納米陶瓷球在金屬礦細(xì)磨中的應(yīng)用及前景

周洪林

（1.浙江天磨礦業(yè)科技有限公司；2.景德鎮(zhèn)百特威爾新材料有限公司）

鐵礦石作為中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略資源，每年約80% 需要進(jìn)口。中國(guó)的金屬礦產(chǎn)資源具有貧、雜、細(xì)的特點(diǎn)，且地質(zhì)開(kāi)采賦存條件復(fù)雜。同比國(guó)外的高品位、低雜質(zhì)、易開(kāi)采的金屬礦產(chǎn)資源，中國(guó)金屬礦石加工的采選工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本明顯高于國(guó)外同類(lèi)企業(yè)。從短期來(lái)看，中國(guó)鐵、銅、錳、鉻、鈷、鋰等金屬礦產(chǎn)的原料端難以改變依賴(lài)進(jìn)口的局面。

陶瓷材料具有很好的耐磨、耐腐、耐熱等特性，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著高強(qiáng)耐磨、高韌抗碎、表面磨削力強(qiáng)、內(nèi)外性能一致的納米陶瓷球在金屬礦細(xì)磨領(lǐng)域的成功應(yīng)用，為金屬礦山選廠細(xì)磨（0.074～0.038 mm）作業(yè)的節(jié)能降耗及產(chǎn)品粒度改善帶來(lái)了革命性變化，可助力金屬礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)，提升國(guó)家金屬礦產(chǎn)戰(zhàn)略資源安全儲(chǔ)備能力。

1 納米陶瓷球的細(xì)磨特性

1.1 納米陶瓷球的材料特性

納米陶瓷球是以氧化鋁為主要成分的工程應(yīng)用陶瓷，不同于傳統(tǒng)氧化鋁陶瓷，從原料制備、成型和燒結(jié)成球的各工藝環(huán)節(jié)都具有創(chuàng)新性。所有生產(chǎn)納米陶瓷球的原料全部加工至-100 nm，在高速離心狀態(tài)下以“滾雪球”的方式成型，然后在自動(dòng)化、智能化控制的爐窯條件下燒結(jié)為最終成品。

傳統(tǒng)氧化鋁陶瓷存在成瓷結(jié)構(gòu)粗糙、晶粒大、局部應(yīng)力集中的問(wèn)題，容易引發(fā)掉瓷現(xiàn)象，這是由于粉體粒度偏大、活性低造成的。納米陶瓷研磨體具有高強(qiáng)度、高耐磨性、研磨效率高、低消耗的特點(diǎn)［1］。從現(xiàn)有磨介材料的應(yīng)用性能對(duì)比（表1）可知，納米陶瓷研 磨體是綜合性能最佳的品種，其市場(chǎng)應(yīng)用潛力巨大［2］。

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1.2 納米陶瓷球的細(xì)磨特性

傳統(tǒng)氧化鋁陶瓷球在水泥干式粉磨系統(tǒng)、建筑陶瓷的濕式間歇式球磨機(jī)和非金屬礦物加工防止鐵質(zhì)污染的連續(xù)式球磨機(jī)中均已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。在研磨過(guò)程中，納米陶瓷球?qū)?xì)顆粒物料的破碎作用力主要包括擠壓、剪切、擦洗和沖擊4種方式（圖1）。

介質(zhì)研磨的效果不完全取決于介質(zhì)的總質(zhì)量，介質(zhì)數(shù)量的增加在很大程度上也提高了物料參與粉磨的幾率，對(duì)粉磨效果也有提升作用；陶瓷球表面硬度高，單顆粒介質(zhì)與物料接觸后在微觀上產(chǎn)生的擠壓磨削能力較鋼球要強(qiáng)［3］，所以與鋼球研磨介質(zhì)同質(zhì)量的納米陶瓷球的磨礦效率和耐磨性高于鋼球，從而可降低球磨機(jī)和塔磨機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

納米陶瓷球的比重約為鋼球比重的一半，在對(duì)礦物的細(xì)磨過(guò)程中，確保磨細(xì)產(chǎn)品的同時(shí)，可有效減少礦石的過(guò)磨，為后續(xù)的選別工藝創(chuàng)造更好的粒度條件。很多非金屬礦物的磨礦工藝為降低鐵雜質(zhì)，在其加工過(guò)程中通常要進(jìn)行除鐵，若在細(xì)磨階段使用陶瓷球研磨介質(zhì)，能有效減少鐵雜質(zhì)污染［3］。金屬礦選別中同樣存在鐵質(zhì)污染，增加后續(xù)浮選和氰化藥劑的消耗。納米陶瓷球研磨介質(zhì)的應(yīng)用，可避免鐵質(zhì)污染對(duì)有用金屬礦物選別的負(fù)面影響。

陶瓷球內(nèi)外硬度均勻，磨損后始終呈圓形，保持表面光滑；而鋼球因硬度不均勻，磨損后多呈“棱角”或“凹陷”的不規(guī)則多邊體，故鋼球比納米陶瓷球?qū)σr板的沖擊磨損嚴(yán)重。納米陶瓷球取代鋼球的應(yīng)用實(shí)例也證實(shí)了應(yīng)用納米陶瓷球可延長(zhǎng)球磨機(jī)和塔磨機(jī)襯板的使用壽命，縮短維檢周期，節(jié)省購(gòu)置費(fèi)用。

1.2.1 納米陶瓷球在球磨機(jī)中的細(xì)磨特征

金屬礦細(xì)磨作業(yè)采用濕式連續(xù)式球磨機(jī)，分為開(kāi)路磨礦和閉路磨礦2 種，實(shí)現(xiàn)有用礦物的單體解離，為選別提供合格的產(chǎn)品粒級(jí)。納米陶瓷球因其特有的脆性材料特性，不適合“拋落式”的研磨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（圖2），僅適合“瀉落式”（圖3）或“混合式”（圖4）的研磨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

在金屬礦的球磨機(jī)磨礦作業(yè)流程中，通常第一段球磨機(jī)的磨礦介質(zhì)為拋落式運(yùn)動(dòng)方式，第二段和后續(xù)段球磨機(jī)的磨礦介質(zhì)為瀉落式或混合式運(yùn)動(dòng)方式。目前，大型金屬礦山選廠采用自磨和半自磨工藝流程，后續(xù)的球磨作業(yè)因來(lái)料粒度粗，仍需要以拋落為主的研磨運(yùn)動(dòng)方式，不適合選用納米陶瓷球作為研磨介質(zhì)。

金屬礦細(xì)磨給料最大粒級(jí)通常不超過(guò)0.3 mm，細(xì)磨時(shí)應(yīng)大幅減小球徑以增大表面積，同時(shí)應(yīng)創(chuàng)造有利于鋼球研磨的工作條件，如瀉落式工作狀態(tài)，而不應(yīng)采用以打擊作用為主的拋落式工作狀態(tài)［4］。現(xiàn)有選礦廠的生產(chǎn)實(shí)踐中，無(wú)論是第二、三段磨礦還是粗精礦再磨，使用的鋼球直徑一般為50～60 mm，尺寸大的甚至達(dá)到70～80 mm。大量的研究結(jié)果顯示，目前生產(chǎn)實(shí)際中使用的球介質(zhì)尺寸偏大，考慮到各方面因素，以采用30～40 mm的球?yàn)橐耍?］。

鑒于納米陶瓷球的材料特性以及球磨機(jī)的磨礦原理，用于金屬礦細(xì)磨的納米陶瓷球直徑不應(yīng)大于同等工況的鋼球直徑。實(shí)際應(yīng)用中，大幅減小了納米陶瓷球的球徑，增加了瓷球研磨介質(zhì)的總表面積和總個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)磨礦效率的最大化。目前，在金屬礦細(xì)磨的球磨機(jī)中，納米陶瓷球的初裝球徑最大不超過(guò)35 mm，補(bǔ)加球徑不超過(guò)30mm。在適宜精確化裝補(bǔ)球制度下，入磨物料中各粗、中、細(xì)粒級(jí)均能被有效破碎，其磨礦效果最佳，即產(chǎn)品粒度組成特性最佳［6］。因此，目前滿足金屬礦細(xì)磨的納米陶瓷球直徑主要為8、10、13、15、17、20、25、30、35 mm 等9種規(guī)格。

1.2.2 納米陶瓷球在塔磨機(jī)中的細(xì)磨特征

塔磨機(jī)的磨礦介質(zhì)一般為鋼球或陶瓷球，塔體上面的傳動(dòng)裝置使螺旋攪拌器順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使粉碎介質(zhì)在筒體內(nèi)做整體的多維循環(huán)運(yùn)動(dòng)和自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，物料在磨礦介質(zhì)重量壓力和螺旋回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的擠壓力下被有效地粉碎［7］。與球磨機(jī)相比，塔磨機(jī)優(yōu)點(diǎn)：①高效細(xì)磨，可防止過(guò)磨的優(yōu)越性；②節(jié)省能耗，磨礦產(chǎn)品粒度越細(xì)，節(jié)能效果越顯著；③易于操作和維修；④安裝簡(jiǎn)單、周期短；⑤改善工作環(huán)境，噪聲低，振動(dòng)??；⑥占地面積小；⑦設(shè)備基礎(chǔ)簡(jiǎn)單，基建費(fèi)用?。?］。

高鉻鋼球是立式攪拌磨的傳統(tǒng)研磨介質(zhì)，其硬度高、耐磨性能良好，但納米陶瓷球的硬度較傳統(tǒng)高鉻鋼球更高，且其球體內(nèi)外硬度均勻，更耐磨，二者性能對(duì)比見(jiàn)表2［3］。

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因納米陶瓷球具備高耐磨、高耐撞擊、內(nèi)外強(qiáng)度一致的性能，塔磨運(yùn)行半年后，納米陶瓷球磨至4 mm仍然完整，并無(wú)變形、碎裂等現(xiàn)象（圖5）。與鋼球同質(zhì)量的納米陶瓷球，在塔磨機(jī)中的充填率更高，可增大有效磨礦表面積，提升磨礦效率，增加磨礦細(xì)度，穩(wěn)步提升指標(biāo)。鋼球變形后表面會(huì)出現(xiàn)凹陷，進(jìn)行研磨時(shí)，物料“躲”在凹陷區(qū)內(nèi)得不到研磨，形成“無(wú)效”表面積，降低了磨礦效率［9］。安徽東鑫礦業(yè)鐵礦石選廠TGTM-250塔磨機(jī)的細(xì)磨作業(yè)中，鋼球研磨介質(zhì)在塔磨機(jī)螺旋攪拌器的快速攪動(dòng)下，直徑20 mm的高鉻鋼球在使用一段時(shí)間后，從直徑18 mm就開(kāi)始變形，小于8 mm時(shí)，已經(jīng)完全失圓（圖6）。

納米陶瓷球密度較鋼球比重輕近一半，與鋼球相同充填率的納米陶瓷球不足以產(chǎn)生與鋼球相同的擠壓力、剪切力、擦洗力和沖擊力來(lái)粉磨物料。若將鋼球替換為納米陶瓷球，須提高納米陶瓷球的充填率，但充填的納米陶瓷球總質(zhì)量較鋼球下降30%～40%，即可保證原有鋼球的磨礦能力和產(chǎn)品細(xì)度。

2 納米陶瓷球在金屬礦細(xì)磨中的應(yīng)用實(shí)例

在湖南、山東、安徽、江西、云南、河南、陜西、河北等地的金屬礦選廠，細(xì)磨中應(yīng)用納米陶瓷球替代鋼球的應(yīng)用案例很多，其應(yīng)用效果主要體現(xiàn)在可節(jié)省磨礦分級(jí)作業(yè)的介質(zhì)及能耗，促進(jìn)有用礦物的單體解離，延長(zhǎng)球磨機(jī)襯板和塔磨機(jī)螺旋襯板的使用壽命和更換周期，有效降低了選礦生產(chǎn)成本。

2.1 納米陶瓷球在球磨中的典型應(yīng)用案例

以安徽某鐵礦和山東某鐵礦選礦廠為例，重點(diǎn)介紹納米陶瓷球替代鋼球磨礦介質(zhì)后，在節(jié)能降耗和減少有用礦物過(guò)磨取得的應(yīng)用效果。

2.1.1 納米陶瓷球在安徽某鐵礦的應(yīng)用

該鐵礦為單一磁鐵礦，納米陶瓷球在第二段φ3660 溢流型球磨機(jī)和高頻細(xì)篩的閉路磨礦分級(jí)中應(yīng)用，主要磨礦指標(biāo)見(jiàn)表3，納米陶瓷球應(yīng)用前后生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表4。

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由表3可知，球磨機(jī)排礦細(xì)度提升了6.47%，不僅使篩下產(chǎn)品穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)-74 μm 70% 以上的細(xì)度目標(biāo)，而且分級(jí)效率顯著提高，其中分級(jí)量效率提高30.84%，分級(jí)返砂比下降41.45%，促進(jìn)了球磨機(jī)利用系數(shù)的提高，提升幅度達(dá)到108.82%。

由表4可知，納米陶瓷球磨礦保證了全鋼球磨礦時(shí)選礦廠的臺(tái)時(shí)處理能力，且臺(tái)時(shí)量提高了8.19%，單位電耗下降了30%，單位球耗下降了53.25%，同時(shí)還保證了鐵精礦品位和精礦產(chǎn)量。

此外，納米陶瓷球磨礦后，全面改善了入選產(chǎn)品的粒度分布，高頻細(xì)篩篩下產(chǎn)品中-19 μm 粒級(jí)產(chǎn)率從4.96% 降低到3.35%，幅度達(dá)32.46%；金屬分布率從4.67% 降低到1.18%，幅度達(dá)到74.73%，為后續(xù)磁選創(chuàng)造了更好的入選粒度條件，同時(shí)縮短了精礦過(guò)濾和尾礦濃縮時(shí)間。

2.1.2 納米陶瓷球在山東某鐵礦的應(yīng)用

該礦從露天轉(zhuǎn)入地下開(kāi)采后，礦石性質(zhì)發(fā)生變化，需要更細(xì)的磨礦產(chǎn)品粒度。選礦廠將已閑置的1臺(tái)橡膠襯板材質(zhì)的φ2145球磨機(jī)重新啟用，作為第三段開(kāi)路磨礦，采用鋼球磨礦介質(zhì)。因φ2145磨機(jī)能力不足，給入磨機(jī)固體干量65～70 t/h 的部分礦漿分流后同磨機(jī)排礦混合，進(jìn)入后續(xù)的磁選流程。2021年7月4日開(kāi)始在該鐵礦選廠應(yīng)用11 t最大球徑為30 mm的納米陶瓷球，替代了第三段φ2145 球磨機(jī)中的鋼球。φ2145球磨機(jī)使用鋼球時(shí)，混合排礦細(xì)度-74 μm粒級(jí)含量能提高約11 個(gè)百分點(diǎn)；而使用納米陶瓷球時(shí)，混合排礦細(xì)度-74 μm 粒級(jí)含量能提高約14 個(gè)百分點(diǎn)，比使用鋼球多提高3 個(gè)百分點(diǎn)，提升了礦石的單體解離度，有效提高和穩(wěn)定了鐵精礦品位。納米陶瓷球應(yīng)用前后主要磨礦指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表5。

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由表5可知，①納米陶瓷球的磨礦濃度略低于鋼球；②球磨機(jī)的運(yùn)行電流降低30% 以上；③鋼球每天的補(bǔ)加量為500 kg，納米陶瓷球的補(bǔ)加量為鋼球的20%；④納米陶瓷球39%～40% 的充填率僅比鋼球的38% 多出1～2 個(gè)百分點(diǎn)，同樣的磨礦量卻得到更細(xì)的磨礦產(chǎn)品粒度，而錳鋼和磁性襯板的球磨機(jī)用納米陶瓷球取代鋼球時(shí)，須比鋼球多出約10 個(gè)百分點(diǎn)的充填率，才可實(shí)現(xiàn)鋼球?qū)?yīng)的磨礦量和磨礦產(chǎn)品粒度。

通過(guò)分析認(rèn)為，由于橡膠襯板的提升條抬高了納米陶瓷球的瀉落高度，納米陶瓷球以拋落和瀉落“混合式”的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，才可能在與鋼球充填率相近的情況下得到相同甚至略高的磨礦效率。此外，橡膠襯板的彈性避免了納米陶瓷球在剛性襯板中的沖擊破碎，納米陶瓷球幾乎一直保持圓形，有利于磨礦過(guò)程中更有效地“嚙合”礦粒，實(shí)現(xiàn)礦物的破碎。由于橡膠襯板的彈性，納米陶瓷球沖擊橡膠表面后的回彈效應(yīng)，增加了球與球之間的打擊次數(shù)，有助于新生更多的細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品。2021 年10 月15 日磨機(jī)停產(chǎn)檢修，φ2145球磨機(jī)內(nèi)磨損后的納米陶瓷球以及球磨機(jī)進(jìn)料端和出料端研磨介質(zhì)的充填位置見(jiàn)圖7。

2.2 納米陶瓷球在塔磨中的典型應(yīng)用案例

以山東金翅嶺金礦VTM-400塔磨機(jī)和安徽東鑫礦業(yè)TGTM-250塔磨機(jī)為例，介紹納米陶瓷球的應(yīng)用效果。

2.2.1 納米陶瓷球在山東金翅嶺金礦VTM-400 塔磨機(jī)的應(yīng)用

在該礦的浮選金精礦再磨氰化工藝中，采用納米陶瓷球取代VTM-400塔磨機(jī)中的高鉻鋼球作為磨礦介質(zhì)后，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如下。

（1）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。

（2）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)鐵含量減少約43%，降低了雜質(zhì)鐵對(duì)NaCN 和CaO 用量的影響［10］。

2.2.2 納米陶瓷球在安徽東鑫礦業(yè)TGTM-250 塔磨機(jī)的應(yīng)用

東鑫礦業(yè)的鐵礦石選廠采用兩段磨礦，第一段為球磨機(jī)與螺旋分級(jí)機(jī)閉路，第二段為T(mén)GTM-250塔磨機(jī)與水力旋流器閉路。塔磨機(jī)給入鐵礦石干量80 t/h（新補(bǔ)加量），初裝球?yàn)橹睆?5 mm和20 mm的高鉻鋼球，補(bǔ)加球直徑為20 mm。一段球磨螺旋分級(jí)機(jī)溢流與塔磨機(jī)排礦合并，經(jīng)直徑350 mm旋流器分級(jí)，沉砂進(jìn)入塔磨機(jī)，溢流進(jìn)入后續(xù)浮選銅和磁選鐵流程。塔磨機(jī)入磨粒度-74 μm 含量50%，磨礦濃度70%，旋流器溢流產(chǎn)品粒度-74 μm 含量75%～80%，每天需補(bǔ)加約100 kg 的高鉻鋼球。塔磨機(jī)正常運(yùn)行電流16.2～16.3 A，最大運(yùn)行電流17.2 A（最大額定工作電流19.1 A）。

2022年2月開(kāi)始應(yīng)用納米陶瓷球替代高鉻鋼球，初裝球最大球徑25 mm，取得的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果：①立磨機(jī)運(yùn)行電流從16.2～16.3 A 下降到11.0～11.1 A，下降了三分之一；②塔磨機(jī)每天僅需添加25～30 kg 的納米陶瓷球，僅為高鉻鋼球的四分之一；③當(dāng)?shù)V石性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，塔磨機(jī)入磨粒度-74 μm 含量?jī)H20%，旋流器溢流-74 μm 含量仍然達(dá)到75%～80%，并保持磨礦產(chǎn)能幾乎不減少。

3 適應(yīng)納米陶瓷球的球磨機(jī)和塔磨機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 球磨機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

雖然納米陶瓷球的初裝球質(zhì)量比鋼球低，可實(shí)現(xiàn)鋼球磨礦的產(chǎn)能和細(xì)度指標(biāo)，但納米陶瓷球的初裝球體積必須比鋼球的初裝球體積大?，F(xiàn)有金屬礦山大部分采用溢流型球磨機(jī)進(jìn)行細(xì)磨作業(yè)，筒體尺寸、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、容積、襯板、驅(qū)動(dòng)裝置和磨礦濃度等全部按照鋼球研磨介質(zhì)設(shè)計(jì)，并沒(méi)有專(zhuān)門(mén)適合納米陶瓷球的細(xì)磨球磨機(jī)。為此，礦山機(jī)械制造企業(yè)須加大對(duì)新型納米陶瓷球磨機(jī)的研制和優(yōu)化設(shè)計(jì)，且在優(yōu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下方面。

（1）適應(yīng)納米陶瓷球的球磨機(jī)的剛度、強(qiáng)度和驅(qū)動(dòng)功率都比應(yīng)用鋼球的球磨機(jī)低。因此，可考慮減少球磨機(jī)自身的質(zhì)量和驅(qū)動(dòng)功率。

（2）適應(yīng)納米陶瓷球的球磨機(jī)的產(chǎn)能和磨礦產(chǎn)品粒度與鋼球介質(zhì)相同時(shí)，需要的初裝球充填率更高。因此，需優(yōu)化球磨機(jī)的結(jié)構(gòu)型式，最大限度地增加納米陶瓷球的充填體積。

（3）針對(duì)不同的金屬礦細(xì)磨應(yīng)用，研究適應(yīng)納米陶瓷球的球磨機(jī)的磨礦濃度區(qū)間，以便為現(xiàn)場(chǎng)提供更適合的球磨機(jī)規(guī)格。因?yàn)樵诩?xì)磨作業(yè)時(shí)，隨著礦粒粒度變細(xì)，表面電化學(xué)力增強(qiáng)，礦漿的黏度顯著增加。只有采用較稀的礦漿濃度，使礦漿中礦粒的體積減小，以抵消附加黏度增大所產(chǎn)生的影響［11］。

（4）適應(yīng)納米陶瓷球的球磨機(jī)襯板材質(zhì)和結(jié)構(gòu)型式。納米陶瓷球比重輕，對(duì)襯板的沖擊比鋼球低，更多的是對(duì)襯板的磨損破壞。細(xì)磨以研磨非沖擊破碎物料為主，須盡可能保持納米陶瓷球的圓度，才能保證磨礦效率。

（5）納米陶瓷球直徑小、比重輕，導(dǎo)致研磨介質(zhì)體的能量過(guò)小而弱化細(xì)磨作用，需對(duì)研磨介質(zhì)體適度提升，實(shí)現(xiàn)“混合式”的研磨狀態(tài)。因此，建議重點(diǎn)探索具有提升條的橡膠襯板的應(yīng)用效果，既可適度提升納米陶瓷球研磨介質(zhì)體，又可避免對(duì)陶瓷球的沖擊破壞，還可增加納米陶瓷球?qū)?xì)磨物料的研磨幾率。

（6）適應(yīng)納米陶瓷球的磨機(jī)操作因素主要有磨機(jī)轉(zhuǎn)速、球料比、返砂比、助磨劑、介質(zhì)制度等。

3.2 塔磨機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用

常規(guī)塔磨機(jī)均采用高鉻鋼球作為研磨介質(zhì)，設(shè)備的功率、容積及結(jié)構(gòu)均與鋼球相匹配。為適應(yīng)新型的陶瓷研磨介質(zhì)，對(duì)傳統(tǒng)塔磨機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)了新型的KLM-L型塔磨機(jī)并在云南某多金屬礦取得應(yīng)用，應(yīng)用結(jié)果表明，該立磨機(jī)具有介質(zhì)消耗低、能耗低、襯板使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)［12］，其主要優(yōu)化設(shè)計(jì)重點(diǎn)如下。

（1）研制筒體容積更大的塔磨機(jī)，適應(yīng)陶瓷研磨介質(zhì)的細(xì)磨特性，提高細(xì)磨效率的同時(shí)降低設(shè)備能耗。陶瓷研磨介質(zhì)的整體充填質(zhì)量比鋼球低30%～40%，對(duì)輔助提升介質(zhì)的功率需求降低，對(duì)重載啟動(dòng)的要求也降低。

（2）大直徑、小傾角的新型螺旋攪拌裝置，提升陶瓷球研磨介質(zhì)下的細(xì)磨和再磨效率。

（3）塔磨機(jī)筒體采用聚氨酯襯板壽命更長(zhǎng)、噪音更低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度更小。

（4）優(yōu)化了主軸抗擺動(dòng)自穩(wěn)定技術(shù)和結(jié)構(gòu)，降低了加工制造成本，提升了產(chǎn)品性?xún)r(jià)比。

目前，國(guó)內(nèi)的礦山機(jī)械制造企業(yè)已成功研制出了適合納米陶瓷球的塔磨機(jī)，且已有數(shù)十臺(tái)該種塔磨機(jī)應(yīng)用在金屬礦山的細(xì)磨作業(yè)中，都取得了比鋼球更好的節(jié)能降耗和減少過(guò)磨的顯著效果。

4 納米陶瓷球在金屬礦細(xì)磨領(lǐng)域的應(yīng)用前景

（1）納米陶瓷球應(yīng)用于球磨機(jī)和塔磨機(jī)的細(xì)磨作業(yè)，從金屬礦山選廠的應(yīng)用實(shí)例表明，納米陶瓷球可大幅降低選礦廠的介質(zhì)消耗成本和磨機(jī)電耗成本，為選別提供更好的磨礦分級(jí)產(chǎn)品粒度，減少過(guò)磨和泥化，改善精礦過(guò)濾和尾礦濃縮效果。惰性的納米陶瓷球無(wú)鐵雜質(zhì)污染，可減少有用金屬礦物的浮選藥劑消耗。

（2）納米陶瓷球在金屬礦山選廠細(xì)磨作業(yè)中的全面推廣應(yīng)用，還需納米陶瓷球生產(chǎn)企業(yè)研發(fā)高密度、高硬度和高韌性的陶瓷球；礦山機(jī)械制造企業(yè)研制適合納米陶瓷球的球磨機(jī)和塔磨機(jī)；金屬礦山企業(yè)、高校及設(shè)研機(jī)構(gòu)聯(lián)合開(kāi)展納米陶瓷球細(xì)磨應(yīng)用的工藝參數(shù)優(yōu)化，如磨礦濃度、球徑、球配、充填率和補(bǔ)加球制度等，并探索納米陶瓷球在大型球磨機(jī)和塔磨機(jī)中的應(yīng)用效果。

（3）納米陶瓷球帶來(lái)了金屬礦山細(xì)磨介質(zhì)的材料革命，顛覆了“非金屬介質(zhì)具有硬度高，但密度小，破碎過(guò)程中攜帶的能量密度小，細(xì)磨效果不如金屬介質(zhì)，且非金屬介質(zhì)脆性大，磨礦過(guò)程中的磨損及破碎率均較高，介質(zhì)消耗較大”的傳統(tǒng)認(rèn)知［13］。納米陶瓷球在金屬礦山細(xì)磨領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，在降低金屬礦山企業(yè)成本及提高資源利用率的同時(shí)，還可助力我國(guó)2030 年實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和2060 年實(shí)現(xiàn)“碳中和”的碳減排戰(zhàn)略目標(biāo)。