納米復(fù)合陶瓷球在邊磨邊浸工藝中的應(yīng)用研究

秦貞軍，陳光輝，張吉安，牛桂強(qiáng)，石寶興，王 虎

(青海昆侖黃金有限公司)

引 言

邊磨邊浸工藝可以強(qiáng)化浸出過程，縮短浸金時間，其原因是：①金精礦在磨礦過程中不斷暴露出新鮮金表面，具有較高的反應(yīng)活性，有利于氰化絡(luò)合反應(yīng)的進(jìn)行；②磨礦過程中強(qiáng)烈的攪拌作用，破壞或減薄了金粒表面界面層，強(qiáng)化了CN-、O2、[Au(CN)2]-的擴(kuò)散，從而加快了金的氰化絡(luò)合反應(yīng)；③磨礦過程中產(chǎn)生的熱量提高了礦漿溫度，有利于金的浸出[1]。但是，邊磨邊浸也存在一定的問題：①磨礦過程中產(chǎn)生的鐵粉會緩慢地與氰化物作用，增加氰化物消耗量[2]，同時生成的Na2Fe(CN)6采用酸化法很難去除，從而惡化了浸出環(huán)境；②溫度的升高會增加氰化物與非貴金屬的反應(yīng)活性及氰化物的水解，使氰化物消耗量增加[3]。

納米復(fù)合陶瓷球具有耐腐蝕、耐磨、密度低等特點，目前較多地應(yīng)用在塔磨機(jī)和有色金屬礦山細(xì)磨階段，尚未有關(guān)于納米復(fù)合陶瓷球在臥式球磨機(jī)超細(xì)磨、邊磨邊浸工藝中應(yīng)用的報道。青海昆侖黃金有限公司從2021年7月開始，開展了納米復(fù)合陶瓷球應(yīng)用于邊磨邊浸工藝中臥式球磨機(jī)的可行性試驗研究，結(jié)果表明，采用納米復(fù)合陶瓷球替代鋼球，實現(xiàn)了能耗、氰化鈉耗量、球耗的降低，同時浸出介質(zhì)質(zhì)量得到改善，貴金屬浸出率得到提高。在國家碳達(dá)峰碳中和背景下，具有很好的推廣應(yīng)用前景。

1 工藝流程及金精礦性質(zhì)

1.1 磨礦分級工藝流程

青海昆侖黃金有限公司氰化流程采用傳統(tǒng)的CCD工藝，磨礦為2個平行的一段一閉路磨礦分級流程，金精礦經(jīng)給料器給入攪拌槽內(nèi)，攪拌后的礦漿進(jìn)入緩沖槽，槽內(nèi)的礦漿經(jīng)分料器均勻分配到2臺MQY1545球磨機(jī)對應(yīng)的旋流器分級泵箱，經(jīng)一段分級后，旋流器沉砂進(jìn)入球磨機(jī)，磨礦后的產(chǎn)品進(jìn)入分級泵箱內(nèi)，形成閉路循環(huán)，旋流器溢流(即為最終的磨礦產(chǎn)品)進(jìn)入到浸前濃密機(jī)，磨礦、分級用水均采用浸前濃密機(jī)溢流水，同時在球磨機(jī)給料口處添加氰化鈉，實現(xiàn)邊磨邊浸。工藝流程見圖1。

圖1 磨礦分級工藝流程

青海昆侖黃金有限公司MQY1545球磨機(jī)采用鍛造鋼球作為充填介質(zhì)，初始球制度為φ30 mm、φ20 mm 質(zhì)量比1 ∶1，充填率為38 %，日常生產(chǎn)中補(bǔ)加φ30 mm鋼球，電動機(jī)工作電流為(192±1)A。受氰化鈉及堿腐蝕等因素的影響，鋼球噸耗達(dá)到1.5 kg左右，磨礦過程中產(chǎn)生的大量鐵屑與氰化鈉反應(yīng)，造成氰化鈉耗量增加，同時產(chǎn)生的鐵氰絡(luò)合物進(jìn)入浸出介質(zhì)中，采用酸法無法有效去除，從而進(jìn)一步惡化了浸出條件，造成貴金屬浸出率偏低。

1.2 金精礦性質(zhì)

金精礦化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，礦物組成分析結(jié)果見表2。

表1 金精礦化學(xué)成分分析結(jié)果

表2 礦物組成分析結(jié)果

由表1、表2可知，該金精礦中主要礦物為黃鐵礦、毒砂、石英等，為中等可磨性礦石。

1.3 原礦及磨礦產(chǎn)品粒度分析

原礦及采用鍛造鋼球球磨機(jī)磨礦產(chǎn)品(旋流器溢流)粒度篩析結(jié)果見表3。

表3 粒度篩析結(jié)果

2 納米復(fù)合陶瓷球應(yīng)用研究

納米陶瓷球按制成材料可分為碳化硅陶瓷球、氮化硅陶瓷球、氧化鋯陶瓷球及氧化鋁陶瓷球[4]4種。試驗用陶瓷球為景德鎮(zhèn)百特威爾新材料有限公司生產(chǎn)的納米復(fù)合陶瓷球，真密度3.7～4.1 g/cm3，莫氏硬度>8.5，是由延性的金屬粉末和脆性的陶瓷粉末相結(jié)合，制成的一種新型粒子增強(qiáng)型工程材料，具有高強(qiáng)度、高耐磨、可塑性和耐疲勞性等特點。其磨耗與常規(guī)納米陶瓷球基本相當(dāng)，價格僅為常規(guī)納米陶瓷球的一半。

為更好地對比鋼球和納米復(fù)合陶瓷球的應(yīng)用效果，此次試驗僅將2#球磨機(jī)的磨礦介質(zhì)由鋼球全部更換為納米復(fù)合陶瓷球。

2.1 初始球及補(bǔ)加球制度

由于試驗是將納米復(fù)合陶瓷球應(yīng)用到細(xì)磨階段，金精礦以研磨作用為主，因此初始球制度按照大幅減小球徑、增大比表面積的原則，確定φ25 mm、φ20 mm、φ15 mm納米復(fù)合陶瓷球質(zhì)量比1 ∶2 ∶2為初始球配比。日常生產(chǎn)過程中補(bǔ)加φ25 mm納米復(fù)合陶瓷球。

2.2 充填率

由于納米復(fù)合陶瓷球密度為3.77 g/cm3，僅為傳統(tǒng)鋼球的一半，在球磨機(jī)中作為磨礦介質(zhì)使用，降低了介質(zhì)離心力和對礦物的沖擊能。因此，為了確保磨礦效率，需要提升磨礦介質(zhì)充填率。此外，對現(xiàn)場球磨機(jī)中空軸頸內(nèi)套進(jìn)行了改造，增設(shè)了帶有條縫孔的反螺旋裝置，在提高磨礦介質(zhì)充填率的同時，保證球磨機(jī)不“吐球”。球磨機(jī)排料口反螺旋裝置見圖2。

圖2 球磨機(jī)排料口反螺旋裝置

控制磨礦濃度為63 %左右，在保證磨礦產(chǎn)品中-0.037 mm粒度達(dá)到95 %的條件下，進(jìn)行了充填率與磨機(jī)臺時處理能力試驗，結(jié)果見表4。

表4 充填率與磨機(jī)臺時處理能力試驗結(jié)果

由表4可知：采用納米復(fù)合陶瓷球作為磨礦介質(zhì)時，當(dāng)充填率達(dá)到42 %時，與鋼球充填率達(dá)到38 %時基本一致；當(dāng)進(jìn)一步提高納米復(fù)合陶瓷球充填率時，出現(xiàn)明顯的吐球現(xiàn)象，因此控制納米復(fù)合陶瓷球充填率為42 %。

2種磨礦介質(zhì)質(zhì)量及表面積對比見表5。

表5 納米復(fù)合陶瓷球與鋼球質(zhì)量及表面積對比

由表5可知：納米復(fù)合陶瓷球質(zhì)量僅為鋼球質(zhì)量的55.65 %，但表面積為鋼球的1.41倍。與鋼球相比，雖然納米復(fù)合陶瓷球的沖擊作用明顯減弱，但研磨作用更加明顯，因此保證了球磨機(jī)的磨礦效率。另外，由于納米復(fù)合陶瓷球質(zhì)量更小，球磨機(jī)電流也由192 A左右降低到125 A，降幅達(dá)到34.90 %。

2.3 磨礦濃度

磨礦濃度與磨機(jī)臺時處理能力試驗結(jié)果見表6。

表6 磨礦濃度與磨機(jī)臺時處理能力試驗結(jié)果

由表6可知:當(dāng)磨礦濃度控制在(65±1)%時，磨機(jī)臺時處理能力較大，旋流器溢流細(xì)度達(dá)到95.36 %，與采用鋼球進(jìn)行磨礦時的產(chǎn)品細(xì)度基本一致。隨著磨礦濃度的增加，礦漿流動性變差、流速變慢，磨礦效率降低，且當(dāng)磨礦濃度達(dá)到70 %左右時，部分納米復(fù)合陶瓷球隨礦漿一同排出，影響正常磨礦。

采用納米復(fù)合陶瓷球和鋼球的分級效率、球磨機(jī)給排料細(xì)度對比見表7。

表7 粒級指標(biāo)及分級效率對比 %

由表7可知，采用納米復(fù)合陶瓷球進(jìn)行磨礦，分級效率有所提升。

2.4 氰化鈉耗量

分別對2#、3#球磨機(jī)對應(yīng)的旋流器溢流進(jìn)行取樣分析，重點分析了其液體中的Fe質(zhì)量濃度，結(jié)果見表8。

表8 磨礦-分級系統(tǒng)溢流液體中Fe質(zhì)量濃度

由表8可知，采用納米復(fù)合陶瓷球磨礦，旋流器溢流液體中的鐵質(zhì)量濃度降低了304 mg/L，這表明納米復(fù)合陶瓷球在化學(xué)性能方面屬于惰性穩(wěn)定物，基本不與堿反應(yīng);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[5]。

3 工業(yè)試驗

2021年11月8日，青海昆侖黃金有限公司將2臺MQY1545球磨機(jī)磨礦介質(zhì)全部更換為納米復(fù)合陶瓷球，并保持充填率42 %左右，在保證處理礦量的同時，實現(xiàn)了能耗、球耗、氰化鈉耗量的有效降低，另外進(jìn)入到浸出介質(zhì)中的鐵含量明顯降低，浸出介質(zhì)質(zhì)量得到改善，浸出率得到提高。工業(yè)試驗結(jié)果見表9。同時，對比了2種磨礦介質(zhì)下產(chǎn)品細(xì)度，結(jié)果見圖3。

表9 納米復(fù)合陶瓷球使用前后對比

圖3 2種磨礦介質(zhì)下產(chǎn)品細(xì)度對比

采用鋼球作為磨礦介質(zhì)時，磨礦細(xì)度的總體標(biāo)準(zhǔn)差8.82 %；采用納米復(fù)合陶瓷球作為磨礦介質(zhì)時，總體標(biāo)準(zhǔn)差3.25 %；表明采用納米復(fù)合陶瓷球作為磨礦介質(zhì)時磨礦細(xì)度更加穩(wěn)定。2種磨礦介質(zhì)下經(jīng)濟(jì)效益分析結(jié)果見表10。

表10 2種磨礦介質(zhì)下經(jīng)濟(jì)效益分析結(jié)果

由表10可知，采用納米復(fù)合陶瓷球作為磨礦介質(zhì)，球耗成本年可節(jié)約4.6萬元，氰化鈉消耗成本年可節(jié)約74萬元，磨礦電耗成本年可節(jié)約12.22萬元，指標(biāo)提升年可新增經(jīng)濟(jì)效益125.52萬元，年新增經(jīng)濟(jì)效益合計216.34萬元。

4 結(jié) 論

1)采用納米復(fù)合陶瓷球替代鋼球作為磨礦介質(zhì)時，為保證球磨機(jī)磨礦效率，需要提高磨機(jī)充填率，增加磨礦介質(zhì)比表面積。通過對球磨機(jī)排料口進(jìn)行改造，增加帶有條縫孔的反螺旋裝置，可在提升磨機(jī)充填率的前提下，避免“吐球”現(xiàn)象。

2)采用納米復(fù)合陶瓷球，在磨機(jī)充填率達(dá)到42 %時，與采用鋼球、磨機(jī)充填率為38 %相比，磨機(jī)臺時處理能力基本一致。

3)采用納米復(fù)合陶瓷球可有效減少鐵質(zhì)進(jìn)入浸出介質(zhì)中，從而改善浸出介質(zhì)質(zhì)量并降低氰化鈉耗量，同比降幅6.28 %，年可節(jié)約氰化鈉消耗成本74萬元；金浸出率提高0.23百分點，年可新增經(jīng)濟(jì)效益125.52萬元。此外，噸礦電耗同比下降34.90 %，年可節(jié)約電耗成本12.22萬元。

4)采用納米復(fù)合陶瓷球，由于充填率更高、磨礦介質(zhì)的比表面積大幅增加，磨礦穩(wěn)定性更好。而且納米復(fù)合陶瓷球具有耐磨、耐腐蝕性能，特別是在具有腐蝕性液體的環(huán)境下，球耗低的優(yōu)勢更加明顯，球耗實際下降比例為56.67 %，年可節(jié)約球耗成本4.6萬元。