钢球材质成分对选矿工艺的影响

钢球在磨矿过程中自身也遭矿石磨损，被磨成铁粉或铁片留在矿浆中。这个量虽然不大，按我国目前水平，磨一吨矿耗球1.5kg左右，但对后续的有些作业是有影响的。如果磨矿产品下一步是用酸处理的化工过程，则磨矿产品中的铁粉将首先消耗硫酸，使酸耗升高。正由于这个原因，南非及北美的一些铀矿或金矿中常采用砾磨机磨矿，目的就是为了减少铁质对后面湿法化工过程的影响。在实验室中为了减少铁质对产品的影响而采用磁球磨矿。这些已是选矿工程技术人员共知的了。

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而磨矿中铁质对选矿的影响则往往会被忽视。近年来的许多研究表明，磨矿中磨损下来的铁粉将很快氧化而消耗矿浆中的氧，同时导致矿浆和矿物表面电位的变化，进而影响浮选行为。有的研究指出，湿式磨矿时，矿物和钢球之间电化学相互作用，磨损的铁抑制了矿物的天然可浮性，浮选时要消耗较多的捕收剂。R.L.波佐（Pozzo）的研究指出，在研磨和未研磨条件下，矿物与磨矿介质间的两电极或三电极组合产生的电流作用与矿物的可浮性有密切关系。在未研磨时，电化学作用产生氢氧化铁覆盖层降低了矿物可浮性。在研磨条件下，磨矿介质产生的金属碎片与矿物之间的相互作用对矿物的抑制起主要作用，对磁黄铁矿这种作用尤为显著。

H.W.Xiang的研究指出，当磨矿介质与硫化矿相接触时，形成了伽伐尼电流，由于磨矿介质与硫化矿开路电位的不同会发生氧化还原反应。这种伽伐尼反应可通过混合电位原理控制，具有较低开路电位的物料充当阳极并受到表面氧化作用，因此硫化矿分选的选择性可能提高或降低。硫化物的机械—化学反应会降低分选的选择性，指出硫化物的分选选择性可通过选择适宜的磨矿介质和条件来实现。为了减少钢球的铁质对选矿工艺影响，科研人员多半从选择抗腐蚀的材料制造磨球。R.H.塞勒斯（Sailors）的研究指出，现在南美地区广泛使用铸造高铬钢球（含C2%-3%，Cr12%-25%），这种钢球的磨损速度比普通钢球低75%-80%。

文章中用磨矿试验、扫描电镜结构分析和电化学测量法测量腐蚀电流，研究了这种钢球的抗腐蚀机理。结果表明，这种钢球具有碳化结构与马氏体结构，硬度大，耐磨蚀，同时含铬高而不易腐蚀。这种特点使它有很强的耐磨能力。J.W.简（Jang）的研究指出，磨矿介质的磨损行为与介质的化学组成、硬度、相结构和矿浆的腐蚀/磨蚀特性有关。已有的研究表明，马氏体结构的钢球硬度大，这种结构的高碳钢球磨损较小。而在高铬钢球中，单一马氏体结构的磨损大于马氏体与铁素体两者共存的结构。文章中报道用热处理工艺制造三种结构类型的钢球：马氏体球、铁素体球、马氏体、 铁素体球。

通过试验、电化学测量、浮选，发现具有马氏体和铁素体结构的高铬球磨损小的原因是：马氏体结构硬度大、耐磨蚀和耐冲击，铁素体和高铬含量易形成钝化层，使磨蚀磨损减少。高铬球具有耐腐蚀和耐磨的特性，但铬的价格并不低，且我国是个缺铬国家，这不是我国钢球发展的方向。还有前面指出过的，不可忽视钢球密度的影响。铬金属的密度7.4g/cm³，镍金属密度8.9g/cm³，故高铬球的密度比锻钢球明显偏低，而硬镍合金钢球的密度与锻钢球相当，所以使用高铬球会导致生产率降低，而用硬镍合金钢球不会降低生产率。这个问题值得在生产中观察研究及证实。我们还可以从其它方向寻找耐磨耐腐蚀材料来制造钢球。V.Rajagopal的文章中报道，添加铜有助于降低湿磨中的磨蚀速率。而前面提的硬镍合金钢球也有高硬度，耐高温及耐腐蚀的性能，也是理想的耐磨球。

目前我国还无硬镍合金钢球及衬板的生产，笔者正在作开发研究，以结束我国无硬镍合金钢球及衬板的状况。过去镍产量少，价格昂贵，镍金属作为战略物资控制使用，不具备发展硬镍合金钢球及衬板的条件。但目前情况大大改变，镍产量大增，世界上形成供大于求，镍金属价大跌，要求寻找新的镍金属消费渠道。而且，我国第二大镍矿元江镍矿为硅酸镍矿，生产金属镍或氧化镍均不可行，而生产镍铁则可行，且生产出的镍铁正在寻找销路。用镍铁生产硬镍合金钢球及衬板应该是我国发展耐磨耐腐蚀钢球的一个重要方向。