新型陶瓷磨礦介質(zhì)在TGTM-250塔磨機(jī)中的應(yīng)用

王培勇 包志威 周洪林 楊書春

（1.淮北市東鑫礦業(yè)有限公司；2.景德鎮(zhèn)百特威爾新材料有限公司；3.馬鞍山市天工科技股份有限公司）

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用，且社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展越快，礦產(chǎn)資源的消耗也越快，隨著易選富礦越來越少，不得不開發(fā)利用難選復(fù)雜貧礦石。一般難選復(fù)雜礦石的開發(fā)利用離不開礦石的細(xì)磨。金屬礦山使用的磨礦設(shè)備以球磨機(jī)為主，隨著新技術(shù)、新裝備的應(yīng)用，塔磨機(jī)作為細(xì)磨設(shè)備在各礦石的細(xì)磨作業(yè)領(lǐng)域獲得了較好應(yīng)用，而新型的磨礦介質(zhì)也助推了塔磨設(shè)備磨礦效力的進(jìn)一步完善，不僅取得了較優(yōu)的選礦技術(shù)指標(biāo)，而且經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也得到了較大的提高。

1 選廠礦石性質(zhì)

劉樓銅鐵礦礦石是以磁鐵礦為主的含銅礦石，為矽卡巖型礦石，以鐵礦石為主，次為銅礦石，少量金礦石，其銅含量約0.2%，鐵品位約36%。礦石自然類型鐵礦石以透輝石磁鐵礦石、金云母磁鐵礦石、金云母透輝石磁鐵礦石、方解石白云石磁鐵礦石、含銅磁鐵礦石、蛇紋石磁鐵礦石為主，次為金云母綠泥石磁鐵礦石、陽起石（透閃石）磁鐵礦石。銅礦石以含銅磁鐵礦石為主，次為含銅矽卡巖、含銅白云質(zhì)大理巖、含銅石英正長閃長玢巖等。金礦石以含金黃鐵礦石為主，次為含金銅黃鐵礦石、含金銅磁鐵礦石等。

礦石工業(yè)類型為鐵礦石、銅鐵礦石、金礦石，礦石結(jié)構(gòu)為自形半自形晶粒狀結(jié)構(gòu)、他形粒狀結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、脈狀結(jié)構(gòu)、周邊結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)、網(wǎng)脈狀結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造為致密塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、斑雜狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造等，主要目的礦物磁鐵礦粒徑一般在0.01～0.06 mm。

2 技改方案

劉樓銅鐵礦礦石是以磁鐵礦為主的含銅礦石，選礦工藝為原礦破碎—磨礦—銅浮選—磁選，分別獲得銅精礦和鐵精礦。隨著開采年限的延長，礦石性質(zhì)逐漸復(fù)雜，磁鐵礦嵌布粒度變細(xì)，主產(chǎn)品鐵精礦品位難以滿足市場需求。為此，經(jīng)試驗(yàn)研究論證，2018年7月增設(shè)塔磨機(jī)作為二段磨礦設(shè)備，磨礦介質(zhì)采用高鉻鋼球，增設(shè)的二段磨礦系統(tǒng)不僅提高了原礦處理量，同時(shí)提高了入選礦石的磨礦細(xì)度，提升了鐵精礦品位。塔磨改造項(xiàng)目實(shí)施后，鐵精礦品位得到明顯改善，銅浮選回收率也有較大的提高。為進(jìn)一步節(jié)能降耗，2022年2月進(jìn)行了新型陶瓷磨礦介質(zhì)工業(yè)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明采用陶瓷球磨礦不僅可以保證磨礦效果，還能降低磨礦電耗、鋼耗及球耗。

合適磨礦介質(zhì)的選用是提高磨礦效果，降低磨礦能耗的關(guān)鍵因素之一。塔磨機(jī)磨礦介質(zhì)的磨礦方式主要是研磨，研磨球的自身性質(zhì)和質(zhì)量好壞直接影響塔磨機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率、設(shè)備部件使用壽命、運(yùn)行電流、啟動(dòng)負(fù)荷及產(chǎn)品質(zhì)量等。目前，金屬礦山塔磨機(jī)使用的研磨球以鋼球?yàn)橹?，主要存在磨球失圓嚴(yán)重，影響磨礦效率，設(shè)備啟動(dòng)困難，負(fù)荷大等弊病。

隨著陶瓷工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，推出了新型高硬度高耐磨陶瓷球。近年，該新型磨礦介質(zhì)也受到了金屬礦山的關(guān)注，在有色金屬選廠中礦再磨作業(yè)中得到了一定的應(yīng)用，有些選廠取得了較好的效果。但陶瓷球作為磨礦介質(zhì)應(yīng)用于鐵礦石細(xì)磨作業(yè)中較有色礦晚，處于起步階段。鑒于陶瓷球作為磨礦介質(zhì)的潛在節(jié)能降耗效果，劉樓銅鐵礦于2022年2月開展了新型陶瓷磨礦介質(zhì)納米復(fù)合陶瓷球（以下簡稱陶瓷球）作為塔磨機(jī)磨礦介質(zhì)的應(yīng)用研究。

3 塔磨機(jī)+陶瓷球簡介

3.1 塔磨機(jī)簡介

塔式磨機(jī)是一種垂直圓筒立式球磨機(jī)，該種磨機(jī)由垂直筒體、螺旋攪拌器、分級(jí)設(shè)備和驅(qū)動(dòng)裝置等部分組成。當(dāng)物料給入塔磨機(jī)時(shí)，塔磨機(jī)內(nèi)的物料先進(jìn)行重力分級(jí)，細(xì)顆粒直接溢流進(jìn)入下段作業(yè)，粗粒級(jí)沉降到底部研磨區(qū)進(jìn)行磨礦，攪拌螺旋帶動(dòng)介質(zhì)鋼球既起研磨作用又起提升礦物作用，使合格的細(xì)顆粒快速溢流出去，所以塔磨可以避免球磨機(jī)的“過磨與欠磨”現(xiàn)象，相比球磨機(jī)節(jié)能可達(dá)50%左右。塔磨機(jī)用于二、三段磨礦不僅節(jié)能，還能改善分選指標(biāo)。攀枝花某選鈦廠采用馬鞍山市天工科技股份有限公司生產(chǎn)的710 kW塔磨機(jī)進(jìn)行磨礦，給礦粒度-0.074 mm20%，分級(jí)溢流粒度-0.074 mm70%左右，采用強(qiáng)磁選—浮選工藝選別后，在鈦精礦品位不變的情況下，可將浮選尾礦中的TiO2含量從5%～6%降至4.0%以下，降低藥劑消耗約20%，說明采用塔磨機(jī)磨礦后產(chǎn)品粒度均勻、可浮粒級(jí)量偏多、磨礦效果好，改善了浮選指標(biāo)。

安徽龍橋鐵礦對(duì)硫銅混合精礦采用磨礦—浮選工藝分離硫精礦、銅精礦，采用馬鞍山市天工科技股份有限公司生產(chǎn)的132 kW塔磨機(jī)進(jìn)行磨礦，分離后銅精礦回收率較球磨指標(biāo)提高5個(gè)百分點(diǎn)以上?；幢睎|鑫礦業(yè)有限公司原工藝采用一段球磨，產(chǎn)品細(xì)度-0.074 mm60%，為了增產(chǎn)及改善選礦指標(biāo)，把一段球磨粒度放粗，增加二段塔磨，細(xì)度提高到-0.074 mm70%以上；技改運(yùn)行后，處理量由1 250 t/d提高到1 600 t/d，而且銅回收率提高了2個(gè)百分點(diǎn)以上，說明塔磨機(jī)磨礦細(xì)度比較窄，更適合浮選作業(yè)，球磨機(jī)磨礦易產(chǎn)生過磨，對(duì)浮選產(chǎn)生了不利影響。嵩縣山金礦業(yè)有限公司使用了馬鞍山市天工科技股份有限公司的250 kW塔磨機(jī)作為二段磨礦，金回收率提高了3個(gè)百分點(diǎn)以上，且處理量較設(shè)計(jì)提高30%以上。

3.2 陶瓷球

江西某公司生產(chǎn)的納米復(fù)合陶瓷球是一種納米陶瓷-金屬復(fù)合球。金屬陶瓷復(fù)合材料是由延性的金屬相與脆性的陶瓷相結(jié)合的材料，具有高強(qiáng)度和可塑性，采用納米技術(shù)和智能制造技術(shù)，顯微結(jié)構(gòu)非常均勻細(xì)密，具有內(nèi)外性能一致、強(qiáng)韌不易掉瓷的特性，是一種性能優(yōu)異的工程材料（表1）。

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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)［1］。與鋼球相比，同質(zhì)量的陶瓷球充填率更高、研磨面積更大。磨機(jī)充填率相同時(shí)，陶瓷球能耗更低，大部分鋼球在研磨至直徑-13 mm時(shí)，球體表面出現(xiàn)凹陷，形成無效研磨表面積，降低磨礦效果；陶瓷球在研磨至直徑-4 mm時(shí)，仍能保持較完好的球形及有效研磨表面積，保證磨礦效果。

4 技改流程

淮北東鑫礦業(yè)有限公司選廠2022年2月對(duì)磨礦流程進(jìn)行了局部改造，改造前塔磨機(jī)使用鋼球作為磨礦介質(zhì)，改造后塔磨機(jī)使用陶瓷球作為磨礦介質(zhì)。

4.1 使用鋼球磨礦流程

改造前塔磨機(jī)使用鋼球磨礦流程見圖1。

4.2 使用陶瓷球磨礦流程

選廠塔磨機(jī)使用納米復(fù)合陶瓷球時(shí)，對(duì)磨礦流程進(jìn)行了局部改造，在球磨前增加了預(yù)選拋廢作業(yè)。改造后陶瓷球磨礦流程見圖2。

4.3 不同磨礦介質(zhì)塔磨運(yùn)行效果

塔磨機(jī)于2022年2月使用陶瓷球作磨礦介質(zhì)，對(duì)磨礦濃度、補(bǔ)加球量等參數(shù)經(jīng)過幾個(gè)月的研究調(diào)整，逐步優(yōu)化了塔磨機(jī)使用陶瓷球的運(yùn)行操作參數(shù)，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)。不同磨礦介質(zhì)TGTM-250/250塔磨機(jī)運(yùn)行狀況及效果見表2。

注：拋廢后抽檢分析螺旋分級(jí)溢流-74μm含量提高約4個(gè)百分點(diǎn)。

幾個(gè)月的平穩(wěn)運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，陶瓷球作為二段塔磨機(jī)磨礦介質(zhì)是適合的，在溢流細(xì)度未降低甚至有所增加的前提下，塔磨機(jī)磨礦能耗大幅下降，降低約35%；球耗同比鋼球成本，在磨礦分級(jí)產(chǎn)品細(xì)度提高10個(gè)百分點(diǎn)的基礎(chǔ)上，年節(jié)省研磨介質(zhì)約10%。另外，使用陶瓷球塔磨機(jī)螺旋襯板使用時(shí)間延長，從6個(gè)月延長到8個(gè)月以上，提高了設(shè)備作業(yè)率。同時(shí)生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，塔磨機(jī)軸承溫度下降，有利于軸承等部件使用壽命的增加，減少塔磨機(jī)的材料消耗，進(jìn)一步降低選礦生產(chǎn)成本。同時(shí)陶瓷球的失圓程度相對(duì)較輕，有利于提高磨礦效率。

5 塔磨機(jī)適用新型陶瓷磨礦介質(zhì)的評(píng)估要素

傳統(tǒng)的塔磨機(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?，F(xiàn)有數(shù)十臺(tái)塔磨機(jī)應(yīng)用新型陶瓷研磨介質(zhì)替代高鉻鋼球，新型陶瓷研磨介質(zhì)的整體充填質(zhì)量比高鉻鋼球低30%～40%，達(dá)到了應(yīng)用高鉻鋼球的處理能力和產(chǎn)品細(xì)度，從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗及延長螺旋襯板壽命的良好效果。

雖然一些塔磨機(jī)廠商設(shè)計(jì)研制了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)降低了設(shè)備能耗［2］，但對(duì)已初裝高鉻鋼球的塔磨機(jī)，選用新型陶瓷磨礦介質(zhì)替代高鉻鋼球時(shí)，重點(diǎn)評(píng)估要素如下。

（1）充填率。由于陶瓷研磨介質(zhì)比重僅為鋼球的一半，即使充填質(zhì)量比鋼球低30%～40%，實(shí)際需要的充填體積比鋼球的體積大。塔磨機(jī)在運(yùn)行過程中，其磨礦介質(zhì)的動(dòng)態(tài)充填高度必須低于螺旋攪拌葉片的最高點(diǎn)。如圖3所示，塔磨機(jī)的高鉻鋼球靜態(tài)充填平面距離螺旋攪拌葉片的最高點(diǎn)約150 mm，當(dāng)塔磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，高鉻鋼球的動(dòng)態(tài)充填平面基本與螺旋攪拌葉片的最高點(diǎn)持平或略超過。如果塔磨機(jī)采用新型陶瓷研磨介質(zhì)取代高鉻鋼球，由于沒有足夠的充填空間容納比高鉻鋼球充填質(zhì)量低30%～40%的陶瓷研磨介質(zhì)，就不能實(shí)現(xiàn)高鉻鋼球完成的磨礦處理能力和磨礦產(chǎn)品細(xì)度。

（2）磨礦濃度。陶瓷研磨介質(zhì)對(duì)細(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。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［3-5］。因陶瓷研磨介質(zhì)比重僅為鋼球的一半，細(xì)磨時(shí)的沖擊力明顯低于鋼球，其磨礦濃度低于鋼球的磨礦濃度，才可能抵消礦漿的黏度和阻力，增加研磨粉碎粗顆粒物料的幾率。生產(chǎn)實(shí)際中，采用鋼球的塔磨機(jī)，最高磨礦濃度可達(dá)到80%；采用陶瓷研磨介質(zhì)的塔磨機(jī)，磨礦濃度通常在70%以下，此時(shí)的磨礦效率最高。

（3）底部進(jìn)漿。現(xiàn)在采用鋼球作為磨礦介質(zhì)的塔磨機(jī)，通常與旋流器形成閉路磨礦分級(jí)，旋流器沉砂經(jīng)高差自流返回塔磨機(jī)再磨。由于采用鋼球的磨礦濃度高，且鋼球的比重大，采用底部進(jìn)漿時(shí)，經(jīng)常發(fā)生堵塞現(xiàn)象，大部分塔磨機(jī)不得不采用頂部進(jìn)漿。由于頂部進(jìn)漿難以保證給入磨機(jī)的粗顆粒待磨物料“沉底”，并有部分粗顆粒待磨物料直接從頂部進(jìn)漿口“短路”，從塔磨機(jī)溢流口排出（圖4），從而降低了塔磨機(jī)的磨礦效率。

TGTM-250塔磨機(jī)應(yīng)用陶瓷球后，將塔磨機(jī)給料從頂部進(jìn)漿改為底部進(jìn)漿，至今未發(fā)生任何堵塞現(xiàn)象。由于所有給入塔磨機(jī)的粗顆粒物料從底部穿透整個(gè)研磨區(qū)域，再經(jīng)頂部排礦口溢流，充分發(fā)揮了陶瓷球的研磨作用。

6 結(jié)語

（1）劉樓銅鐵礦增加塔磨代替球磨的二段磨礦技改，大幅提升了選廠處理能力和磨礦細(xì)度，銅回收率提高了約2個(gè)百分點(diǎn)，鐵精礦品位由64%左右提高到了65%左右，不僅改善了分選指標(biāo)，還達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

（2）在采用陶瓷球做為磨礦介質(zhì)時(shí)，不僅達(dá)到了鋼球介質(zhì)的磨礦效果，而且塔磨機(jī)磨礦能耗大幅下降，降低約35%，年節(jié)省電費(fèi)約55萬元；球耗同比鋼球成本，在磨礦分級(jí)產(chǎn)品細(xì)度提高10個(gè)百分點(diǎn)的基礎(chǔ)上，年節(jié)省研磨介質(zhì)費(fèi)用約3萬元。

（3）使用納米復(fù)合陶瓷球，塔磨機(jī)螺旋襯板使用時(shí)間從6個(gè)月延長到8個(gè)月以上，提高了設(shè)備作業(yè)率。全年累計(jì)節(jié)能降耗壓縮選礦成本58萬元，提升了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。新型磨礦介質(zhì)納米復(fù)合陶瓷球在塔磨機(jī)中的應(yīng)用達(dá)到了預(yù)期目的，且對(duì)其推廣應(yīng)用具有一定的借鑒參考意義。