納米陶瓷球在鐵粗精礦再磨中的應用試驗

蔣豐祥 胡 城 陳郅隆 童佳琪 沈遠海 吳彩斌 桂志海

（1.安徽馬鋼礦業資源集團南山礦業有限公司；2.江西理工大學資源與環境工程學院）

合適的入選粒度是選礦取得良好指標的前提，磨礦作業可使目的礦物與脈石礦物充分解離［1-3］。但磨礦作業能耗巨大，占整個選礦廠電耗的50%，在磁選廠中更高達75%［4-5］，因此選礦中的磨礦是節能降耗的重點。隨著國家“雙碳”目標的實施，節能降耗成為選礦行業發展的必修課題［6-7］。陶瓷球作為選礦領域中一種新興的磨礦介質［8-9］，具有密度低、耐磨、耐腐蝕、無鐵質污染、節約能耗等特點［10-12］。為此，以南山礦凹山選礦廠二段磨給礦為研究對象，探討二段磨礦中陶瓷球替換鋼球的磨礦特性，及其工業化應用的可行性。

1 試驗樣品及設備

1.1 試驗樣品

試樣取自南山礦凹山選廠二段磨機給礦，樣品晾干后，經環堆縮分制樣，制成500 g裝袋備用。采用環堆十字分割法取試驗代表樣，進行粒度篩析并化驗粒級品位。試樣篩析和金屬量分布結果見表1。為便于分析磨礦產品質量，根據磁鐵礦磁選分離特點，定義+0.15 mm 粒級為欠磨粒級，表征欠磨情況；0.023～0.15 mm 粒級為合格粒級，表征適合磁選分離粒級；-0.075 mm粒級表示標準磨礦粒級。

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由表1 可知，入磨物料中+2.00 mm 粒級產率6.22%，大顆粒含量較少；+0.15 mm 粒級產率56.48%，鐵分布率達43.323%，給礦粒度組成較粗；-0.15+0.023 mm 粒級產率為41.29%，鐵分布率達53.267%；隨著粒度變細，鐵品位上升，說明樣品中含鐵礦物為易碎礦物，磨礦過程易發生過粉碎現象。對于該礦物的研磨，要注意粗顆粒的磨細，同時減少過磨粒級的產生，增加礦物的有效回收。

1.2 試驗設備

試驗設備采用武漢探礦機械廠生產的XMBφ200 mm×240 mm球磨機，景德鎮百特威爾新材料有限公司生產的納米復合陶瓷球（以下簡稱陶瓷球）。該陶瓷球主要成分為三氧化二鋁，密度3.7 g/cm3，莫氏硬度為9，主要規格為φ50 mm，φ40 mm，φ35 mm，φ30 mm，φ25 mm，φ20 mm，φ15 mm。試驗采用河北鋼諾新材料股份有限公司生產的鋼球，主要規格為φ50 mm，φ40 mm，φ30 mm，φ25 mm，φ20 mm，φ15 mm。

2 鋼球磨礦產品篩析試驗

鋼球磨礦產品篩析試驗采用φ50 mm 鋼球，固定充填率為35%，磨礦濃度為72%，磨礦后對磨礦產品進行篩析，試驗結果見表2。

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由表2 可知，隨著磨礦時間的增加，磨礦產品的整體粒度分布變細，說明鋼球磨礦對該礦石有較好的適應性；在磨礦時間為3.5 min 時，磨礦產品中-0.075 mm 粒級產率最高，+0.15 mm 粒級產率最低，此時磨礦效果最佳。

3 陶瓷球磨礦特性試驗

3.1 不同直徑陶瓷球磨礦試驗

固定磨礦時間3.5 min，充填率35%，磨礦濃度72%，在陶瓷球尺寸分別為φ20 mm，φ25 mm，φ30 mm，φ35 mm，φ40 mm 的條件下進行磨礦，磨礦后對產品進行篩析。不同陶瓷球直徑磨礦試驗結果見表3。

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由表3可知，磨礦產品中欠磨粒級產率并不隨著球徑增大而減小，當陶瓷球球徑為20 mm 時，欠磨粒級產率最低，合格粒級產率最高；當陶瓷球球徑為30 mm 時，欠磨粒級產率最高，為28.84%，合格粒級產率最低，為58.20%；所以陶瓷球球徑不是越大越有利于磁鐵礦磨礦。

3.2 球徑配比試驗

選取8 種不同的陶瓷球配比后進行磨礦，8 種裝球制度從1#～8#平均球徑依次減小，球徑配比方案見表4。磨礦后對產品進行篩析，不同球徑配比磨礦試驗結果見表5。

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由表5 可知，隨著陶瓷球平均粒徑減小，磨礦產品中-0.075 mm 粒級產率增加，欠磨粒級產率減小，該現象與不同陶瓷球直徑磨礦試驗結果一致，說明小直徑的陶瓷球有利于該磁鐵礦研磨；從合格粒級看，6#和7#配比的合格粒級產率較高，分別為67.50%和67.62%；綜合考慮，6#配比為最佳球徑配比。

3.3 介質充填率試驗

固定6#陶瓷球配比，分別在介質充填率30%，35%，40%，45%的條件下進行陶瓷球磨礦充填率試驗，試驗結果見表6。

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由表6 可知，隨著陶瓷球充填率增加，磨礦產品中-0.075 mm 粒級產率增加；當充填率達40%時，-0.075 mm 粒級產率為42.76%，欠磨粒級產率為20.53%，合格粒級產率為68.06%，磨礦效果較好；隨著磨礦介質充填率從40%增加到45%，-0.075 mm 粒級產率減少，+0.15 mm 粒級產率增加，這是因為磨礦作用以研磨為主，充填率過高，陶瓷球在磨機內做拋落運動困難，大部分陶瓷球做瀉落運動，導致沖擊作用降低，使欠磨粒級增加，磨礦效果降低；故充填率選擇40%。

3.4 磨礦濃度試驗

固定充填率40%，在磨礦濃度60%，65%，70%，75%的條件下進行磨礦濃度試驗，試驗結果見表7。

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由表7可知，隨著磨礦濃度的增大，-0.075 mm 粒級產率先增加后減小，最佳磨礦濃度為65%；當磨礦濃度為65%時，陶瓷球磨礦產品的-0.075 mm 粒級產率最高，同時合格粒級產率最高，欠磨粒級產率為22.07%，產品粒度分布較均勻，有利于提高磨礦產品質量。

4 陶瓷球、鋼球、陶瓷球+鋼球裝球制度對比試驗

4.1 陶瓷球、鋼球、陶瓷球+鋼球磨礦產品粒度對比試驗

根據現場二段磨作業實際情況，鋼球磨礦試驗條件為磨礦量500 g，磨礦時間3.5 min，φ50 mm 鋼球充填率35%，磨礦濃度72%。陶瓷球磨礦試驗條件為磨礦量500 g，磨礦時間3.5 min，陶瓷球充填率40%，磨礦濃度65%，φ30 mm∶φ25 mm∶φ20 mm 陶瓷球裝球配比為20%∶60%∶20%。陶瓷球+鋼球磨礦條件為磨礦量500 g，磨礦時間3.5 min，陶瓷球+鋼球總充填率40%，磨礦濃度65%，φ40 mm 鋼球質量占比23%，φ30 mm:φ25 mm:φ20 mm 陶瓷球裝球配比為20%∶60%∶20%。磨礦后分別對產品進行篩析，陶瓷球、鋼球、陶瓷球+鋼球裝球制度試驗結果見表8。

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由表8可知，陶瓷球+鋼球制度下-0.075 mm粒級遠高于鋼球-0.075 mm 粒級產率，高出6.77 個百分點；陶瓷球+鋼球與陶瓷球的+0.15 mm 粒級含量均小于鋼球，說明陶瓷球在+0.15 mm 粒級磨礦效果優于鋼球；陶瓷球+鋼球與陶瓷球的-0.15+0.023 mm 粒級含量均大于鋼球，說明對于鋼球磨礦，陶瓷球在一定條件下可增大-0.15+0.023 mm粒級的產生，提高了磨礦效果。

4.2 陶瓷球、鋼球、陶瓷球+鋼球磨礦產品磁選試驗

將陶瓷球、鋼球和陶瓷球+鋼球的磨礦產品分別進行磁選作業。磁選流程見圖1，試驗結果見表9。

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由表9 可知，使用陶瓷球和陶瓷球+鋼球所得磁選精礦品位均大于鋼球，使用陶瓷球、鋼球、陶瓷球+鋼球所得磁選精礦回收率分別為97.92%，95.45%，98.16%，使用陶瓷球比鋼球所得的精礦回收率提高了2.47 個百分點，使用陶瓷球+鋼球比鋼球提高了2.71 個百分點；陶瓷球替換鋼球作為磨礦介質，可以提高精礦鐵品位和回收率，有效改善了磨礦產品的粒度分布特性，提高磁選指標。

5 結 論

（1）使用陶瓷球磨礦時，在磨礦時間3.5 min，磨礦濃度65%，陶瓷球充填率40%，陶瓷球φ30 mm:φ25 mm:φ20 mm 配比為20%∶60%∶20%的條件下，試驗室磨礦效果較好。

（2）在相同的磨礦條件下，充填率為40%時，陶瓷球磨礦能力優于鋼球，陶瓷球的合格粒級（-0.15+0.023 mm）產率比現場鋼球的合格粒級產率高12.37個百分點；陶瓷球的欠磨粒級（+0.15 mm）產率比現場鋼球的欠磨粒級產率降低了8.01個百分點。

（3）在相同的試驗條件下，使用陶瓷球和陶瓷球+鋼球所得磁選精礦品位均大于鋼球介質，使用陶瓷球比鋼球所得的精礦回收率提高了2.47 個百分點，使用陶瓷球+鋼球比鋼球提高了2.71 個百分點。陶瓷球替換鋼球作為磨礦介質，可以提高精礦鐵品位和回收率，有效改善磨礦產品的粒度分布特性，提高磁選指標。