Resumo: Esta pesquisa enfoca a viabilidade de substituição de esferas de aço porgrânulos cerâmicosna moagem de mineração. À medida que a indústria de mineração exige maior eficiência de produção, conservação de energia e desenvolvimento sustentável, as limitações das esferas de aço tradicionais tornam-se mais proeminentes. As contas de cerâmica, com suas vantagens únicas, tornaram-se um foco de pesquisa. Através da comparação das propriedades dos materiais, analisando o status da aplicação e os desafios técnicos, avaliando os benefícios econômicos e ambientais e explorando tendências futuras, este artigo demonstra de forma abrangente a viabilidade dessa substituição, com o objetivo de apoiar a indústria de mineração.#39; s transformação eficiente e de baixo carbono.
No contexto global da mineração, a eficiência da produção, a conservação de energia e o desenvolvimento sustentável são cruciais. As esferas de aço tradicionais, antes importantes na mineração, agora apresentam limitações. Sua alta densidade leva a um alto consumo de energia, especialmente à medida que a energia se torna escassa e os requisitos ambientais aumentam. As esferas de aço também correm o risco de contaminação por metais, especialmente em produtos de alta pureza - processamento como espodumênio. Além disso, sua baixa resistência à corrosão em polpas ácidas ou alcalinas reduz a vida útil e afeta a qualidade da polpa.
Para lidar com isso, a indústria explora alternativas.Contas de cerâmica, incluindo grânulos de zircônia, alumina e nitreto de silício, destacam-se por sua alta dureza, baixo desgaste e resistência à corrosão, tornando-se um ponto de pesquisa em meios de moagem de mineração.
Este artigo usa dados da indústria, literatura técnica e casos do mundo real para analisar a substituição;#39; s. Ele compara as propriedades dos materiais, explora o status e os desafios da aplicação, avalia os aspectos econômicos e ambientais e analisa as tendências futuras, com o objetivo de avaliar objetivamente a substituição e apoiar a indústria de mineração.#39; desenvolvimento sustentável.
As esferas de aço, com uma densidade de 7,8 - 7,98 g/cm³, têm uma vantagem de força de impacto no esmagamento grosso. Mas na moagem fina, sua alta densidade sobrecarrega o equipamento e aumenta o consumo de energia.
As contas de cerâmica têm uma densidade mais moderada. Os grânulos de zircônia têm cerca de 6,0 g/cm³ e as bolas de alumina têm 3,6 - 4,0 g/cm³. Na moagem de cimento, as esferas de cerâmica, com 50% da densidade aparente das esferas de aço, podem reduzir o consumo de energia em 10% - 20%. Os grânulos de zircônia, apesar de serem menos densos que as esferas de aço, são mais densos que outros grânulos de cerâmica, tornando-os adequados para moagem fina e dispersão de nanomateriais.
A resistência ao desgaste é fundamental para os meios de moagem, pois afeta a vida útil e o custo. As contas de cerâmica se destacam aqui.
Os grânulos de zircônia têm uma taxa de desgaste de um milionésimo, muito menor do que as esferas de aço (cerca de três milésimos) e bolas de alumina (um e meio décimo milésimos). Em uma mina de magnetita de Anhui, a substituição de esferas de aço por esferas de cerâmica reduziu o consumo de energia de moagem em 51,89% e o consumo de esferas em 50%, trazendo benefícios econômicos.
As contas de nitreto de silício são ainda mais resistentes ao desgaste, com uma taxa de desgaste de 24 horas de um milionésimo. Isso os torna ideais para moagem de pó de alta pureza, como materiais de bateria de lítio, onde evitam a contaminação por impurezas e aumentam a qualidade do produto.
Na mineração, a lama geralmente contém ácidos ou álcalis, expondo esferas de aço e#39; baixa resistência à corrosão. A corrosão encurta sua vida útil e contamina a lama com íons metálicos, afetando a produção e a qualidade do produto.
As esferas de zircônia e nitreto de silício, no entanto, têm excelente estabilidade química. Na hidrometalurgia, especialmente no processamento de minerais sensíveis ao ferro, como o espodumênio, os grânulos cerâmicos evitam a contaminação de íons metálicos, garantindo a qualidade do produto e expandindo os cenários de aplicação de mineração.
As bolas de alumina, embora duras e resistentes à corrosão, são quebradiças e propensas a quebras, limitando seu uso em cenários de alto impacto.
Para resolver isso, adicionar agentes endurecedores de zircônia pode aumentar sua tenacidade. Melhorar o processo de conformação, como usar prensagem isostática a frio, também ajuda. Weihai Yuanhuan Company otimizou este processo para micro - grânulos de nitreto de silício, criando micro - grânulos de alta densidade abaixo de 0,1 mm e resolvendo o problema de fragilidade, abrindo mais aplicações para grânulos de cerâmica.
Na moagem de cimento, as bolas de cerâmica no silo traseiro, combinadas com o "método de operação de altura vazia" e pré-trituração, economizam 10% - 20% de energia, mantendo a produção. Isso mostra sua vantagem de economia de energia e viabilidade na produção de cimento, abordando esferas de aço e#39; alta - energia - problema de consumo na cauda - estágio de caixa.
As esferas de zircônia, valorizadas por sua alta resistência ao desgaste, são usadas na retificação secundária de minas de ouro e cobre, reduzindo as paradas para substituição de esferas e aumentando a eficiência. Em uma mina de magnetita, o uso de esferas de cerâmica na moagem de segundo estágio otimizou a distribuição de tamanho de partículas do produto de transbordamento e reduziu o consumo de energia da unidade em mais de 50%.
Os grânulos de nitreto de silício brilham no processamento de materiais de alta pureza. Na moagem de pó de alumina separador de bateria de lítio, eles substituíram os grânulos de zircônia, reduzindo o teor de impurezas de 0,53% para 0,01% e aumentando a competitividade do produto.
Contas de cerâmica' A fragilidade restringe seu uso em caixas de britagem de impacto. Otimizar o projeto do moinho, como reduzir o tamanho da entrada de alimentação ou adicionar materiais tampão, pode reduzir as taxas de quebra e expandir sua aplicação.
Devido à sua baixa densidade aparente, os grânulos cerâmicos requerem diferentes cargas de moinho. Na moagem a seco, eles precisam atingir 60% - 70% do enchimento de esferas de aço para manter a eficiência. As empresas devem ajustar os processos e treinar os operadores para usar os grânulos de cerâmica de forma eficaz.
Contas de zircônia ' instabilidade em altas temperaturas restringe seu uso. A combinação com grânulos de nitreto de silício resistentes a altas temperaturas ou a melhoria do processo de sinterização podem expandir sua aplicação em ambientes de alta temperatura.
Contas de zircônia, 2 - 3 vezes mais caro que as esferas de aço, parecem caros inicialmente. Mas, considerando os custos do ciclo de vida, eles são vantajosos.
Em um projeto de bola de moagem de alumina nano de 20.000 toneladas, com um investimento inicial de 250 milhões de yuans, economia de energia e baixa manutenção - características de custo podem encurtar o período de retorno para 5 anos. Sua baixa densidade impulsionou a economia de energia e a baixa taxa de desgaste e os custos de substituição reduzidos trazem benefícios econômicos de longo prazo.
Contas de cerâmica' A baixa densidade oferece grande potencial de economia de energia. Uma fábrica de cimento economizou mais de um milhão de yuans em custos anuais de eletricidade após o uso de bolas de cerâmica, com uma redução de 3 a 5 kWh no consumo de energia por tonelada de cimento.
Contas de nitreto de silício ' Ultra - baixa taxa de desgaste (um - milionésimo) reduz os custos de purificação no processamento de pó de alta pureza, como materiais de bateria de lítio, evitando a contaminação induzida por impurezas.
O mercado global de esferas de cerâmica - moagem - está crescendo, espera-se que exceda$3 bilhões até 2032. Impulsionado pela China' e políticas ambientais, a China é uma importante área de crescimento.
A plataforma de alta tensão de 800V para veículos de energia nova aumenta a demanda por rolamentos de cerâmica, especialmente esferas de nitreto de silício. Espera-se que o tamanho do mercado atinja 3,674 bilhões de yuans até 2027, expandindo as aplicações de esferas de cerâmica e impulsionando o desenvolvimento da indústria.
A produção de esferas de cerâmica usa processos ecológicos, como sinterização por micro-ondas, reduzindo o consumo de energia em 30% em comparação com a produção tradicional de esferas de aço, reduzindo as emissões de carbono.
Os resíduos de esferas de cerâmica podem ser reciclados em matérias-primas, enquanto a reciclagem de esferas de aço, por meio da refusão, consome mais energia e emite mais carbono. As esferas de cerâmica contribuem assim para a mineração sustentável.
Contas de cerâmica do' t liberam íons metálicos durante a moagem, evitando a contaminação por metais pesados na pasta. No processamento de espodumênio, os grânulos de zircônia cortam o teor de ferro do produto final de 0,1% para menos de 0,01%, reduzindo a poluição e protegendo o meio ambiente melhor do que as esferas de aço.
China' s "Especificações de construção de mina verde" promovem baixo consumo e meio de moagem ecologicamente correto, suportando aplicações de esferas de cerâmica. As empresas que usam esferas de cerâmica podem desfrutar de incentivos fiscais e subsídios, acelerando sua adoção.
À medida que as aplicações de esferas de cerâmica crescem, a melhoria dos padrões da indústria regulará a produção e a aplicação, melhorando a qualidade do produto e promovendo o desenvolvimento da indústria.
Os grânulos de nitreto de silício, com dureza Vickers de 14 a 18 GPa e melhor resistência à fratura do que os grânulos de zircônia (10 a 13 GPa), oferecem maior precisão no processamento de pó de alta pureza, reduzindo as impurezas a um milionésimo.
No processamento de materiais de semicondutores, eles podem atender a requisitos rigorosos. À medida que a tecnologia amadurece e os custos caem, eles podem substituir as esferas de cerâmica tradicionais em mais campos.
Os grânulos de nanocerâmica (tamanho de partícula < 0,1 mm), com grandes áreas de superfície específicas, podem aumentar a eficiência da moagem em britagem ultrafina de metal raro.
Combinados com parâmetros de moinho otimizados por IA, eles podem alcançar 10% - 15% de economia de energia. Os algoritmos de IA ajustam as operações do moinho em tempo real de acordo com as necessidades de material e moagem.
O desenvolvimento de esferas de cerâmica especializadas para diferentes minérios é uma tendência. Os grânulos de alto teor de zircônio são adequados para minérios de alta dureza, como quartzito, enquanto os grânulos de cerâmica composta equilibram a resistência à corrosão e a tenacidade de certos minérios.
Os anéis de moagem de nitreto de silício podem melhorar a eficiência de moagem a seco e reduzir a aglomeração de pó.
As empresas chinesas, como a Weihai Yuanhuan Company, quebraram os monopólios tecnológicos ocidentais na produção de silício - nitreto - micro - esferas, elevando as taxas de produção doméstica de 10% para 40% e cortando custos em 30%.
A substituição doméstica reduz os custos de aquisição e promove a cadeia industrial doméstica de cerâmica - bead. À medida que a pesquisa e o desenvolvimento domésticos e a produção melhoram, a cadeia industrial apoiará o uso mais amplo de cerâmica e grânulos na mineração.
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Sanxin Novos Materiais Co., Ltd. foco na produção e venda de grânulos cerâmicos e peças como meios de moagem, contas de jateamento, esfera de rolamento, peça de estrutura, forros cerâmicos resistentes ao desgaste, nanopartículas nano pó
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