纳米陶瓷球在金翅岭金矿立磨机的应用

摘要： 针对立磨机磨矿介质采用高铬钢球造成的螺旋衬板消耗高、氰化钠和锌粉消耗增加等问题，金翅岭金矿进行了纳米陶瓷球替代高铬钢球试验研究及工业应用。结果表明：立磨机最佳运行条件为磨矿浓度（66±2）%、运行电流（13±2）A，补加球制度为25 mm与20 mm质量比2 ∶ 1;纳米陶瓷球和高铬钢球磨矿分级产品粒度分布、磨矿效率和金浸出率基本一致，但减少了铁质污染，同时球耗从7.720元/t降至0.191元/t，螺旋衬板年耗从3套降至1.69套，总计年可节省费用249.15万元，取得了良好的经济效果。

关键词： 立磨机;纳米陶瓷球;高铬钢球;磨矿介质;磨矿

  中图分类号：TD453 文献标志码：A 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2021）09-0081-04 doi：10.11792/hj20210915

   引 言

立式螺旋搅拌磨矿机作为高效率的细磨设备，已广泛应用于冶金、化工等工业领域。招金矿业股份有限公司金翅岭金矿（下称“金翅岭金矿”）引进美卓公司生产的VTM-400-WB型立磨机（下称“立磨机”）作为细磨设备，日可处理浮选金精矿600 t。立磨机提高了金矿物的解离度，减轻了过磨，同时可去除矿物表层杂质，有效改善氰化指标，但该立磨机采用高铬钢球作为磨矿介质，螺旋衬板消耗增加，同时钢球磨损产生的杂质铁进入流程，造成氰化钠和锌粉等药剂消耗，增加了生产成本[1]。因此，寻找新的磨矿介质替代高铬钢球，减少杂质铁进入浸出工艺对降低流程杂质及成本等具有重要意义。

工程陶瓷具有良好的耐酸碱、耐磨等性能，能适用于许多的金属和非金属不能应用的恶劣工况，因而成为一种热门的新材料。纳米陶瓷球作为工程陶瓷的一种应用，广泛应用于立式搅拌磨机、艾萨磨机等细磨设备，其为惰性介质，磨损后产生的碎屑不溶于氰化钠。金翅岭金矿将纳米陶瓷球应用于氰化生产立磨机，取得了良好生产效果。

1 金翅岭金矿生产现状

1.1 磨矿工艺流程

金翅岭金矿年可处理浮选金精矿19.8万t，原料来源广泛，性质复杂。氰化工艺为常规的二浸二洗工艺，采用的立磨机装机功率为298 kW，台时处理能力25 t。磨矿工艺流程见图1。

1.2 原磨矿介质及参数

金翅岭金矿氰化厂立磨机原磨矿介质采用高铬钢球，初装球尺寸13 mm與9 mm质量比1 ∶ 1。通过实验室试验和工业试验确定补加球制度为25 mm与20 mm质量比1 ∶ 4，最佳充填率为28 %，主电动机电流22 A，最佳磨矿浓度（75±5）%。通过生产实践，立磨机再磨产品中-38 μm粒级占比达54 %，旋流器分级粒度-38 μm占（91±2）%。

1.3 产品粒度分布

金翅岭金矿浮选金精矿粒度分布见表1，利用高铬钢球作为磨矿介质时立磨机给矿和排矿粒度分布见表2。

2 纳米陶瓷球试验研究

纳米陶瓷球密度为3.7 g/cm3左右，莫氏硬度为9。 该陶瓷球具有高耐磨性，其磨耗是一般陶瓷球的四分之一、钢球的十分之一左右，与氧化锆球相当，但价格仅是氧化锆球的三分之一左右。此外，其具有耐高温、耐酸碱（除氢氟酸）的一系列优点[2]。因此，金翅岭金矿采用纳米陶瓷球作为细磨介质，以减少杂质铁对浸出的影响。纳米陶瓷球化学成分及物理性能见表3。

通过市场调研发现，纳米陶瓷球应用于铜矿、铅锌矿细磨时[3]，电能消耗、材料消耗、衬板磨损都有大幅度下降。因此，2019年下半年，金翅岭金矿决定采用纳米陶瓷球作为浮选金精矿细磨立磨机的磨矿介质。 由于第一次将纳米陶瓷球应用于浮选金精矿细磨，因此进行了实验室球磨机磨耗率试验，并在补加球制度、磨矿浓度、充填率等方面进行了工业试验。

2.1 磨耗率

取相同质量和直径的高铬钢球和纳米陶瓷球分别置于XMQ-240×90实验室球磨机中，分别添加清水1 000 g、石灰50 g进行耐磨试验，总计磨矿48 h，每间隔6 h取出，冷却后称量，计算磨耗率。具体磨耗率曲线见图2。

由图2可知：纳米陶瓷球和高铬钢球的磨耗率均随球磨机运转时间增加而增加，磨矿48 h后，纳米陶瓷球磨耗率为0.14 %，高铬钢球磨耗率为1.30 %;可见在实验室球磨机中纳米陶瓷球磨耗率约为高铬钢球的十分之一。

2.2 补加球制度

金翅岭金矿立磨机磨矿介质采用纳米陶瓷球，初装球质量为21 t，尺寸为25 mm、20 mm、13 mm，质量比为8 ∶ 8 ∶ 5;补加球25 mm与20 mm质量比为1 ∶ 1。经过15 d工业试验，磨矿产品中 -38 μm占48 %左右，与高铬钢球相差6 百分点左右。通过计算，确定最终初装球质量为24 t，25 mm、20 mm、 13 mm质量比为10 ∶ 9 ∶ 5;补加球25 mm与20 mm质量比为2 ∶ 1。

2.3 磨矿浓度

磨矿浓度是影响磨矿效率的一个重要指标，磨矿浓度增大，黏性增加，流动性减小，磨矿时间增加。磨矿浓度越大，磨矿介质受到的浮力越大，有效密度变小，磨矿效果变差。不同磨矿浓度、适宜充填率下，纳米陶瓷球和高铬钢球的磨机生产率（以 -400目计算）对比见表4。

由表4可知：在不同磨矿浓度下磨机生产率较为接近，但当磨矿浓度超过70 %时，纳米陶瓷球存在吐球现象。试验中发现，磨矿浓度达到75 %时，吐球较多，严重影响生产，影响旋流器分级效率，因此将纳米陶瓷球磨矿浓度确定为（66±2）%。

2.4 充填率

磨矿效率的高低是由磨矿介质决定的，合适的充填率是提高磨矿效率的必要条件之一。立磨机在单位体积、质量上能提供更高的功率强度[4]，保证磨矿介质有足够的能量，从而提高磨矿效率。由于立磨机依靠磨机内螺旋体转动带动磨矿介质进行磨矿，所以介质充填率与电流成正比关系，在相同处理量和磨矿浓度条件下，可通过电流大小来判断装球量。通过现场试验，确定主电动机电流为（13±2）A，此时充填率达到50 %，磨机排矿细度最佳。

3 工业应用及效果

2020年1月1日金翅岭金矿立磨机磨矿介质正式应用纳米陶瓷球，应用至今效果良好。

3.1 氰化钠消耗

分别取高铬钢球和纳米陶瓷球磨矿分级溢流进行氰化浸出综合试验，在保证氰化钠质量分数为0.40 %～0.45 %的條件下，浸出36 h。试验结果见表5，浸出液组分分析结果见表6。

由表5、表6可知：在相同氰化钠质量分数下，纳米陶瓷球和高铬钢球磨矿产品金浸出率相差不大，但纳米陶瓷球磨矿产品浸出时NaCN和CaO用量较低;二者浸出液中铜、 铅、锌、砷、锑含量相差不大，但高铬钢球磨矿产品浸出液中铁比纳米陶瓷球磨矿产品高近43 %;这表明纳米陶瓷球在化学性能方面属于惰性稳定物，基本不与碱反应;高铬钢球的磨损导致产品中杂质铁增加，使得氰化钠耗量和浸出液中杂质铁增加。

3.2 球 耗

使用高铬钢球时，其磨耗比较高，每3个月需清理1次废球。通过对使用3个月的高铬钢球进行统计分析表明，大于18 mm 失圆率为1 %，14～18 mm   失圆率为5 %，10～14 mm失圆率为15 %，5～10 mm失圆率为60 %，小于5 mm失圆率几乎为100 %。 高铬钢球失圆后，比表面积减小，研磨效率降低，严重影响磨矿效率。通过称球计算，高铬钢球总失圆率为20 %左右，需要大量补充新球。高铬钢球失圆情况见图3。

运行6个月后，将立磨机开盖取球进行统计分析，纳米陶瓷球只有极个别失圆，失圆率几乎为零。对纳米陶瓷球磨损情况进行分析，各粒级的纳米陶瓷球磨损程度都在1 mm左右，最大磨损情况见图4。

通过统计2019年全年立磨机生产数据，高铬钢球单耗为1.80 kg/t， 6个月纳米陶瓷球单耗为0.058 kg/t，球耗显著下降。

3.3 磨矿产品细度

利用纳米陶瓷球磨矿生产运行6个月后，统计分析分级溢流粒度分布，结果见表7，分级效率见表8。

由表7可知：高铬钢球和纳米陶瓷球磨矿分级后，在相同处理能力情况下，溢流产品粒度分布相差不大，且氰化浸出指标一致;可见使用纳米陶瓷球作为磨矿介质与高铬钢球磨矿效率相差不大。

由表8可知，高铬钢球和纳米陶瓷球磨矿产品分级效率基本一致。

3.4 经济指标

纳米陶瓷球和高铬钢球分别作为磨矿介质的经济指标见表9。由表9可知：使用纳米陶瓷球后，立磨机电耗从16.04 kW·h/t下降到8.16 kW·h/t，球耗从7.720元/t降至0.191元/t，螺旋衬板年耗从3套降至1.69套，总计年可节省费用249.15万元。

4 结 论

1）纳米陶瓷球具有耐磨、耐酸碱的特性，通过实验室磨耗率试验可知，纳米陶瓷球磨耗率约为高铬钢球的十分之一。 通过工业试验确定了立磨机运行参数：初装球制度25 mm、20 mm、13 mm质量比为10 ∶ 9 ∶ 5，补加球25 mm与20 mm质量比为2 ∶ 1，磨矿浓度（66±2）%，运行电流（13±2）A，充填率50 %。

2）在小型浸出试验中，纳米陶瓷球与高铬钢球磨矿产品金浸出率一致，但纳米陶瓷球磨矿产品浸出液中杂质铁减少约43 %，降低了杂质铁对NaCN和CaO用量的影响。通过工业应用，二者磨矿分级产品细度、分级量效率、分级质效率相差不大。

3）通过生产实践，纳米陶瓷球应用后立磨机电耗从16.04 kW·h/t下降到8.16 kW·h/t，球耗从7.720元/t降至0.191元/t，螺旋衬板年耗从3套降至1.69套，总计年可节省费用249.15万元。

[参 考 文 献]

[1]  徐怀浩，王浩，王立新，等.VTM-400立磨机在金翅岭金矿氰化厂的应用[J].黄金，2019，40（7）：68-70，74.

[2] 廖宁宁，吴彩斌，吴志强，等.纳米陶瓷球对铜硫矿磨矿和浮选的影响[J].有色金属工程，2019，9（1）：70-76.

[3] 韩彬，莫峰，贾素娥，等.纳米陶瓷球在复杂多金属矿细磨的应用研究[J].有色金属（选矿部分），2019（4）：40-44.

[4] 张国旺，李自强，李晓东，等.立式螺旋搅拌磨矿机在铁精矿再磨中的应用[J].金属矿山，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