浸出時(shí)NaCN和CaO用量較低;二者浸出液中銅、 鉛、鋅、砷、銻含量相差不大，但高鉻鋼球磨礦產(chǎn)品浸出液中鐵比納米陶瓷球磨礦產(chǎn)品高近43 %;這表明納米陶瓷球在化學(xué)性能方面屬于惰性穩(wěn)定物，基本不與堿反應(yīng);高鉻鋼球的磨損導(dǎo)致產(chǎn)品中雜質(zhì)鐵增加，使得氰化鈉耗量和浸出液中雜質(zhì)鐵增加。

3.2 球 耗

使用高鉻鋼球時(shí)，其磨耗比較高，每3個(gè)月需清理1次廢球。通過(guò)對(duì)使用3個(gè)月的高鉻鋼球進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析表明，大于18 mm 失圓率為1 %，14～18 mm?? 失圓率為5 %，10～14 mm失圓率為15 %，5～10 mm失圓率為60 %，小于5 mm失圓率幾乎為100 %。 高鉻鋼球失圓后，比表面積減小，研磨效率降低，嚴(yán)重影響磨礦效率。通過(guò)稱球計(jì)算，高鉻鋼球總失圓率為20 %左右，需要大量補(bǔ)充新球。高鉻鋼球失圓情況見圖3。

運(yùn)行6個(gè)月后，將立磨機(jī)開蓋取球進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，納米陶瓷球只有極個(gè)別失圓，失圓率幾乎為零。對(duì)納米陶瓷球磨損情況進(jìn)行分析，各粒級(jí)的納米陶瓷球磨損程度都在1 mm左右，最大磨損情況見圖4。

通過(guò)統(tǒng)計(jì)2019年全年立磨機(jī)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，高鉻鋼球單耗為1.80 kg/t， 6個(gè)月納米陶瓷球單耗為0.058 kg/t，球耗顯著下降。

3.3 磨礦產(chǎn)品細(xì)度

利用納米陶瓷球磨礦生產(chǎn)運(yùn)行6個(gè)月后，統(tǒng)計(jì)分析分級(jí)溢流粒度分布，結(jié)果見表7，分級(jí)效率見表8。

由表7可知：高鉻鋼球和納米陶瓷球磨礦分級(jí)后，在相同處理能力情況下，溢流產(chǎn)品粒度分布相差不大，且氰化浸出指標(biāo)一致;可見使用納米陶瓷球作為磨礦介質(zhì)與高鉻鋼球磨礦效率相差不大。

由表8可知，高鉻鋼球和納米陶瓷球磨礦產(chǎn)品分級(jí)效率基本一致。

3.4 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

納米陶瓷球和高鉻鋼球分別作為磨礦介質(zhì)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表9。由表9可知：使用納米陶瓷球后，立磨機(jī)電耗從16.04 kW·h/t下降到8.16 kW·h/t，球耗從7.720元/t降至0.191元/t，螺旋襯板年耗從3套降至1.69套，總計(jì)年可節(jié)省費(fèi)用249.15萬(wàn)元。

4 結(jié) 論

1）納米陶瓷球具有耐磨、耐酸堿的特性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室磨耗率試驗(yàn)可知，納米陶瓷球磨耗率約為高鉻鋼球的十分之一。 通過(guò)工業(yè)試驗(yàn)確定了立磨機(jī)運(yùn)行參數(shù)：初裝球制度25 mm、20 mm、13 mm質(zhì)量比為10 ∶ 9 ∶ 5，補(bǔ)加球25 mm與20 mm質(zhì)量比為2 ∶ 1，磨礦濃度（66±2）%，運(yùn)行電流（13±2）A，充填率50 %。

2）在小型浸出試驗(yàn)中，納米陶瓷球與高鉻鋼球磨礦產(chǎn)品金浸出率一致，但納米陶瓷球磨礦產(chǎn)品浸出液中雜質(zhì)鐵減少約43 %，降低了雜質(zhì)鐵對(duì)NaCN和CaO用量的影響。通過(guò)工業(yè)應(yīng)用，二者磨礦分級(jí)產(chǎn)品細(xì)度、分級(jí)量效率、分級(jí)質(zhì)效率相差不大。

3）通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，納米陶瓷球應(yīng)用后立磨機(jī)電耗從16.04 kW·h/t下降到8.16 kW·h/t，球耗從7.720元/t降至0.191元/t，螺旋襯板年耗從3套降至1.69套，總計(jì)年可節(jié)省費(fèi)用249.15萬(wàn)元。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1] ?徐懷浩，王浩，王立新，等.VTM-400立磨機(jī)在金翅嶺金礦氰化廠的應(yīng)用[J].黃金，2019，40（7）：68-70，74.

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[4] 張國(guó)旺，李自強(qiáng)，李曉東，等.立式螺旋攪拌磨礦機(jī)在鐵精礦再磨中的應(yīng)用[J].金屬礦山，2008（5）：93-95，134.

Application of nano-ceramic balls in vertical mills of Jinchiling Gold Mine

Xu Huaihao

（ Zhaojin Mining Industry Co. ，Ltd. ）

Abstract：? In light of high consumption of spiral lining plate and increased consumption of sodium cyanide and zinc due to the adoption of high chromium steel balls used as grinding media of vertical mills，Jinchiling Gold Mine carried out experimental study on the replacement of high chromium steel balls by nano-ceramic balls and their industrial application.The results show that the optimal operation conditions were as follows：grinding concentration （66±2）%，operation current （13±2）A，ball supplementation system and the mass ratio of 25 mm and 20 mm was 2 ∶ 1.Compared with high chromium steel balls，nano-ceramic balls have the same particle size distribution，grinding efficiency and gold leaching rate， while the iron pollution is reduced，the ball consumption is reduced from 7.720 yuan/t to 0.191 yuan/t，and the spiral lining plate consumption is reduced from 3 sets per year to 1.69 sets per year.2 491 500 yuan can be saved for the total annual cost，and good economic results are achieved.

Keywords： vertical mill;nano-ceramic ball;high chromium steel ball;grinding media;grinding