柯圣钊，丘世澄

（江西铜业集团有限公司 武山铜矿，江西瑞昌 332204）

1 引言

影响磨矿作业的因素很多，包括被磨物料性质、操作条件及磨机结构等，其中被磨物料性质及磨机结构相对固定，操作条件主要包括磨矿浓度、磨机的转速以及磨矿介质的尺寸、形状、充填率、类型、配比等［1］。磨矿介质尺寸过大引起破碎力过大，容易出现过粉碎现象，同时介质尺寸较大会降低介质填充个数，减小介质与矿石的破碎概率，不利于有用矿物的单体解离；磨矿介质过小导致破碎力不足，磨矿效率低下，能耗大幅提高，最佳尺寸的磨矿介质条件下可提高30%的磨矿效率［2］。磨矿介质通常采用球状的钢球，此外还有圆柱、六方、钢锻等形状的磨矿介质［3］。研究表明，球形介质在通常粒度范围内最有效、能耗最低，可获得最细粒度的磨矿产品，而柱状介质磨矿产品粒度均匀、泥化轻，但滚动性差，适用于粗磨而不适用于细磨［4］。钢球作为磨矿介质会造成铁质污染，影响矿浆电位，影响浮选效果，为此，国内外选矿工作者积极寻求新的磨矿介质，主要有顽石、瓷球等。顽石作为磨矿介质能剔除铁质污染，但顽石形状不规则，对衬板磨损较大且顽石添加的工作量大。瓷球具有高硬度、高耐磨性、无污染、耐腐蚀等优点，采用瓷器作为磨矿介质能大幅降低能耗，具有广阔的应用前景。

本论文以武山铜矿选矿厂铜精选Ⅰ尾矿和铜扫选Ⅰ精矿合并后的中矿为研究对象，进行氧化铝研磨球取代金属球的中矿再磨工艺试验研究，分析两种磨矿介质之间的磨矿产品及浮选指标差异。

2 试验

2.1 试验样品

中矿多元素分析结果见表1，中矿各产品铜解离度分析结果见表2。

表1 中矿多元素化学分析结果

从表1 可知，中矿主要有价矿物为Cu、S，品位为1.74%、27.38%。金、银品位为0.97g/t、64.21g/t，可作为伴生金属回收，尽可能富集到计价系数较高的铜精矿中。铅、锌含量较低，对精矿影响较小。

表2 中矿产品铜矿物连生情况

从表2 可知，扫选I 精矿与精选I 尾矿铜矿物单体解离度较低，仅占28.64%、39.97%，主要与脉石、硫化物连生，表3 为中矿筛析化验结果。

表3 中矿筛析化验结果

筛析结果表明，中矿粒度偏细，-0.074mm 粒级比例占78.05%。+0.038mm 粒级产率为27.74%，铜品位较高，铜分配率达41.88%，这部分矿石中的铜与脉石、硫化物紧密连生，需通过再磨使这部分矿石中的铜实现单体解离，浮选加以回收。

2.2 磨矿介质

试验过程采用一台容积为6.25L 的Φ240mm×90mm 的球磨机进行磨矿，分别以金属球球和氧化铝研磨球为磨矿介质，金属球球、高铝球的物理性能如表4、表5 所示。

表4 金属球多元素分析结果

表5 氧化铝研磨球主要技术指标

2.3 试验方法

本次试验主要是进行氧化铝研磨球代替金属球的可行性研究，参照武山铜矿现场工艺流程，预先筛分粒级为-0.038mm，筛上物用不同磨矿介质进行磨矿，磨矿产品经检查筛分，筛下物返回磨机再磨，合格粒级与预先分级的筛下物合并进行浮选试验。固定不同磨矿介质的磨矿细度为-0.074mm 占90%，磨矿产品调浆至浓度为35%，加石灰调节pH=12.0，以MA-1+Mos-2 为浮选药剂经过一次粗选、两次扫选、两次精选，获得铜粗精矿、浮选中矿及铜尾矿。对磨矿产品进行筛析，分析不同磨矿介质下磨矿产品的粒度特性及对浮选行为的影响。

3 结果与讨论

3.1 氧化铝研磨球的充填率试验

参考生产实际，金属球充填率35%、球径（直径）12mm，等质量转换的氧化铝研磨球球径为15mm。有文献指出［5］，氧化铝研磨球所需充填率高于金属球。固定磨矿细度-0.074mm 90%，考察不同充填率下氧化铝研磨球磨矿产品粒度特征，试验结果见表6。

表6 不同充填率下氧化铝研磨球磨矿产品粒度特征

由表6 可知，当充填率较低时，达到指定磨矿细度需要更长的磨矿时间，易使合格粒级产品发生过磨。随充填率从35%增加至45%，磨矿产品微细粒级（-0.020mm）产率逐渐下降，过粉碎现象减缓。继续增加磨矿介质充填率，产品细度再次提高，表明磨矿介质充填率不宜过高，这与生产实际一致，故确定氧化铝研磨球充填率为45%。

3.2 磨矿产品粒度分布特征

实验室采用同一磨机、不同磨矿介质对试样进行磨矿试验，磨矿参数：磨矿细度-0.074mm 90%、磨矿浓度50%、金属球、氧化铝研磨球的充填率分别35%、45%，不同磨矿介质的磨矿产品粒度分布特征分析结果见表7，磨矿产品粒度正累计结果见图1。

表7 两种磨矿介质在相同磨矿细度下的磨矿产品粒度分布

图1 两种磨矿介质在相同磨矿细度下的磨矿产品粒度正累计结果

由图1 可知，在-0.074mm 90%的磨矿细度下，金属球和氧化铝研磨球具有相似的粒度分布特征，表明两种不同磨矿介质具有相同的磨矿性能。对比磨矿产品粒度分布特征曲线，采用金属球作为磨矿介质磨矿产品粒度更细，主要原因在于钢球尺寸小、比重大，对矿石研磨作用更强，产生更多的次生矿泥。而氧化铝研磨球过粉碎现象较轻，磨矿性能优于金属球，有利于后续的浮选作业。

3.3 磨矿介质配比

球径半理论公式［6］是我国用来计算磨碎不同粒度矿石所需磨矿介质尺寸最精确的公式，见公式1。

式中Db为给矿粒度b 所需的磨矿介质球径（cm）；Kc—综合经验修正系数，与给矿粒度b 对应关系见表8；ψ—磨机转速率（%），取74.5%；σ 压—矿石单轴抗压强度（g/cm2），σ 压=38.74MPa=387400g/cm2；ρe—为磨矿介质在矿浆中的有效密度（g/cm3）；D0—磨矿介质在磨机中的“中间缩聚层”（cm）；df—给矿95%通过筛孔的粒度（cm）。

表8 Kc 与磨机给矿粒度的对应关系

（1） 对Kc 与给矿粒度b 拟合曲线为Kc=3.127d-0.432，拟合度R2=0.9756［7］。

（2）ρe计算公式见公式2。

其中ρ— 磨矿介质密度，3.7g/cm3；ρt—矿浆密度，2.75g/cm3；Rd—矿浆浓度，25%，则ρe=2.51 g/cm3。

（3）D0计算公式见公式3。

式中k—充填率，45%；φ—最内层球与最外层球的球层半径比，0.508；R1最外层球层半径，95cm，则D0=173.44cm。

中矿粒度分析结果显示矿石整体粒度偏细，+0.15mm 粒级仅占7.02%，表明中矿细磨适宜采用小尺寸的磨矿介质，以达到细磨的目的。以0.074mm、0.038mm 为基准，计算出适宜的磨矿介质球径。

表9 球磨机介质尺寸计算结果

从表9 计算结果可看出，氧化铝研磨球适宜的球径为Φ30mm、Φ15mm，根据粒级产率确定两者配比4∶1。为进一步验证磨矿介质配比计算结果，进行了验证试验，药剂制度为：MA-1+Mos-2 用量30+30g/t、松醇油用量10g/t、调整剂Ca(OH)2用量2500g/t，经一次粗选、两次空白精选的开路流程获得铜精矿，试验结果见表10。

表10 磨矿介质配比试验结果

从表9 可知，随着磨矿介质配比（Φ30mm：Φ15mm）增加，粗精矿产率逐渐增加，铜品位先增加后下降。原因在于在磨矿介质配比较低时，大球径磨矿介质比例较小，对矿石磨剥作用较弱，细粒级粒度比例较低，部分铜矿物未得到单体解离。随着配比增加，产生较多的磨矿细泥，降低粗精矿的铜品位。综合考虑指标，确定磨矿介质配比为4:1，此时铜精矿铜品位26.51%、铜回收率86.54%。

3.4 浮选试验研究

对金属球、氧化铝研磨球磨矿产品进行浮选试验，考察不同磨矿介质对铜浮选的影响，试验流程图见图2，试验结果见表11。

图2 浮选试验流程图

表11 不同磨矿介质下浮选铜精矿对比

从表10 可知，采用氧化铝研磨球作为磨矿介质可获得更高产率的铜精矿，铜回收率从94.19%提高至95.31%，硫品位及回收率小幅提高。矿石中的金、银经浮选后出现一定的富集，采用氧化铝研磨球替代金属球作为磨矿介质后，铜精矿中的金回收率从25.69%下降至23.52%，而银回收率从52.98%提高至58.05%。综合考虑铜、金、银的价值，采用氧化铝研磨球替代金属球有利于浮选指标的提高。

4 结论

（1）武山铜矿中矿铜品位1.74%，硫品位27.38%，铜矿物单体解离度较低，主要与脉石、硫化物连生。

（2）氧化铝研磨球与金属球作为磨矿介质有相同的磨矿性能，金属球尺寸小、比重大，对矿石研磨作用更强，在-0.074mm 90%细度下，两者-0.020mm 粒级产率分别为60.49%、66.94%，氧化铝研磨球磨矿产品过粉碎现象较轻。

（3）段式半理论公式计算出氧化铝研磨球磨矿介质尺寸为Φ30mm、Φ15mm，配比为4∶1。

（4）浮选试验表明，经过一次粗选、两次扫选、两次精选，铜精矿铜品位23.26%、铜回收率95.31%，采用氧化铝研磨球球替代金属球可获得更高的铜回收率。