中国粉体网讯 中国是钢铁生产大国，铁矿石作为我国经济发展的战略资源，每年约80%依赖进口。2022年，铁矿石进口量虽有所下降，但仍超过了11亿吨，总进口金额达1280.97亿美元。奈何，我国的金属矿产资源具有贫、杂、细的特点，且地质开采工艺复杂，同国外相比，生产成本明显较高。
地主家有余粮也不经造
为了有用矿物解离度增加，大多数矿物都需要进行细磨。充分单体解离、粒度均匀性好以及过粉碎轻的磨矿产品是选矿追求的目标，然而，由于磨矿过程的复杂性，我国选矿厂都存在过磨情况。根据过粉碎造成浮选回收率损失5%计算，将造成每年全国有色金属选矿厂经济价值达到几百亿元。
选矿生产流程
而恰恰在整个选矿流程中，磨矿占比较重。据测算，选矿厂粉碎作业占投资的60%，生成运营费用也到40%以上。其中，磨矿占运营成本的30-50%，而衬板磨损和介质消耗占磨矿运营成本的一半左右，在某些情况下，磨矿介质消耗占磨矿运营成本的40-45%。而绝大部分有色金属选矿厂都采用钢球作为细磨介质，钢球在磨矿过程中能耗大、易产生铁质污染，对后面的选别作业也造成影响。
这些原因造就生产成本增高，甚至浪费了不少矿产资源。地主家有余粮，也经不住这般折腾！因此，寻找既能节能降耗，又能节约矿资源的新型磨矿介质，一直是磨矿行业的追求。
纳米陶瓷球成节能降耗“新宠”
陶瓷材料具有很好的耐磨、耐腐、耐热等特性，近年来，陶瓷球作为新型磨矿介质开始崭露头角。通过实践也证明，随着高强耐磨、高韧抗碎、表面磨削力强、内外性能一致的纳米陶瓷球在金属矿细磨领域的成功应用，其为金属矿山选厂细磨（0.074～0.038 mm）作业的节能降耗及产品粒度改善带来了革命性变化，可助力金属矿产资源开发，提升国家金属矿产战略资源安全储备能力。
纳米陶瓷球，图源：景德镇百特威尔新材料有限公司
1、纳米陶瓷球的材料特性
纳米陶瓷球主要以氧化铝为主要成分的工程应用陶瓷，所有生产纳米陶瓷球的原料全部加工至-100nm，在高速离心状态下以“滚雪球”的方式成型，然后在自动化、智能化控制的炉窑条件下烧结为最终成品。
不同材料磨矿介质应用性能对比
纳米陶瓷研磨体区别于传统氧化铝陶瓷，其具有高强度、高耐磨性、研磨效率高、低消耗的特性。
2、纳米陶瓷球的细磨特性
纳米陶瓷球对细颗粒的破碎作用力主要包括挤压、剪切、擦洗和冲击四种方式。
研磨介质对细粒物料的破碎作用力
硬度：陶瓷球表面硬度高，与物料接触后产生的挤压磨削能力比钢球要强，所以纳米陶瓷球的磨矿效率和耐磨性高于钢球，从而降低球磨机的塔磨机的运转负荷，实现节能降耗。
重量：纳米陶瓷球比重约为钢球比重的一半，在确保磨细产品的同时可有效较少矿石的过磨。
降损：陶瓷球内外硬度均匀，磨损后始终呈圆形，表面光滑，对衬板的冲击磨损降低，延长球磨机和塔磨机衬板的使用寿命，缩短维检周期，节省购置费用。
增质：纳米陶瓷球研磨介质的应用，可避免铁质污染，实现精矿品位和回收率双提高。
3、纳米陶瓷球在磨矿设备中的细磨特性
纳米陶瓷球自身脆性特质，在选矿实践中，无论是第二、第三段磨矿还是粗精矿再磨，使用球磨机磨矿以采用30-40mm为宜，这就意味着纳米陶瓷球的直径不应大于同等工况的钢球直径。
高铬钢球是立式搅拌机的传统研磨介质，其硬度、耐磨性能良好，但纳米陶瓷的硬度较传统高铬钢球更高，且球体更硬。
纳米陶瓷球与高铬钢球性能对比
正因为纳米陶瓷球的高耐磨、高耐撞击、内外强度一致的性能，在塔磨运行半年后，纳米陶瓷球也依然坚挺。
运行半年后的纳米陶瓷球
纳米陶瓷球密度比钢球比重轻近一半，与钢球相同填充磨矿，是达不到粉碎磨矿效果的，那么将钢球替换为纳米陶瓷球，须提高纳米陶瓷球的充填率，增大有效磨矿的表面积，提升磨矿效率，增加磨矿细度，稳步提升指标。
纳米陶瓷球带来的材料革命
在磨矿介质中，非金属研磨介质，硬度高，但密度小，破碎过程中携带的能量密度小，细磨效果不如金属介质。另外，非金属介质脆性大，磨矿过程中的磨损及破碎率均较高，介质消耗较大。
从金属矿上选厂的应用实践中表明，使用纳米陶瓷球磨矿大幅度降低选矿厂的介质消耗成本和磨机电耗成本，为选别提供更好的磨矿分级产品粒度，减少过磨和泥化，改善精矿过滤和尾矿浓缩效果。
此外，其效果主要体现在可节省磨矿分级作业的介质能耗，促进有用矿物的单体解离，延长球磨机衬板和塔磨机螺旋衬板的使用寿命和更换周期，有效降低成本。
可以说，纳米陶瓷球带来了金属矿山细磨介质的材料革命，也颠覆了对非金属研磨介质的看法。在降低金属矿山企业成本及提高资源利用同时，还可助力我国2030年实现“碳达峰”和2060年“碳中和”的碳减排战略。
参考资源：
周洪林：纳米陶瓷球在金属矿细磨中的应用及前景
徐今冬等：不同磨矿介质对细粒磁铁矿磨矿效果的影响
廖宁宁：纳米陶瓷球在立式磨机中的磨矿性能研究
（中国粉体网编辑整理/空青）
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