Технико-экономическое обоснование замены стальных шаров керамическими буснами при горном шлифовании

Резюме: основное внимание в этом исследовании уделяется возможности замены стальных шаров на стальные1. Керамические бусиныВ горном шлифовании. По мере того как горнодобывающая промышленность требует повышения эффективности производства, энергосбережения и устойчивого развития, ограничения традиционных стальных шаров становятся все более заметными. Керамические бусины, с их уникальными преимуществами, стали центром исследований. Сравнивая свойства материалов, анализируя состояние применения и технические проблемы, оценивая экономические и экологические выгоды, а также изучая будущие тенденции, в настоящем документе всесторонне демонстрируется возможность такого замещения, направленного на поддержку горнодобывающей промышленности#39;s эффективное и низкоуглеродное преобразование.

1. 1. Введение

В глобальном контексте добычи полезных ископаемых решающее значение имеют эффективность производства, энергосбережение и устойчивое развитие. Традиционные стальные шары, когда-то важные в горной промышленности, теперь показывают ограничения. Их высокая плотность приводит к высокому потреблению энергии, особенно в условиях ее дефицита и ужесточения экологических требований. Стальные шары также подвержены риску загрязнения металлом, особенно при обработке продукта высокой чистоты, как spodumene. Кроме того, их низкая коррозионная стойкость к воздействию кислый или щелочной навозной жижи сокращает срок службы и влияет на качество навозной жижи.
Для решения этих проблем промышленность изучает альтернативы.1. Керамические бусиныСреди них циркония, глинозема и кремниевые бусины отличаются высокой твердостью, низким износу и коррозионной устойчивостью, становясь точкой исследования в горно-шлифовальных средах.
В данной статье используются отраслевые данные, техническая литература и примеры из реальной жизни для анализа замен#39; осуществимость. В нем сопоставляются материальные свойства, рассматриваются состояние и проблемы применения, оцениваются экономические и экологические аспекты и рассматриваются будущие тенденции, с тем чтобы объективно оценить замену и поддержать горнодобывающую промышленность#39;s устойчивое развитие.

2. Сравнение свойств материала между керамическими буснами и стальными шариками

2.1 плотность и эффективность измельчения

Стальные шары, плотность которых составляет 7,8-7,98 г/см, имеют ударное-силовое преимущество в грубой-дробление. Но в мелком шлифовании, их высокая плотность нагрузка оборудования и повышает потребление энергии.
Керамические бусины имеют более умеренную плотность. Циркониевые бусины составляют около 6,0 г/см, глинозема шары 3,6-4,0 г/см. В цементной шлифовке керамические шары, с 50% массовой плотностью стальных шаров, могут сократить потребление энергии на 10% - 20%. Циркониевые бусины, несмотря на то, что они менее плотные, чем стальные шары, плотнее, чем другие керамические бусины, что делает их пригодными для мелкого измельчения и распыления наноматериалов.

2.2 износостойкость и эффективность с точки зрения затрат

Износостойкость является ключевым фактором для шлифовальных сред, поскольку она влияет на срок службы и стоимость. Здесь керамические бусины превосходят друг друга.
Циркониевые бусины изношены на одну-миллионную величину, намного ниже стальных шаров (около трех-тысячных) и глинозема (одна-и-полдесятой-тысячных). На шахте Anhui magnetite замена стальных шаров керамическими шарами сократила потребление шлифовальной энергии на 51,89% и потребление шаров на 50%, что принесло экономические выгоды.
Бусины нитрида кремния еще более износостойкие, с 24 - часовой скоростью износа Один-миллионный. Это делает их идеальными для высокого-чистоты порошкового шлифования, как литий-аккумуляторные материалы, где они предотвращают загрязнение примесей и повышают качество продукции.

2.3 коррозионная стойкость и расширение области применения

В горнодобывающей промышленности навозная жижа часто содержит кислоты или щелочи, подвергая воздействию стальные балласты#- 39; Низкая коррозионная стойкость. Коррозия сокращает срок их службы и загрязняет навозную жижу ионами металлов, влияя на производство и качество продукции.
Однако циркония и кремниевые бусины нитрида отличаются отличной химической стабильностью. В гидрометаллургии, особенно при переработке чугуна — чувствительных минералов, таких как сподумя, керамические бусины предотвращают металлоионное загрязнение, обеспечивая качество продукции и расширяя сценарии применения в горной промышленности.

2.4 прочность и изменение материала

Глиноземные шары, несмотря на их прочность и коррозионную стойкость, являются хрупкими и подвержены разрушению, что ограничивает их использование в сценариях с высокой степенью воздействия.
Для решения этой проблемы добавление циркониевых упрочняющих веществ может повысить их прочность. Улучшение процесса формирования, как и использование холодного изостатического давления, также помогает. Компания Weihai Yuanhuan оптимизировала этот процесс для силиконовых нитридных микро-бусин, создав high-density micro-бусы под 0,1 мм и решив проблему хрупкости, открыв новые возможности для применения керамических бусин.

3. Современное применение и технические препятствия керамических бусин в горной промышленности

3.1 заявки на участие

3.1.1 цементная промышленность

При шлифовании цемента, керамические шары в хвостовой корзине, в сочетании с "пустым-метод работы по высоте" И перед-измельчение, экономить 10% - 20% мощности при сохранении производительности. Это показывает их преимущества с точки зрения энергосбережения и осуществимости в производстве цемента, обращаясь к steel balls&#- 39; Высокая-энергия-потребление проблема в хвосте-Бен стадии.

3.1.2 мелкое измельчение металлических руд

Циркониевые бусины, оцениваемые по их высокой износостойкости, используются в золоторудном и медном вторичном шлифовании, сокращая остановки для замены шаров и повышая эффективность. В шахте магнетита, с использованием керамических шариков на втором этапе шлифования оптимизированный избыточный поток частиц продукта-распределение размеров и сократить потребление энергии блока более чем на 50%.

3.1.3 обработка материала высокой чистоты

Бусины нитрида кремния блестят при обработке материала высокой чистоты. В процессе шлифования глинозема-сепаратора аккумуляторов они заменили циркониевые бусины, сократив содержание примесей с 0,53% до 0,01% и повысив конкурентоспособность продукции.

3.2 технические проблемы и решения

3.2.1 проблема поломки

Керамические бусины и#- 39; Хрупкость ограничивает их использование в ударных баках. Оптимизация конструкции мельничной мельники, как, например, уменьшение размера входного отверстия питания или добавление буферных материалов, может снизить скорость поломки и расширить их применение.

3.2.2 возможность адаптации процесса

Из-за их низкой плотности, керамические бусины требуют разной загрузки на мельницу. При сухом шлифовании, они должны достичь 60% - 70% стали-наполнение шаром для поддержания эффективности. Предприятия должны корректировать процессы и обучать операторов эффективному использованию керамических бусин.

3.2.3 ограничения в отношении высоких температур

"Циркония бидсэнд"#- 39; Их использование ограничивается нестабильностью при высоких температурах. Сочетание с буснами из силиконового нитрида высокой температуры или улучшение процесса спекания может расширить их применение в высокотемпературных средах.

4. Экономический анализ и модель возмещения затрат

4.1 первоначальные инвестиции и долгосрочная прибыль

Циркониевые бусины, в 2-3 раза дороже, чем стальные шары, поначалу кажутся дорогими. Но учитывая затраты на жизненный цикл, они выгодны.
В проекте 20 000 - тонн нано-глинозема шлифование-мяч, с 250 - миллионной-юань первоначальных инвестиций, энерго-экономия и низкая-обслуживание-характеристики затрат может сократить срок окупаемости до 5 лет. Их низкая плотность, обусловленная экономией энергии и низким износом, сокращенные затраты на замену приносят долгосрочные экономические выгоды.

4.2 энергия-экономия и оптимизация затрат

Керамические бусины и#- 39; Низкая плотность предлагает большой потенциал энергосбережения. Цементный завод сэкономил более одного миллиона юаней в ежегодных затратах на электроэнергию после использования керамических шаров, с 3-5 КВТ · ч сокращение потребления энергии на тонну цемента.
Бусины из нитрида кремния#- 39; Ультра-низкий уровень износа (Один-миллионный) снижает затраты на очистку при высокой чистоте порошковой обработки, как литий-аккумуляторные материалы, путем предотвращения загрязнения, вызванного нечистотой.

4.3 перспективы развития рынка и влияние на политику

Мировой рынок керамики-измельчения-бисера растет, как ожидается, превысит$3 миллиарда к 2032 году. За рулем Китай и Китай#39;s "двойной углерод" Цели и экологическая политика, Китай является одним из основных областей роста.
Высоковольтная платформа 800в для новых транспортных средств, работающих на энергии, повышает спрос на керамические подшипники, особенно на силиконовые нитридные шары. Ожидается, что к 2027 году объем рынка достигнет 3,674 млрд. юаней, что будет способствовать расширению применения керамики и развитию промышленности.

5. Экологические выгоды и устойчивое развитие

5.1 углеродный след и рециркуляция ресурсов

Производство керамики-бисера использует зеленые процессы, такие как микроволновая спекания, сокращение потребления энергии на 30% по сравнению с традиционной стали-производство шаров, сокращение выбросов углерода.
Отходы из керамических бусин могут быть переработаны в сырье, в то время как сталь-рециркуляция шаров, через переплавку, потребляет больше энергии и выбрасывает больше углерода. Таким образом, керамические бусины способствуют устойчивому развитию горнодобывающей промышленности.

5.2 борьба с загрязнением и экологичность

Керамические бусины don' т высвобождает ионы металлов во время измельчения, предотвращая загрязнение тяжелыми металлами навозной жижи. При переработке сподумени циркониевые бусины сокращают конечное содержание железа в продукте с 0,1% до менее 0,01%, сокращая загрязнение и защищая окружающую среду лучше, чем стальные шары.

5.3 поддержка политики и отраслевые стандарты

China's "технические требования к конструкции зеленой шахты" Содействие низким-потребление и эко-дружественные шлифовальные средства, поддерживающие керамические-бисера приложений. Предприятия, использующие керамические бусины, могут пользоваться налоговыми льготами и субсидиями, ускоряя их внедрение.
По мере расширения применения керамики на бусине совершенствование отраслевых стандартов будет регулировать производство и применение, повышать качество продукции и содействовать развитию промышленности.

6. Будущие технические тенденции и инновации

6.1 инновации в материале: от цирконии до кремниевой нитриды

Бусины нитрида кремния, имеющие твердость 14-18 гпа и более высокую прочность на разрыв, чем циркониевые бусины (10-13 гпа), обеспечивают более высокую точность при высокой чистоте порошковой обработки, сокращая примеси до одной-миллионной доли.
В полупроводниковом-материалообработке они могут отвечать строгим требованиям. По мере развития технологий и снижения затрат они могут заменить традиционные керамические бусины в большем количестве областей.

6.2 нанотехнология и интеллектуальное производство

Nano-керамические бусины (размер частиц < 0,1 мм), с большой удельной площадью поверхности, может повысить эффективность шлифования в редких-металлических ультра-тонкой дробления.
В сочетании с AI-оптимизированными параметрами мельницы, они могут достичь 10-15% экономии энергии. Алгоритмы ии регулируют операции мельницы в режиме реального времени в соответствии с потребностями материала и шлифования.

6.3 настройка и сценарий-специальные приложения

Развитие специализированных керамических бусин для различных руд является тенденцией. Высокая-цирконий-содержание бусины костюм высокой-твердость руды, как кварцит, в то время как композитные керамические бусины балансируют коррозионную стойкость и выносливость для некоторых руд.
Шлифовальные кольца силиконового нитрида могут повысить эффективность сухого шлифования и уменьшить агломерацию порошка.

6.4 внутреннее замещение и развитие производственно-сбытовых цепочек

Китайские предприятия, такие как компания Weihai Yuanhuan, нарушили западные технологические монополии в производстве кремния-нитрида-микро-бусин, повысив уровень внутреннего производства с 10% до 40% и сократив затраты на 30%.
Отечественная замена сокращает затраты на закупки и способствует развитию отечественной производственно-сбытовой цепочки из керамики. В качестве отечественных R & D и улучшение производства, промышленная цепочка будет поддерживать более широкое использование керамики-бусин в горнодобывающей промышленности.