期刊名称：《中国钨业》
国内统一刊号(CN)：CN11-3236/TF 国际标准刊号(ISSN)：ISSN1009-0622 创办日期：1986年 刊 期：双月刊 电 话：0797-8106067 Email：zgwu@chinajournal.net.cn 970136973@qq.com
主管部门：中国有色金属工业协会 主办单位：中国钨业协会 协办单位：赣州有色冶金研究所有限公司
磨矿能耗占粉碎工艺过程的能耗2/3以上。一般爆破和粗中碎作业能耗均为0.4k Wh/t，细碎作业能耗为1.25～2.25 kWh/t，但磨矿作业能耗却高达8～15 kWh/t。通过采用高压辊磨机进行超细碎和瓷球作磨矿介质，可大幅度降低当前钢球磨矿过程能耗。当入磨粒度为-3 mm和磨矿粒度为-0.3 mm时，瓷球磨矿过程能耗为4.8 kWh/t，粉碎工艺总能耗为7.25 kWh/t；当入磨粒度为-1 mm和磨矿粒度为-0.1 mm时，瓷球磨矿过程能耗为9 kWh/t，粉碎工艺总能耗为12.45 kWh/t。因此，合理设计粉碎工艺过程中各作业产品粒度大小、装备选型和研磨介质类型，对以最小的能耗获得最佳磨矿效果至关重要。可以预见，以高压辊磨机和瓷球磨矿为特征的无钢球磨矿工艺，将会成为未来粉碎工艺设计的主流。
磨矿工艺作为矿物解离时高耗低效且碳排放量大的重要工序，改进和优化磨矿过程是实现选矿厂节能减排、降本增效的有效途径。采用碳排放因子法核算钢锻及纳米陶瓷球生产及磨矿应用过程中的碳排放量。核算结果表明，钢锻碳排放强度为2.07 t CO_2/t，纳米陶瓷球碳排放强度为1.22 t CO_2/t。论证了纳米陶瓷球替换钢锻的效益，以该企业磨矿工序为例，每年将减少碳排放约1 480.90 t，并节约磨矿成本147.85万元。纳米陶瓷球磨矿工艺技术是一种响应“双碳”战略的新型低碳技术。
纳米陶瓷球是一种采用控制浆料细度及粉体煅烧温度，并通过添加各种氧化物及特殊稀土材料，从而得到高强度、高耐磨性能的磨矿介质。研究从瓷球的耐磨性能出发，对比其实验室与工业应用耐磨性能的差异。实验室阶段各球径瓷球耐磨系数都在0.05g/kg·h以内，球径越大耐磨系数越低，平均耐磨系数为0.033g/kg·h，相当于钢球的1/20，氧化铝球的1/10。工业应用表明，使用瓷球作为再磨段磨矿介质与钢球相比，球耗降低了84%以上；使用瓷球作为钨矿选厂二段磨磨矿介质与钢锻相比，球耗节约为59.91%；使用瓷球作为铁矿选厂二段磨磨矿介质与钢球相比，球耗节约在87.50%以上，单位球耗基本在0.015 kg/t左右。研究表明，瓷球耐磨性能与矿石性质相关性较强，而与球磨机尺寸相关性较弱。
无钢球磨矿工艺是磨矿领域节能降耗的革命性举措，而探究高压辊磨产品中能否实现瓷球替换钢球是目前亟待攻克的技术难题。本研究针对柿竹园钨矿高压辊磨后的给矿产品，研究了瓷球、钢球以及瓷球与钢球混合等试验方案对磨矿产品粒度分布的影响。研究结果表明，-3 mm钨矿石瓷球磨矿的最佳条件为磨矿浓度67%～70%，充填率为38%，球径配比Φ40 mm:Φ30 mm:Φ25 mm为50%:30%:20%。瓷球对于细颗粒的研磨作用可以达到钢球的磨矿效果，但因瓷球缺少钢球介质的强冲击力，对粗颗粒研磨效果不如钢球。采取瓷球与钢球混合磨矿，随着钢球占比的上升，磨矿产品中-0.3 mm和-0.075 mm含量均呈上升趋势。当钢球添加量达12.5%时，磨矿产品-0.3 mm粒级含量可以接近全钢球磨矿，故采用混合介质磨矿可替代钢球作高压辊磨产品的研磨介质。
针对磨矿介质对钨矿石细磨行为的影响问题，本文采用钢球、六棱柱、陶瓷球3种不同的磨矿介质在锥形球磨机中进行磨矿试验，分别选用破碎速率Si和磨矿细度（t-38μm）作为钨矿石细磨行为评价指标。试验结果表明，对于-0.3 mm+0.2 mm、-0.2 mm+0.1 mm、-0.1 mm+0.053 mm 3个窄粒级钨矿石的细磨，钢球的破碎速率高于六棱柱和瓷球。在相同的比能量下，瓷球的t-38μm和磨矿能耗效率均高于钢球和六棱柱。此外，构建了3种磨矿介质的t-38μm与能耗的关系模型。因此，对于钨矿石的细磨，瓷球可以成为一种替代钢球的细磨节能介质。
本文以湖南柿竹园公司钨矿石为研究对象，计算其实验室批次瓷球和钢球磨矿产品动力学模型，与钢球进行比较并验证该预测模型的准确性。试验结果表明，瓷球磨矿与钢球磨矿相比，粒度较大颗粒（+0.15 mm）破碎速率明显低于钢球，对粗粒级钨矿石的破碎具有局限性；细粒级的零阶产出特征结果表明，瓷球磨矿已经改变了钨矿石碎裂特征，a值较钢球磨矿降低0.15，其破碎主要作用力由法向冲击力改为切向研磨力，可以有效避免贯穿破碎，降低次生细泥生成；钨矿石瓷球磨矿动力学特征趋向于一阶磨矿动力学模型，其模型方程式为R=R_0e~(-(0.027+11.85d~(1.93)))t分布，试验结果说明该模型对钨矿石的动力学模拟较为准确，可以用来预测各磨矿时间下磨矿产品的粒度特性。
基于磨矿试验与数学建模方法，以0.3～0.15 mm粒级的方解石、磁铁矿和石英3种纯矿物为研究对象，对不同矿物磨矿粒度分布特性及粒度分布数学模型拟合公式进行了研究。结果表明，当给矿体积相同时，立磨机对方解石的粉碎效果最好，石英次之，磁铁矿最差。运用GGS粒度分布模型和RR粒度分布模型对磨矿产品的粒度分布进行拟合，当不同矿物粒度分布相似时，GGS模型和RR模型能得到相似的拟合结果。从拟合度判定系数R2值的分布来看，GGS模型更适合用于拟合立磨机中瓷球磨矿产品的粒度分布。
为了解决湖南柿竹园公司钢球磨矿存在的高能耗、粒度分布特性差、钨过粉碎严重等问题，以柿竹园选矿厂中二段磨和三段磨给矿作为研究对象，进行了瓷球磨矿的工业化应用，对比了瓷球替换前后磨矿效果和节能降耗变化。磨矿效果表明，瓷球介质优于钢介质，使得瓷球磨矿下分级回路中的循环负荷减轻，分级质效率和量效率也得到明显提升。同时瓷球磨矿可以改善磨矿产品的粒度及金属分布，减轻过粉碎，使合格粒级中有用金属更多。其中，二段磨溢流产品中钨金属在合格粒级中的分布率高出钢锻产品7.2个百分点，三段磨溢流产品中铁金属在合格粒级中的分布率高出钢球产品2.1个百分点。对比磨矿能耗可以发现，在二段磨矿中，磨机运行功率从506 kW降低至307 kW，介质消耗从0.47 kg/t降低至0.12 kg/t；在三段磨矿中，磨机运行功率从300 kW降低至200 kW，介质消耗从0.83 kg/t降低至0.14 kg/t。
本研究以福建行洛坑钨矿石为对象，研究了纳米陶瓷球作为磨矿介质在钨中矿再磨中的磨矿特征，并应用于钨中矿再磨作业。研究结果表明，球磨机使用瓷球作为磨矿介质可以对钨矿石进行有效破碎，工业应用可以达到原钢球磨矿时溢流入重选的产品细度要求，过粉碎现象较钢球磨矿明显改善，磨矿产品粒度分布特征更均匀，且不会有铁杂质产生，球耗从1.41 kg/t降至0.97 kg/t，电耗从8.21 kWh/t下降到5.78 kWh/t，节能降耗效果明显，取得了良好的经济效益，因此，纳米陶瓷球可以取代钢球作为钨中矿再磨的磨矿介质。
为解决钢球磨矿能耗高、球耗高、过磨严重等问题，推进瓷球磨矿的工业应用刻不容缓。本研究以龙桥铁矿铁粗精矿再磨给矿为研究对象，进行实验室瓷球磨矿研究，重点考察了单一球径、磨矿时间、磨矿浓度、介质充填率及瓷球配比等因素影响。结果表明，瓷球最佳磨矿参数与配比分别为：磨矿时间3 min，磨矿浓度67%，瓷球充填率为40%；瓷球配比为Φ30 mm:Φ25 mm:Φ20 mm=20%:20%:60%，混合球径23 mm。在该条件下与钢球磨矿进行了磁选效果对比试验，取得了良好的分选效果，瓷球磨矿产品的磁选尾矿铁品位显著降低，且精矿回收率与铁品位均有提升。将实验室研究成果推广至工业应用，确定了瓷球与钢球混加制度。工业试验结果表明，磨矿产品粒度特性得到改善，铁精矿的产率与回收率分别提高了3.97个百分点与2.78个百分点；溢流型球磨机运行电流下降23.5 A，实际电耗降幅高达30%；球耗成本下降633.6元/t，降幅为52.11%，节能降本增效效果显著。
为了降低磨矿过程中的能耗与钢耗，本文针对香炉山钨矿给矿产品粒度特性，进行了磨矿过程精确化研究。在香炉山矿石力学性质的基础上，通过球径半理论公式可以计算出最佳球径，确定了实验室精确化钢球配比为Φ40 mm:Φ30 mm:Φ20 mm=30%:40%:30%，最佳磨矿参数条件为磨矿时间2 min，磨矿浓度75%，充填率35%；工业精确化钢球配比为Φ80 mm:Φ60 mm:Φ40 mm=40%:40%:20%。工业化应用后，入选合格粒级中产率增加了3.32个百分点，增幅为5.00%，钨金属量分布增加了3.16个百分点，增幅为3.97%；过磨粒级产率减少了3.00个百分点，降幅为22.50%；球磨机运行电流下降4 A，降幅达14.81%；磨矿过程钢耗下降0.13 kg/t，降幅为15.66%，取得了显著的提质、节能和降耗效果。
钨浮选过程中使用的捕收剂、抑制剂组合，导致选矿废水中细粒物质难以自然沉降，且有机物含量超标，严重影响尾水回用。对含铜硫钨矿物依次经浮选后形成的溢流水，采用石灰调节pH值，聚丙烯酰胺和粉煤灰絮凝沉降，能去除水中的有机污染物、降低重金属离子浓度，实现尾水回用并进行循环试验。结果表明，回水循环30天后，上清液中COD含量和Cu、Pb离子浓度没有显著的累积效应；与原水开路试验对比，铜粗精矿中铜品位仅细微波动，但产率降低了2.15个百分点，回收率降低了1.67个百分点；钨粗精矿中钨品位降低了0.4个百分点，而产率和回收率分别提升了0.32和1.02个百分点。回水闭路浮铜试验以原矿作为原材料，能获得产率为1.92%、品位为19.12%、回收率为85.22%的铜精矿；回水闭路浮钨试验以钨浮选给矿为原材料，能获得产率为9.38%、品位为3.88%、回收率为95.71%的钨粗精矿。
本研究以福建某钨选厂尾矿为研究对象，根据其1 000 t/d的处理量要求和-0.075 mm占75%的入选细度要求，进行全瓷球磨矿工艺设计，以回收钨尾矿中的长石资源。设计选用了带预先分级的一段闭路磨矿分级流程，要求瓷球磨矿排矿细度应达到-0.075 mm占40%以上，保证满足入选粒度要求。通过试验确定了瓷球磨矿工艺参数为：磨矿浓度60%、充填率40%、瓷球配比Φ25 mm:Φ20 mm:Φ15 mm为30%:40%:30%。与钢球磨矿对比，瓷球磨矿有着充填率高、磨矿浓度低、产品粒度分布好和磨矿能耗低等特点；球磨功指数试验结果显示，瓷球磨矿的可磨度比钢球高28.55%，功指数低18.54%；在功耗法对磨机选型的基础上，结合瓷球磨矿特点，对瓷球磨机筒体进行延长，进而增加磨矿时间，改造溢流堰而保证高充填率，完成了瓷球磨机的选型。结果表明瓷球磨机体积要大于钢球磨机，但所需功率更低。
<正>为实现本刊的信息化和网络化，提高本刊的知名度、影响力和文章再利用率，《中国钨业》已入编《中国学术期刊（光盘版）》、《万方数据——数字化期刊群》、《重庆维普中文期刊数据库》、《超星“域出版”平台》和《华艺学术引用文献数据库》等，作者稿件一经录用发表，将同时被多种数据库全文收录。如作者不同意文章被收录，请另投他刊，否则将视为同意收录。作者向本刊来稿视为同意将文章的复制权、发行权、信息网络传播权、汇编权等著作权在全世界范围内转让给本刊，