納米復合陶瓷球在邊磨邊浸工藝中的應用研究

秦貞軍，陳光輝，張吉安，牛桂強，石寶興，王 虎

(青海昆侖黃金有限公司)

引 言

邊磨邊浸工藝可以強化浸出過程，縮短浸金時間，其原因是：①金精礦在磨礦過程中不斷暴露出新鮮金表面，具有較高的反應活性，有利于氰化絡合反應的進行；②磨礦過程中強烈的攪拌作用，破壞或減薄了金粒表面界面層，強化了CN-、O2、[Au(CN)2]-的擴散，從而加快了金的氰化絡合反應；③磨礦過程中產生的熱量提高了礦漿溫度，有利于金的浸出[1]。但是，邊磨邊浸也存在一定的問題：①磨礦過程中產生的鐵粉會緩慢地與氰化物作用，增加氰化物消耗量[2]，同時生成的Na2Fe(CN)6采用酸化法很難去除，從而惡化了浸出環境；②溫度的升高會增加氰化物與非貴金屬的反應活性及氰化物的水解，使氰化物消耗量增加[3]。

納米復合陶瓷球具有耐腐蝕、耐磨、密度低等特點，目前較多地應用在塔磨機和有色金屬礦山細磨階段，尚未有關于納米復合陶瓷球在臥式球磨機超細磨、邊磨邊浸工藝中應用的報道。青海昆侖黃金有限公司從2021年7月開始，開展了納米復合陶瓷球應用于邊磨邊浸工藝中臥式球磨機的可行性試驗研究，結果表明，采用納米復合陶瓷球替代鋼球，實現了能耗、氰化鈉耗量、球耗的降低，同時浸出介質質量得到改善，貴金屬浸出率得到提高。在國家碳達峰碳中和背景下，具有很好的推廣應用前景。

1 工藝流程及金精礦性質

1.1 磨礦分級工藝流程

青海昆侖黃金有限公司氰化流程采用傳統的CCD工藝，磨礦為2個平行的一段一閉路磨礦分級流程，金精礦經給料器給入攪拌槽內，攪拌后的礦漿進入緩沖槽，槽內的礦漿經分料器均勻分配到2臺MQY1545球磨機對應的旋流器分級泵箱，經一段分級后，旋流器沉砂進入球磨機，磨礦后的產品進入分級泵箱內，形成閉路循環，旋流器溢流(即為最終的磨礦產品)進入到浸前濃密機，磨礦、分級用水均采用浸前濃密機溢流水，同時在球磨機給料口處添加氰化鈉，實現邊磨邊浸。工藝流程見圖1。

圖1 磨礦分級工藝流程

青海昆侖黃金有限公司MQY1545球磨機采用鍛造鋼球作為充填介質，初始球制度為φ30 mm、φ20 mm 質量比1 ∶1，充填率為38 %，日常生產中補加φ30 mm鋼球，電動機工作電流為(192±1)A。受氰化鈉及堿腐蝕等因素的影響，鋼球噸耗達到1.5 kg左右，磨礦過程中產生的大量鐵屑與氰化鈉反應，造成氰化鈉耗量增加，同時產生的鐵氰絡合物進入浸出介質中，采用酸法無法有效去除，從而進一步惡化了浸出條件，造成貴金屬浸出率偏低。

1.2 金精礦性質

金精礦化學成分分析結果見表1，礦物組成分析結果見表2。

表1 金精礦化學成分分析結果

表2 礦物組成分析結果

由表1、表2可知，該金精礦中主要礦物為黃鐵礦、毒砂、石英等，為中等可磨性礦石。

1.3 原礦及磨礦產品粒度分析

原礦及采用鍛造鋼球球磨機磨礦產品(旋流器溢流)粒度篩析結果見表3。

表3 粒度篩析結果

2 納米復合陶瓷球應用研究

納米陶瓷球按制成材料可分為碳化硅陶瓷球、氮化硅陶瓷球、氧化鋯陶瓷球及氧化鋁陶瓷球[4]4種。試驗用陶瓷球為景德鎮百特威爾新材料有限公司生產的納米復合陶瓷球，真密度3.7～4.1 g/cm3，莫氏硬度>8.5，是由延性的金屬粉末和脆性的陶瓷粉末相結合，制成的一種新型粒子增強型工程材料，具有高強度、高耐磨、可塑性和耐疲勞性等特點。其磨耗與常規納米陶瓷球基本相當，價格僅為常規納米陶瓷球的一半。

為更好地對比鋼球和納米復合陶瓷球的應用效果，此次試驗僅將2#球磨機的磨礦介質由鋼球全部更換為納米復合陶瓷球。

2.1 初始球及補加球制度

由于試驗是將納米復合陶瓷球應用到細磨階段，金精礦以研磨作用為主，因此初始球制度按照大幅減小球徑、增大比表面積的原則，確定φ25 mm、φ20 mm、φ15 mm納米復合陶瓷球質量比1 ∶2 ∶2為初始球配比。日常生產過程中補加φ25 mm納米復合陶瓷球。

2.2 充填率

由于納米復合陶瓷球密度為3.77 g/cm3，僅為傳統鋼球的一半，在球磨機中作為磨礦介質使用，降低了介質離心力和對礦物的沖擊能。因此，為了確保磨礦效率，需要提升磨礦介質充填率。此外，對現場球磨機中空軸頸內套進行了改造，增設了帶有條縫孔的反螺旋裝置，在提高磨礦介質充填率的同時，保證球磨機不“吐球”。球磨機排料口反螺旋裝置見圖2。

圖2 球磨機排料口反螺旋裝置

控制磨礦濃度為63 %左右，在保證磨礦產品中-0.037 mm粒度達到95 %的條件下，進行了充填率與磨機臺時處理能力試驗，結果見表4。

表4 充填率與磨機臺時處理能力試驗結果

由表4可知：采用納米復合陶瓷球作為磨礦介質時，當充填率達到42 %時，與鋼球充填率達到38 %時基本一致；當進一步提高納米復合陶瓷球充填率時，出現明顯的吐球現象，因此控制納米復合陶瓷球充填率為42 %。

2種磨礦介質質量及表面積對比見表5。

表5 納米復合陶瓷球與鋼球質量及表面積對比

由表5可知：納米復合陶瓷球質量僅為鋼球質量的55.65 %，但表面積為鋼球的1.41倍。與鋼球相比，雖然納米復合陶瓷球的沖擊作用明顯減弱，但研磨作用更加明顯，因此保證了球磨機的磨礦效率。另外，由于納米復合陶瓷球質量更小，球磨機電流也由192 A左右降低到125 A，降幅達到34.90 %。

2.3 磨礦濃度

磨礦濃度與磨機臺時處理能力試驗結果見表6。

表6 磨礦濃度與磨機臺時處理能力試驗結果

由表6可知:當磨礦濃度控制在(65±1)%時，磨機臺時處理能力較大，旋流器溢流細度達到95.36 %，與采用鋼球進行磨礦時的產品細度基本一致。隨著磨礦濃度的增加，礦漿流動性變差、流速變慢，磨礦效率降低，且當磨礦濃度達到70 %左右時，部分納米復合陶瓷球隨礦漿一同排出，影響正常磨礦。

采用納米復合陶瓷球和鋼球的分級效率、球磨機給排料細度對比見表7。

表7 粒級指標及分級效率對比 %

由表7可知，采用納米復合陶瓷球進行磨礦，分級效率有所提升。

2.4 氰化鈉耗量

分別對2#、3#球磨機對應的旋流器溢流進行取樣分析，重點分析了其液體中的Fe質量濃度，結果見表8。

表8 磨礦-分級系統溢流液體中Fe質量濃度

由表8可知，采用納米復合陶瓷球磨礦，旋流器溢流液體中的鐵質量濃度降低了304 mg/L，這表明納米復合陶瓷球在化學性能方面屬于惰性穩定物，基本不與堿反應;鋼球的磨損導致產品中雜質鐵增加，使得氰化鈉耗量和浸出液中雜質鐵增加[5]。

3 工業試驗

2021年11月8日，青海昆侖黃金有限公司將2臺MQY1545球磨機磨礦介質全部更換為納米復合陶瓷球，并保持充填率42 %左右，在保證處理礦量的同時，實現了能耗、球耗、氰化鈉耗量的有效降低，另外進入到浸出介質中的鐵含量明顯降低，浸出介質質量得到改善，浸出率得到提高。工業試驗結果見表9。同時，對比了2種磨礦介質下產品細度，結果見圖3。

表9 納米復合陶瓷球使用前后對比

圖3 2種磨礦介質下產品細度對比

采用鋼球作為磨礦介質時，磨礦細度的總體標準差8.82 %；采用納米復合陶瓷球作為磨礦介質時，總體標準差3.25 %；表明采用納米復合陶瓷球作為磨礦介質時磨礦細度更加穩定。2種磨礦介質下經濟效益分析結果見表10。

表10 2種磨礦介質下經濟效益分析結果

由表10可知，采用納米復合陶瓷球作為磨礦介質，球耗成本年可節約4.6萬元，氰化鈉消耗成本年可節約74萬元，磨礦電耗成本年可節約12.22萬元，指標提升年可新增經濟效益125.52萬元，年新增經濟效益合計216.34萬元。

4 結 論

1)采用納米復合陶瓷球替代鋼球作為磨礦介質時，為保證球磨機磨礦效率，需要提高磨機充填率，增加磨礦介質比表面積。通過對球磨機排料口進行改造，增加帶有條縫孔的反螺旋裝置，可在提升磨機充填率的前提下，避免“吐球”現象。

2)采用納米復合陶瓷球，在磨機充填率達到42 %時，與采用鋼球、磨機充填率為38 %相比，磨機臺時處理能力基本一致。

3)采用納米復合陶瓷球可有效減少鐵質進入浸出介質中，從而改善浸出介質質量并降低氰化鈉耗量，同比降幅6.28 %，年可節約氰化鈉消耗成本74萬元；金浸出率提高0.23百分點，年可新增經濟效益125.52萬元。此外，噸礦電耗同比下降34.90 %，年可節約電耗成本12.22萬元。

4)采用納米復合陶瓷球，由于充填率更高、磨礦介質的比表面積大幅增加，磨礦穩定性更好。而且納米復合陶瓷球具有耐磨、耐腐蝕性能，特別是在具有腐蝕性液體的環境下，球耗低的優勢更加明顯，球耗實際下降比例為56.67 %，年可節約球耗成本4.6萬元。