纳米陶瓷球在铁粗精矿再磨中的应用试验

蒋丰祥 胡 城 陈郅隆 童佳琪 沈远海 吴彩斌 桂志海

（1.安徽马钢矿业资源集团南山矿业有限公司；2.江西理工大学资源与环境工程学院）

合适的入选粒度是选矿取得良好指标的前提，磨矿作业可使目的矿物与脉石矿物充分解离［1-3］。但磨矿作业能耗巨大，占整个选矿厂电耗的50%，在磁选厂中更高达75%［4-5］，因此选矿中的磨矿是节能降耗的重点。随着国家“双碳”目标的实施，节能降耗成为选矿行业发展的必修课题［6-7］。陶瓷球作为选矿领域中一种新兴的磨矿介质［8-9］，具有密度低、耐磨、耐腐蚀、无铁质污染、节约能耗等特点［10-12］。为此，以南山矿凹山选矿厂二段磨给矿为研究对象，探讨二段磨矿中陶瓷球替换钢球的磨矿特性，及其工业化应用的可行性。

1 试验样品及设备

1.1 试验样品

试样取自南山矿凹山选厂二段磨机给矿，样品晾干后，经环堆缩分制样，制成500 g装袋备用。采用环堆十字分割法取试验代表样，进行粒度筛析并化验粒级品位。试样筛析和金属量分布结果见表1。为便于分析磨矿产品质量，根据磁铁矿磁选分离特点，定义+0.15 mm 粒级为欠磨粒级，表征欠磨情况；0.023～0.15 mm 粒级为合格粒级，表征适合磁选分离粒级；-0.075 mm粒级表示标准磨矿粒级。

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由表1 可知，入磨物料中+2.00 mm 粒级产率6.22%，大颗粒含量较少；+0.15 mm 粒级产率56.48%，铁分布率达43.323%，给矿粒度组成较粗；-0.15+0.023 mm 粒级产率为41.29%，铁分布率达53.267%；随着粒度变细，铁品位上升，说明样品中含铁矿物为易碎矿物，磨矿过程易发生过粉碎现象。对于该矿物的研磨，要注意粗颗粒的磨细，同时减少过磨粒级的产生，增加矿物的有效回收。

1.2 试验设备

试验设备采用武汉探矿机械厂生产的XMBφ200 mm×240 mm球磨机，景德镇百特威尔新材料有限公司生产的纳米复合陶瓷球（以下简称陶瓷球）。该陶瓷球主要成分为三氧化二铝，密度3.7 g/cm3，莫氏硬度为9，主要规格为φ50 mm，φ40 mm，φ35 mm，φ30 mm，φ25 mm，φ20 mm，φ15 mm。试验采用河北钢诺新材料股份有限公司生产的钢球，主要规格为φ50 mm，φ40 mm，φ30 mm，φ25 mm，φ20 mm，φ15 mm。

2 钢球磨矿产品筛析试验

钢球磨矿产品筛析试验采用φ50 mm 钢球，固定充填率为35%，磨矿浓度为72%，磨矿后对磨矿产品进行筛析，试验结果见表2。

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由表2 可知，随着磨矿时间的增加，磨矿产品的整体粒度分布变细，说明钢球磨矿对该矿石有较好的适应性；在磨矿时间为3.5 min 时，磨矿产品中-0.075 mm 粒级产率最高，+0.15 mm 粒级产率最低，此时磨矿效果最佳。

3 陶瓷球磨矿特性试验

3.1 不同直径陶瓷球磨矿试验

固定磨矿时间3.5 min，充填率35%，磨矿浓度72%，在陶瓷球尺寸分别为φ20 mm，φ25 mm，φ30 mm，φ35 mm，φ40 mm 的条件下进行磨矿，磨矿后对产品进行筛析。不同陶瓷球直径磨矿试验结果见表3。

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由表3可知，磨矿产品中欠磨粒级产率并不随着球径增大而减小，当陶瓷球球径为20 mm 时，欠磨粒级产率最低，合格粒级产率最高；当陶瓷球球径为30 mm 时，欠磨粒级产率最高，为28.84%，合格粒级产率最低，为58.20%；所以陶瓷球球径不是越大越有利于磁铁矿磨矿。

3.2 球径配比试验

选取8 种不同的陶瓷球配比后进行磨矿，8 种装球制度从1#～8#平均球径依次减小，球径配比方案见表4。磨矿后对产品进行筛析，不同球径配比磨矿试验结果见表5。

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由表5 可知，随着陶瓷球平均粒径减小，磨矿产品中-0.075 mm 粒级产率增加，欠磨粒级产率减小，该现象与不同陶瓷球直径磨矿试验结果一致，说明小直径的陶瓷球有利于该磁铁矿研磨；从合格粒级看，6#和7#配比的合格粒级产率较高，分别为67.50%和67.62%；综合考虑，6#配比为最佳球径配比。

3.3 介质充填率试验

固定6#陶瓷球配比，分别在介质充填率30%，35%，40%，45%的条件下进行陶瓷球磨矿充填率试验，试验结果见表6。

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由表6 可知，随着陶瓷球充填率增加，磨矿产品中-0.075 mm 粒级产率增加；当充填率达40%时，-0.075 mm 粒级产率为42.76%，欠磨粒级产率为20.53%，合格粒级产率为68.06%，磨矿效果较好；随着磨矿介质充填率从40%增加到45%，-0.075 mm 粒级产率减少，+0.15 mm 粒级产率增加，这是因为磨矿作用以研磨为主，充填率过高，陶瓷球在磨机内做抛落运动困难，大部分陶瓷球做泻落运动，导致冲击作用降低，使欠磨粒级增加，磨矿效果降低；故充填率选择40%。

3.4 磨矿浓度试验

固定充填率40%，在磨矿浓度60%，65%，70%，75%的条件下进行磨矿浓度试验，试验结果见表7。

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由表7可知，随着磨矿浓度的增大，-0.075 mm 粒级产率先增加后减小，最佳磨矿浓度为65%；当磨矿浓度为65%时，陶瓷球磨矿产品的-0.075 mm 粒级产率最高，同时合格粒级产率最高，欠磨粒级产率为22.07%，产品粒度分布较均匀，有利于提高磨矿产品质量。

4 陶瓷球、钢球、陶瓷球+钢球装球制度对比试验

4.1 陶瓷球、钢球、陶瓷球+钢球磨矿产品粒度对比试验

根据现场二段磨作业实际情况，钢球磨矿试验条件为磨矿量500 g，磨矿时间3.5 min，φ50 mm 钢球充填率35%，磨矿浓度72%。陶瓷球磨矿试验条件为磨矿量500 g，磨矿时间3.5 min，陶瓷球充填率40%，磨矿浓度65%，φ30 mm∶φ25 mm∶φ20 mm 陶瓷球装球配比为20%∶60%∶20%。陶瓷球+钢球磨矿条件为磨矿量500 g，磨矿时间3.5 min，陶瓷球+钢球总充填率40%，磨矿浓度65%，φ40 mm 钢球质量占比23%，φ30 mm:φ25 mm:φ20 mm 陶瓷球装球配比为20%∶60%∶20%。磨矿后分别对产品进行筛析，陶瓷球、钢球、陶瓷球+钢球装球制度试验结果见表8。

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由表8可知，陶瓷球+钢球制度下-0.075 mm粒级远高于钢球-0.075 mm 粒级产率，高出6.77 个百分点；陶瓷球+钢球与陶瓷球的+0.15 mm 粒级含量均小于钢球，说明陶瓷球在+0.15 mm 粒级磨矿效果优于钢球；陶瓷球+钢球与陶瓷球的-0.15+0.023 mm 粒级含量均大于钢球，说明对于钢球磨矿，陶瓷球在一定条件下可增大-0.15+0.023 mm粒级的产生，提高了磨矿效果。

4.2 陶瓷球、钢球、陶瓷球+钢球磨矿产品磁选试验

将陶瓷球、钢球和陶瓷球+钢球的磨矿产品分别进行磁选作业。磁选流程见图1，试验结果见表9。

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由表9 可知，使用陶瓷球和陶瓷球+钢球所得磁选精矿品位均大于钢球，使用陶瓷球、钢球、陶瓷球+钢球所得磁选精矿回收率分别为97.92%，95.45%，98.16%，使用陶瓷球比钢球所得的精矿回收率提高了2.47 个百分点，使用陶瓷球+钢球比钢球提高了2.71 个百分点；陶瓷球替换钢球作为磨矿介质，可以提高精矿铁品位和回收率，有效改善了磨矿产品的粒度分布特性，提高磁选指标。

5 结 论

（1）使用陶瓷球磨矿时，在磨矿时间3.5 min，磨矿浓度65%，陶瓷球充填率40%，陶瓷球φ30 mm:φ25 mm:φ20 mm 配比为20%∶60%∶20%的条件下，试验室磨矿效果较好。

（2）在相同的磨矿条件下，充填率为40%时，陶瓷球磨矿能力优于钢球，陶瓷球的合格粒级（-0.15+0.023 mm）产率比现场钢球的合格粒级产率高12.37个百分点；陶瓷球的欠磨粒级（+0.15 mm）产率比现场钢球的欠磨粒级产率降低了8.01个百分点。

（3）在相同的试验条件下，使用陶瓷球和陶瓷球+钢球所得磁选精矿品位均大于钢球介质，使用陶瓷球比钢球所得的精矿回收率提高了2.47 个百分点，使用陶瓷球+钢球比钢球提高了2.71 个百分点。陶瓷球替换钢球作为磨矿介质，可以提高精矿铁品位和回收率，有效改善磨矿产品的粒度分布特性，提高磁选指标。