Etude de faisabilité sur la Substitution des billes d’acier par des billes de céramique dans le broyage minier

Résumé: cette recherche porte sur la faisabilité de remplacer les billes en acier par des billesPerles en céramiqueDans le broyage minier. Alors que l’industrie minière exige une plus grande efficacité de production, des économies d’énergie et un développement durable, les limites des billes d’acier traditionnelles deviennent plus importantes. Les perles de céramique, avec leurs avantages uniques, sont devenus un centre de recherche. En comparant les propriétés des matériaux, en analysant l’état d’application et les défis techniques, en évaluant les avantages économiques et environnementaux, et en explorant les tendances futures, cet article démontre de façon exhaustive la faisabilité de cette substitution, visant à soutenir l’industrie minière.#39; S transformation efficace et à faible teneur en carbone.

1. Introduction Introduction

Dans le contexte minier mondial, l’efficacité de la production, les économies d’énergie et le développement durable sont cruciaux. Les billes d’acier traditionnelles, autrefois importantes dans l’exploitation minière, présentent maintenant des limites. Leur densité élevée entraîne une forte consommation d’énergie, d’autant plus que l’énergie se raréfie et que les exigences environnementales se renforcent. Les billes en acier risquent également de contaminer le métal, en particulier dans le traitement de produits de haute pureté comme spodumene. De plus, leur faible résistance à la corrosion dans les boues acides ou alcalines réduit la durée de vie et affecte la qualité des boues.
Pour y remédier, l’industrie explore des solutions de rechange.Perles en céramique, y compris les perles de zircone, d’alumine et de nitrure de silicium, se distinguent par leur dureté élevée, leur faible usure et leur résistance à la corrosion, devenant ainsi un point chaud de recherche dans les médias de broyage minier.
Cet article utilise les données de l’industrie, la littérature technique et des cas réels pour analyser la substitution et#39; S faisabilité. Il compare les propriétés des matériaux, explore l’état des applications et les défis, évalue les aspects économiques et environnementaux, et examine les tendances futures, dans le but d’évaluer objectivement la substitution et soutenir l’industrie minière.#39; S développement durable.

2. Comparaison des propriétés des matériaux entre les billes de céramique et les billes d’acier

2.1 densité et efficacité de meulage

Les billes en acier, avec une densité de 7,8-7,98 g/cm³, ont un avantage d’impact - force dans le concassage grossier. Mais dans le broyage fin, leur haute densité charge l’équipement et augmente la consommation d’énergie.
Les perles en céramique ont une densité plus modérée. Les billes de zircone sont d’environ 6,0 g/cm³, et les billes d’alumine sont de 3,6 à 4,0 g/cm³. Dans le broyage de ciment, les billes en céramique, avec 50% de la densité en vrac des billes en acier, peuvent réduire la consommation d’énergie de 10% - 20%. Les billes de zircone, bien qu’elles soient moins denses que les billes d’acier, sont plus denses que les autres billes de céramique, ce qui les rend appropriés pour le broyage fin et la dispersion des nanomatériaux.

2.2 résistance à l’usure et rentabilité

La résistance à l’usure est essentielle pour les supports de meulage car elle a un impact sur la durée de vie et le coût. Les perles de céramique excellent ici.
Les billes de zircone ont un taux d’usure d’un millionième, beaucoup plus faible que les billes d’acier (environ trois millièmes) et les billes d’alumine (un - et - un - demi dix - millièmes). Dans une mine de magnétite d’anhui, le remplacement des billes d’acier par des billes de céramique a réduit la consommation d’énergie de broyage de 51,89 % et la consommation de billes de 50%, apportant des avantages économiques.
Les perles de nitrure de silicium sont encore plus résistantes à l’usure, avec un taux d’usure de 24 heures d’un millionième. Cela les rend idéales pour le broyage de poudre de haute pureté, comme les matériaux de batterie au lithium, où ils empêchent la contamination par l’impureté et augmentent la qualité du produit.

2.3 résistance à la Corrosion et extension de l’application

Dans l’exploitation minière, le lisier contient souvent des acides ou des alcalis, exposant des boules d’acier et#39; Faible résistance à la corrosion. La Corrosion réduit leur durée de vie et contamine le lisier par des ions métalliques, ce qui affecte la production et la qualité du produit.
Les billes de zircone et de nitrure de silicium ont cependant une excellente stabilité chimique. En hydrométallurgie, en particulier lors du traitement de minéraux sensibles au fer comme le spodumene, les perles de céramique empêchent la contamination par les ions métalliques, assurant la qualité du produit et l’expansion des scénarios d’application minière.

2.4 ténacité et Modification des matériaux

Les billes d’alumine, bien que dures et résistantes à la corrosion, sont fragiles et sujettes à la rupture, limitant leur utilisation dans les scénarios à fort impact.
Pour résoudre ce problème, l’ajout d’agents de trempe à la zircone peut améliorer leur ténacité. L’amélioration du processus de formage, comme l’utilisation du pressage isostatique à froid, aide également. Weihai Yuanhuan Company a optimisé ce processus pour les microbilles de nitrure de silicium, créant des microbilles de haute densité de moins de 0,1 mm et résolvant le problème de la friabilité, ouvrant ainsi plus d’applications pour les perles en céramique.

3. Application actuelle et obstacles techniques des perles de céramique dans l’exploitation minière

3.1 cas d’application

3.1.1 industrie du ciment

Dans le meulage de ciment, boules en céramique dans le bac de queue, combiné avec le " vide - méthode d’opération de hauteur " Et le pré - broyage, économisez 10% - 20% de puissance tout en maintenant la sortie. Cela montre leur avantage d’économie d’énergie et leur faisabilité dans la production de ciment, en abordant les billes en acier et#39; Problème de consommation d’énergie élevée dans la queue - bac.

3.1.2 broyage fin des minerais métalliques

Les billes de zircone, appréciées pour leur haute résistance à l’usure, sont utilisées dans le meulage secondaire des mines d’or et de cuivre, réduisant les fermetures pour le remplacement des billes et augmentant l’efficacité. Dans une mine de magnétite, l’utilisation de billes de céramique dans le deuxième stade de broyage a optimisé la distribution granulométrique des particules de produit de débordement et réduit la consommation d’énergie unitaire de plus de 50%.

3.1.3 traitement des matériaux de haute pureté

Les perles de nitrure de silicium brillent dans le traitement des matériaux de haute pureté. Dans le broyage de poudre d’alumine au séparateur de batterie lithium, ils ont remplacé les perles de zircone, coupant la teneur en impuretés de 0,53% à 0,01% et améliorant la compétitivité du produit.

3.2 défis techniques et Solutions

3.2.1 problème de rupture

Beads& céramique#39; La fragilité limite leur utilisation dans les bacs de concassage d’impact. L’optimisation de la conception des broyeurs, comme la réduction de la taille d’entrée d’alimentation ou l’ajout de matériaux tampons, peut réduire les taux de bris et étendre leur application.

3.2.2 adaptabilité des procédés

En raison de leur faible densité apparente, les billes en céramique nécessitent un chargement de broyeur différent. Dans le broyage à sec, ils doivent atteindre 60% - 70% de remplissage de billes d’acier pour maintenir l’efficacité. Les entreprises doivent ajuster les processus et former les opérateurs à l’utilisation efficace des billes de céramique.

3.2.3 limites de température élevée

Zircone beads' L’instabilité à haute température limite leur utilisation. La combinaison avec des billes de nitrure de silicium résistantes à des températures élevées ou l’amélioration du processus de frittage peut élargir leur application dans des environnements à hautes températures.

4. Analyse économique et modèle de recouvrement des coûts

4.1 investissement Initial et rendement à Long terme

Perles de zircone, 2-3 fois plus cher que les billes d’acier, semblent cher au départ. Mais compte tenu des coûts du cycle de vie, ils sont avantageux.
Dans un projet de 20 000 tonnes de nano - broyage d’alumine - boule, avec un investissement initial de 250 - millions de yuans, l’énergie - économie et faible - entretien - caractéristiques de coût peut raccourcir la période de récupération à 5 ans. Leurs économies d’énergie à faible densité et leur faible taux d’usure et leurs coûts de remplacement réduits apportent des avantages économiques à long terme.

4.2 économies d’énergie et optimisation des coûts

Beads& céramique#39; La faible densité offre un grand potentiel d’économie d’énergie. Une cimenterie A économisé plus d’un million de yuans en coûts d’électricité annuels après l’utilisation de billes de céramique, avec une réduction de 3 à 5 kWh de consommation d’énergie par tonne de ciment.
Perles de nitrure de silicium ' Le taux d’usure ultra faible (un millionième) réduit les coûts de purification dans le traitement de poudre de haute pureté, comme les matériaux de batterie au lithium, en empêchant la contamination induite par l’impureté.

4.3 perspectives du marché et Influence des politiques

Le marché mondial de la céramique - meulage - perles est en croissance, devrait dépasser$3 milliards d’ici 2032. Piloté par Chine et#39; S " double - carbon" Objectifs et politiques environnementales, la Chine est un domaine de croissance majeur.
La plateforme haute tension 800V pour les nouveaux véhicules à énergie augmente la demande de roulements en céramique, en particulier les billes de nitrure de silicium. La taille du marché devrait atteindre 3,674 milliards de yuans d’ici 2027, l’expansion des applications de céramique - perles et le développement de l’industrie.

5. Avantages environnementaux et développement durable

5.1 empreinte carbone et recyclage des ressources

La production de céramique - billes utilise des procédés verts comme le frittage à micro-ondes, réduisant la consommation d’énergie de 30% par rapport à la production traditionnelle de billes d’acier, réduisant ainsi les émissions de carbone.
Les déchets de perles de céramique peuvent être recyclés en matières premières, tandis que le recyclage des billes d’acier, par refonte, consomme plus d’énergie et émet plus de carbone. Les perles de céramique contribuent ainsi à l’exploitation minière durable.

5.2 lutte contre la Pollution et respect de l’environnement

Perles en céramique don't libérer des ions métalliques pendant le meulage, empêchant la contamination par les métaux lourds dans le lisier. Dans le traitement spodumene, les billes de zircone coupent la teneur en fer du produit final de 0,1% à moins de 0,01%, réduisant la pollution et protégeant l’environnement mieux que les billes d’acier.

5.3 soutien aux politiques et normes de l’industrie

China' S " spécifications de Construction de Mine verte " Promouvoir les médias de broyage à faible consommation et respectueux de l’environnement, en soutenant les applications de céramique - perles. Les entreprises utilisant des perles de céramique peuvent bénéficier d’incitations fiscales et de subventions, accélérant ainsi leur adoption.
À mesure que les applications en céramique - perles se développent, l’amélioration des normes de l’industrie réglementera la production et l’application, améliorant la qualité des produits et favorisant le développement de l’industrie.

6. Tendances techniques futures et Innovation

6.1 Innovation matérielle: de la zircone au nitrure de silicium

Les perles de nitrure de silicium, avec une dureté Vickers de 14 à 18 GPa et une meilleure résistance à la rupture que les perles de zircone (10 à 13 GPa), offrent une plus grande précision dans le traitement de poudre de haute pureté, réduisant les impuretés à un millionième.
Dans le traitement des matériaux semi-conducteurs, ils peuvent répondre à des exigences strictes. À mesure que la technologie mûrit et que les coûts diminuent, ils peuvent remplacer les perles de céramique traditionnelles dans un plus grand nombre de domaines.

6.2 nanotechnologie et Production intelligente

Nano - perles en céramique (taille des particules < 0,1 mm), avec de grandes surfaces spécifiques, peut améliorer l’efficacité de meulage dans le broyage rare - métal ultra - fin.
Combinés avec des paramètres optimisés par l’ia, ils peuvent réaliser des économies d’énergie de 10% à 15%. Les algorithmes d’ia ajustent les opérations de broyage en temps réel en fonction des besoins en matière et en rectification.

6.3 personnalisation et Applications spécifiques aux scénarios

Le développement de perles céramiques spécialisées pour différents minerais est une tendance. Les perles à haute teneur en zirconium conviennent aux minerais à haute dureté comme le quartzite, tandis que les perles en céramique composite équilibrent la résistance à la corrosion et la ténacité de certains minerais.
Les anneaux de médias de meulage en nitrure de silicium peuvent améliorer l’efficacité de meulage à sec et réduire l’agglomération de poudre.

6.4 Substitution intérieure et développement de la chaîne industrielle

Les entreprises chinoises, comme Weihai Yuanhuan Company, ont brisé les monopoles technologiques occidentaux dans la production de silicium - nitrure - micro - perles, augmentant les taux de production nationale de 10% à 40% et réduisant les coûts de 30%.
La substitution domestique réduit les coûts d’approvisionnement et favorise la chaîne industrielle céramique - perles domestiques. En tant que R & d domestique; D et la production s’améliorera, la chaîne industrielle soutiendra une utilisation plus large de perles céramiques dans l’industrie minière.