为减少泗洲选矿厂二段磨矿作业球磨介质消耗和磨矿电耗，针对传统磨矿介质钢球在磨矿过程中自己消耗和磨矿电耗高的缺点，进行了氧化铝瓷球替代钢球试验研究。通过试验室不同球径氧化铝球配比试验和生产现场磨矿介质充填率对比试验，得出35，25 mm 2 种球径按水平比6∶4，磨矿介质充填率为36%时，磨矿商品中的-0.074 mm 含量最高，磨矿过程最稳定。剖析钢球和氧化铝球生产运用对比试验数据可知，氧化铝球可使磨机磨矿电单耗降低约30%，介质单耗降低66%，经济效益显著，具备推广价值。
为减少泗洲选矿厂二段磨矿作业球磨介质消耗和磨矿电耗，针对传统磨矿介质钢球在磨矿过程中自己消耗和磨矿电耗高的缺点，进行了氧化铝瓷球替代钢球试验研究。通过试验室不同球径氧化铝球配比试验和生产现场磨矿介质充填率对比试验，得出35，25 mm 2 种球径按水平比6∶4，磨矿介质充填率为36%时，磨矿商品中的-0.074 mm 含量最高，磨矿过程最稳定。剖析钢球和氧化铝球生产运用对比试验数据可知，氧化铝球可使磨机磨矿电单耗降低约30%，介质单耗降低66%，经济效益显著，具备推广价值。
作者及单位
张金华1， 李永峰2
1.江铜集团德兴铜矿;2.威海海王旋流器公司
引用格式
张金华, 李永峰. 氧化铝球在泗洲选矿厂二段磨矿中的应用[J]. 现代矿业, 2023(1):211-214.
正文
江铜集团德兴铜矿属特大型斑岩铜矿，矿石种类以细脉浸染型硫化矿为主，金属矿物以黄铜矿、黄铁矿为主，黝铜矿、辉铜矿、斑铜矿、辉钼矿次之，间有少量方铅矿和闪锌矿，金的独立矿物为自然金，第二为银金矿;非金属矿物以绢云母和石英为主，绿泥石、长石、方解石、云母、白云母次之;可收购的有用成分以铜为主，还有伴生的硫、钼、金、银、铼等。
泗洲选矿厂是德兴铜矿的主要选矿厂之一，日处置原矿3.8 万t，磨矿作业包含处置原矿的一段磨矿和浮选粗精矿再磨的二段磨矿作业，浮选作业包含一段铜硫混浮和二段铜硫离别，选矿商品主要有铜精矿、硫精矿。磨矿作业在选矿中占有极其要紧的地位，磨矿作业用的磨矿介质绝大多数为普通钢球，不只钢球耗量大，还因铁球密度大致使磨矿作业能耗占选矿厂能耗的50%左右。为响应国家节能降碳、绿色进步的策略需要，泗洲选矿厂从2017年开始在二段磨矿作业拓展用氧化铝球替代钢球作为磨矿介质试验，并在现场逐步推广用。二段磨矿作业在满足浮选工艺需要的首要条件下，大幅减少了磨矿介质消耗和磨矿电耗，减少了磨矿生产本钱，经济技术显著。
1 氧化铝球特质
氧化铝球又称氧化铝陶瓷球，依据氧化铝含量的不同可细分为90 瓷、92 瓷、95 瓷、99 瓷等系列。氧化铝球是湿法研磨瓷球，密度为3.6 g/cm3，是钢球的一半，因而同等体积的氧化铝球水平只有钢球的一半。同时，它还具备高强度、高硬度、高耐磨性、耐高温的特征，作为磨矿介质能大幅减少磨机运行负荷及电能消耗，且自己磨损消耗也小。氧化铝因其优良特质被广泛应用于不相同种类型的陶瓷、水泥、玻璃等工厂的厚硬材质精加工和深加工。除上述行业外，现在石英、化工等行业生产中也在陆续尝试用氧化铝球。氧化铝球的主要特质见表1。
由表1 可知，氧化铝球随氧化铝含量的提升，其硬度和密度都渐渐增大，且耐磨性更好，但不同氧化铝含量球的价格不同，需依据现场实质用需要及本钱合理选择。
在有色金属矿山磨矿作业中，磨矿介质常见使用含铬钢球，主如果钢球性质稳定，价格相对实惠，来源广泛，密度大，对矿石具备较好的冲击磨削用途。但铁球也有其自己的缺点，譬如铁球易受矿浆环境影响，尤其是水质pH值，在酸性介质中腐蚀磨损快，易导致耗量上升，增加用球本钱。钢球水平受含铬量影响大，水平不佳的钢球在磨矿作业过程中易开裂，减少磨矿成效，增加钢球消耗量。除此之外，钢球比重大，冲击力强，导致球磨机能耗高，磨矿本钱增加。氧化铝球和钢球外观见图1。
2 二段磨矿作业工艺步骤
泗洲选矿厂二段磨矿作业使用一段闭路磨矿分级步骤，该步骤是将一段浮选作业产出的粗精矿先进行旋流器预先分级，预先分级的溢流商品进入二段铜硫离别浮选作业，分级沉砂进入球磨机再磨;球磨机的排矿进入泵池，通过渣浆泵送至旋流器进行检分数查询级，检分数查询级的溢流商品与预先分级的溢流商品汇合一块进入二段铜硫离别浮选作业，分级沉砂返回球磨机再磨，形成一个闭路磨矿分级作业。该磨矿步骤的主要设施有ϕ2.1 m×3.0 m 溢流型球磨机(1 开1 备)，海王ϕ250 mm 预先分级旋流器(4 台)和海王ϕ350 mm 检分数查询级旋流器组(3 台)，6/4EAHR渣浆泵型(2 台)和相应管路。磨矿介质为钢球，平时补加球为ϕ35 mm，正常生产状况下，钢球单耗0.028～0.030 kg/t，球磨机功率约140 kW，预先和检分数查询级溢流-0.074 mm 含量需要85%以上。二段磨矿分级作业工艺步骤见图2。
3 氧化铝球磨矿试验研究
为了研究适合的氧化铝瓷球磨矿参数条件，剖析比较氧化铝球和钢球的磨矿成效，该厂分别在试验室和生产现场拓展了相应的试验研究，试验包含不同球径配比的磨矿试验、不同介质充填率磨矿试验及氧化铝球和钢球现场工业试验技术标准对比，试验用球为95氧化铝瓷球。
3.1 球径配比试验
在磨矿过程中，对固定装球量而言，球径大则个数少，每次磨矿循环时对矿粒的打击次数少，球荷总的研磨面积亦降低，矿粒遭到的打击及磨剥的机会降低，磨矿商品中磨不细的级别产率势必增大，磨机的生产能力降低;同时，球径大则破碎力相应增大，商品中过粉碎级别多，总的磨矿成效恶化。球径过小虽然每次循环对矿粒的打击次数增加，但因为球的能量小，打击力不足，仍不可以有效破碎矿粒，磨不细级别会增多;而因为球径小所引起的研磨面积的大幅度增加，势必致使过粉碎级别增多及磨矿成效恶化。适合的球径配比对提升磨矿水平影响较大。
3.1.1 试验策略
(1)样品。湿矿样取自选矿厂二段磨矿作业球磨机给料入口处，经烘干、混匀、缩分，制备16 等份，每份1 kg。
(2)试验组数设置。磨矿试验分别将35，25 mm 2种球径的氧化铝球按水平比3∶7，4∶6，5∶5，6∶4，7∶3配比，共5组，每组在相同条件下做平行磨矿试验3次并取平均值作为结果，共计磨矿15次。
(3)试验条件。试验室使用360 mm×150 mm 小型球磨机，正常装球量20 kg。每次磨矿水平1 kg，磨矿时间15 min，磨矿浓度参考生产现场为65%，分别测试每次磨矿商品-0.074 mm百分含量。
3.1.2 试验结果
通过测试记录5 组不同球径配比磨矿商品-0.074 mm含量，试验结果见图3。
由图3 可见，在肯定范围内伴随球径35 mm 氧化铝球比率的增加，磨矿商品中-0.074 mm 含量增加，但超越肯定比率后，磨矿商品中-0.074 mm 含量不再增加甚至略微降低;由此确定在处置现场粗精矿时，2种球径的氧化铝球水平配比6∶4为宜。
3.2 介质充填率试验
球磨介质充填率是影响磨矿成效的要紧原因之一，适合的充填率不仅能够提升磨矿效率，还能减少非必要的磨矿能耗。为了确定适合的氧化铝球介质充填率，选厂借助现场球磨设施进行了介质充填率工业试验。二段磨矿作业用ϕ2.1 m×3.0 m 溢流型球磨机，依据现场测量计算，该球磨机允许的最高介质充填率为38%，当磨矿介质超出该上限值时，容易出现吐球现象，不可以维持正常生产。结合以往运行积累的生产数据，此次介质充填率试验分别设置为30%，32%，34%，36%，38%，并依次由低到高进行试验。在维持外部条件基本稳定的状况下，每组参数稳定运行3 个班次，每班测量球磨机排矿中的-0.074 mm含量，取3个班平均值作为该组参数结果，结果见图4。
由图4 可见，在肯定范围内随介质充填率的增加，磨矿商品中-0.074 mm 含量随之增加，但超越36%后，磨矿商品中的-0.074 mm 含量增加幅度不大，而且因充填率较高，试验过程中出现部分磨细的氧化铝球伴随矿浆排出，影响后续旋流器分级;另外，伴随介质充填率上升，球磨机功率同步上升，电耗增加;综合考虑，磨矿介质充填率36%为宜。
3.3 工业试验技术标准对比
为客观准确学会氧化铝球实质运用指标，拓展了氧化铝球和钢球工业对比试验。试验技术路线为借助生产现场2台相同型号的球磨机，分别以氧化铝瓷球和钢球作为磨矿介质，试验中2台球磨机的磨矿介质尺寸配比、介质充填率、每天补加球量、矿石性质、分级设施等外部条件相同，每台球磨机轮换交替稳定运转一周，测试记录2 台球磨机的运行功率、磨矿介质单耗和磨矿分级溢流商品水平，并进行成效对比。经过8 周的生产数据测试，2 台不同介质球磨机的对比数据见表2、表3。
由表2、表3 可知，试验过程中2 台球磨机的运行技术标准较为稳定，具备好的代表性;在磨矿电耗方面，用氧化铝球磨机的平均功率为69 kW，用钢球磨机的功率为139 kW，初步计算氧化铝球可减少约30%的磨机电耗;在球磨介质消耗方面，氧化铝球的平均单耗为0.009 4 kg/t，钢球为0.028 kg/t，氧化铝球吨矿消耗量仅为钢球的33.5%，即使氧化铝球的单价约为钢球的1.5倍，但氧化铝球的综合介质本钱明显更低;在磨矿成效方面，用钢球磨机的溢流商品中-0.074 mm 含量比氧化铝球高3～4个百分点，但均在87%以上，虽然氧化铝球磨矿成效略差，但能满足现场生产工艺需要。
4 氧化铝球现场应用优化
4.1 分级旋流器参数优化
泗洲选矿厂二段磨矿检分数查询级作业中所用的分级设施为3 台海王ϕ350 mm 旋流器组。该旋流器组技术参数是针对用钢球的状况而设定的，旋流器初始安装的沉砂嘴规格为ϕ30 mm。在推广用氧化铝球做磨矿介质后，因球磨机排矿的粒度组成发生了变化，为确保分级成效，选厂对旋流器的沉砂嘴尺寸进行了相应参数优化，分别选取ϕ25 mm，ϕ30 mm，ϕ35 mm，ϕ40 mm 4 种规格的沉砂嘴进行现场调试，每一个尺寸沉砂嘴稳定运行1周，测试相应的溢流浓细度，结果见表4。
由表4 可知，ϕ35 mm 沉砂嘴各项指标均优于ϕ25 mm，ϕ30 mm，ϕ40 mm 沉砂嘴;在后续的氧化铝球推广应用中，将旋流器沉砂嘴尺寸全部设定为ϕ35 mm。
4.2 球磨机操作流程优化
氧化铝瓷球(95 瓷)密度约3.65 g/cm3，生产现场粗精矿密度为3.4 g/cm3，两者接近。在磨机充填率和磨矿浓度上升时，部分小瓷球会随矿浆一块从磨机中排出，排出的瓷球若处置不当，会堵塞分级旋流器沉砂嘴，恶化旋流器分级成效，进而影响浮选入选原矿粒度，导致浮选指标波动。为适应新变化，该厂总结出了应付手段，一是加大球磨机磨矿浓度控制，拟定浓度上限值，防止出现过高浓度;二是在球磨机排矿口增设网格格筛，预防小球进入旋流器;三是严格球磨和旋流器渣浆泵的开停顺序，球磨机按“先开后停，不带矿空转10 min”的需要操作。经过上述优化，氧化铝球在生产现场稳定推广用。
5 结 论
(1)泗洲选矿厂在现有矿性及设施条件下，在二段磨矿推广应用氧化铝球，磨矿介质球径35，25 mm 2种球按水平比6:4配比，充填率36%较为适合。
(2)使用氧化铝球替代钢球作为磨矿介质，可大大降低磨矿介质消耗及磨矿电耗，节省磨矿本钱。依据工业试验测算，磨机磨矿电单耗约降低30%，介质单耗降低66%，经济效益显著，具备推广价值。
(3)氧化铝球密度较钢球更小，对矿物的冲击破碎成效不如钢球，对改变二段磨矿过程中的过粉碎具备较好的成效，但对磨矿商品细度需要较高的生产工艺过程，因其磨矿成效比钢球差，需依据现场状况进行选择。
(4)因氧化铝球与钢球密度差异大，在用氧化铝瓷球的过程中，在磨矿浓度和充填率较高时，瓷球容易从出料口排出，影响正常生产，故球磨机操作流程和分级设施应改变优化。
参考文献(略)
