1 引言
對于非金屬礦行業(yè)，突出的特點(diǎn)是礦產(chǎn)品種具有多樣性，同一礦產(chǎn)的超細粉品種要求各不相同。同時(shí)就造成了目前的超細粉碎設備單機多，主機多，設備成套性差，制造廠(chǎng)家以小廠(chǎng)為主的局面。由于工藝的要求，超細粉碎機械各具特色，各廠(chǎng)家及其科研人員已經(jīng)付出了很大的心血和代價(jià)，為我國的超細粉制造設備的崛起做出很大的貢獻。但從根本上講，技術(shù)力量薄弱，引進(jìn)的沒(méi)能力消化；消化的不透，難以吸收，無(wú)力改進(jìn)；具有獨立研制開(kāi)發(fā)能力的廠(chǎng)家，更是寥寥無(wú)幾。有的設備吃軟不吃硬，有的產(chǎn)量很低，能耗很大等等。
面對上述問(wèn)題，本文試圖通過(guò)產(chǎn)品性能要求與設備選擇、投資總額與設備選擇、比能耗與設備選擇、加工雜質(zhì)的去除問(wèn)題等討論，以期妥善處理非金屬礦物的超細粉加工過(guò)程中，加工設備、產(chǎn)品品質(zhì)、成本、礦產(chǎn)利用率諸方面的問(wèn)題。這里，產(chǎn)品性能對設備的選擇約束是最基本的，也就是說(shuō)破磨的基本原理是設備選擇時(shí)要特別分析的。同時(shí)也為制造商的設備改進(jìn)提供有益的借鑒。
2 超細粉產(chǎn)品性能要求與設備選擇
眾所周知，在礦物的加工過(guò)程中，超細粉產(chǎn)品性能與采用的加工工藝過(guò)程、使用的加工設備、制定的操作規程等密不可分。采用的工藝過(guò)程、使用的加工設備、制定的操作規程不同，便會(huì )得到不同的礦產(chǎn)利用率、不同的生產(chǎn)成本、不同的產(chǎn)品品質(zhì)，不同的經(jīng)濟效益。
非金屬礦產(chǎn)品基本上全是最終產(chǎn)品，雖然其加工工藝的目的，也要求將有用的非金屬顆粒與其它雜質(zhì)解離，但它更注意直接加工出的最終產(chǎn)品的品質(zhì)特性。因此，應該針對具體的原礦礦物的產(chǎn)地、形成、組份、結構、產(chǎn)品要求等，慎重研究工藝過(guò)程、選擇設備、制定操作規程等。對這個(gè)問(wèn)題的松懈，必將導致投資不小、效益甚微、失去機會(huì )、品牌和市場(chǎng)。有的還是損失慘重，這一方面的實(shí)例已有不少。
根據產(chǎn)品品質(zhì)、加工工藝參數、設備的基本工作原理，加工設備的選擇原則主要有：非金屬顆粒在加工機械中被破碎的方式、加工機械使用的動(dòng)力源、制造加工機械使用的主要材料等。為此，簡(jiǎn)單論及幾種設備的特性，以便比對。
氣流磨（圓盤(pán)式、對噴式、硫化床式、?）的基本工作原理是利用高壓氣體攜帶被加工礦物顆粒在粉碎腔內劇烈碰撞、摩擦等達到粉碎的目的, 參見(jiàn)圖1(a)。工作原理決定了入料粒度、物料硬度、氣流速度、碰撞方式、出料粒度極限等，從而決定了破磨效率和產(chǎn)品品質(zhì)。由于使用的破磨動(dòng)力為氣體，使得能量利用率大大降低。將自然狀態(tài)的空氣經(jīng)壓縮機壓縮，把電能或化學(xué)能（發(fā)動(dòng)機）轉化為壓縮氣體的能量，在經(jīng)過(guò)氣體的雜質(zhì)處理（油污、水份等），進(jìn)入粉碎腔釋放能量做功，此后的氣體能量無(wú)法循環(huán)利用。這些過(guò)程造成該設備能量利用率相當低。高壓氣體攜帶被加工礦物顆粒在粉碎腔內劇烈碰撞、摩擦等達到粉碎的目的，使得破碎比不可能太大，即使施加極高的氣壓，效果也不會(huì )明顯改變。這便造成氣流磨入料粒度的前期準備投入很大，污染通常在此產(chǎn)生。氣流磨粉碎腔體積不大，可以使用價(jià)格貴的非金屬材料加工而成，以便避免破碎時(shí)對物料產(chǎn)生污染，因此氣流磨主機可以加工純度很高的超細粉產(chǎn)品。氣流磨對產(chǎn)品產(chǎn)生的污染來(lái)自前期工序。碰撞產(chǎn)生的產(chǎn)品粒形的球形度較差。
攪拌磨（棒、螺旋、球介、?）的基本工作原理是利用攪拌棒與磨削介質(zhì)之間的剪切力、擠壓力加工產(chǎn)品。研磨產(chǎn)生的熱量極大，通常用于干法磨礦時(shí)熱敏感礦物難于使用。脆性材料的抗磨能力很大，加之動(dòng)力是通過(guò)攪拌棒傳遞給研磨介質(zhì)和被磨物料，用于破磨物料的能量少，主要表現為發(fā)熱。通常的攪拌磨體積較大，采用的材料多為金屬，為了避免污染，必須使用非金屬襯板和非金屬介質(zhì)，同時(shí)使得物料所經(jīng)過(guò)的通道均不得和金屬接觸，這一點(diǎn)容易達到。分級時(shí)，需另加動(dòng)力系統和設備。該類(lèi)機型用于濕法加工效果較好，但干燥粉體所需的成本很大。加工中帶入的雜質(zhì)難以處理。
雷蒙磨（立磨、輥磨、盤(pán)磨、．．．）的基本工作原理是利用碾壓作用力，參見(jiàn)圖1(b)。無(wú)論是碾壓滾的安裝方式為水平布置、鉛直布置、帶有傾角布置等，也不管碾壓滾輔助以機械或液壓形式的壓力來(lái)提高破碎力，都存在兩個(gè)問(wèn)題。一個(gè)是碾壓滾與支撐盤(pán)面之間形成的咬合角度，決定了被破碎物料由摩擦力而被鉗咬的入料粒度大小。超過(guò)咬合角的入料粒度，無(wú)論碾壓滾施加多大的壓力，不但不能破碎物料，反而會(huì )增加滾前的物料堆積波和碾壓滾的跳躍造成的碎盤(pán)現象。二是隨著(zhù)物料的細化，碾壓滾下接觸面上物料顆粒的數量增加，單個(gè)物料顆粒所承受的破碎力急劇減少，大大降低了設備的加工能力。碾壓滾施加過(guò)大的壓力，給雷蒙磨零部件的材料選擇、動(dòng)力性能的合理運用和能量消耗帶來(lái)難于逾越的困難。雷蒙磨（立磨、輥磨、盤(pán)磨、．．．）的工作系統材質(zhì)選擇受到工作方式的限制，剔除加工摻入的雜質(zhì)成為極其困難的事情。由于難以使用大體積的非金屬材料制造碾壓零件，雜質(zhì)混入量較大，且難以去除。分級需另加動(dòng)力系統和設備。
高速沖擊磨（錘式、風(fēng)扇式、．．．）的基本工作原理是利用設備的高速沖擊力擊打物料，并通過(guò)反擊板的二次沖擊使物料破碎。用劇烈碰撞、摩擦等達到粉碎的目的，這會(huì )隨著(zhù)物料的細化使得破碎能力急劇降低。而且轉子與定子間的間隙會(huì )因磨損而發(fā)生變化，造成破碎粒度放大。轉子的速度提高有利于破碎獲得更細得物料顆粒，但轉子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題給制造和使用帶來(lái)很大的麻煩，加工硬度大的物料成為困難。沖擊碰撞獲得得物料球形度和流動(dòng)性很差。同樣，工作系統材質(zhì)選擇受到工作方式的限制，難以使用大體積的非金屬材料制造沖擊零件，剔除加工摻入的雜質(zhì)成為極其困難的事情。
振動(dòng)磨（立式、臥式、?）的基本工作原理是利用破磨介質(zhì)的沖擊、研磨、剪切、擠壓等多種復雜的施壓方式使物料破碎, 參見(jiàn)圖1(c)。施壓的大小可通過(guò)激振系統調節，物料獲得的破磨幾率可以通過(guò)激振頻率、筒體幾何尺寸、介質(zhì)配比等的調節而改變。由于機器結構與強度的原因，消耗無(wú)用功的機器自重給啟動(dòng)功率和能量利用率帶來(lái)麻煩，但合理的介質(zhì)共振應用可以提高效率，確給共振工作點(diǎn)穩定控制帶來(lái)問(wèn)題。由于破磨方式多樣，破磨結構的材質(zhì)選擇自由，給非金屬礦加工帶來(lái)極大的方便?？杉庸ぜ毞叟c超細粉，對物料硬度適應性極強，而且粒型好，粒度分布均勻和可以調節。為了避免污染，使用非金屬襯板和非金屬介質(zhì)，同時(shí)使得物料所經(jīng)過(guò)的通道均不得和金屬接觸，這一點(diǎn)容易達到。分級時(shí)，需另加動(dòng)力系統和設備。
通過(guò)設備基本工作原理的分析，可以獲得適合超細粉產(chǎn)品性能要求的設備選擇基調。
3. 投資總額與設備選擇
1） 原料硬度，由設備的工作原理可見(jiàn)，原料硬度是設備選擇的關(guān)鍵，由此造成設備的主機、輔機、基建投資、運行費諸多方面的投資。若用雷蒙磨加工超細石英粉，需要加壓（液壓或機械式）系統施加足夠的壓力是物料粉碎，壓力的提高增加了設備的制造成本和運行成本，尤其是魔棍與磨盤(pán)的可靠性大大降低，加壓系統的故障率增加，設備停機和維修費用急劇上升。
2） 產(chǎn)品粒度與粒形，產(chǎn)品粒度及其分布與產(chǎn)品粒形是非金屬礦產(chǎn)品工業(yè)應用中最基本、最重要的指標之一，產(chǎn)品粒度分布雖然主要取決于分級設備，但是，破磨設備在加工期間派出的物料顆粒組分會(huì )大大制約分級效率與設備生產(chǎn)率，從而使得投資總額發(fā)生很大變化。粒形與破磨方式的相關(guān)性更加密切，比如：用高速沖擊方式加工球形度要求高的超細粉是不可能的，因為球形度高的顆粒是需要研磨加工方式的。因此，氣流磨在此方面的能力是相當弱的。低的球形度會(huì )造成超細粉體后續加工時(shí)，其物料流動(dòng)性差而造成粉料混合性能低下和均勻度降低。粒度與粒形的控制是通過(guò)什么設備，是通過(guò)一段磨還是多段磨，每次破磨的破碎比十多大合理等，都極大的影響著(zhù)投資總額的大小。
3） 雜質(zhì)特性，雜質(zhì)特性是非金屬礦加工的最大忌諱和困難。處理雜質(zhì)是投資總額中難以解決的問(wèn)題?？梢詫㈦s質(zhì)分為兩種形式，一種是原生雜質(zhì)，另一種是加工過(guò)程中摻入的外來(lái)雜 質(zhì)。對于前者，可以采用對原礦進(jìn)行精細挑選等方式盡量提高原生礦的純度，也就是在第一道工序中，采用對原生礦進(jìn)行去雜的設備，盡量將雜質(zhì)排除在后續加工以外，以大大降低后續處理的成本，并獲得盡量高的產(chǎn)品品質(zhì)，從而得到高的銷(xiāo)售收入和投資收益。對于后者，則應在設備與物料接觸的所有部位，毫不放松地采取嚴格的隔離措施，隔離方式、設備、使用的隔離材料及其成本不是一個(gè)小數目。尤其是裝載與運輸設備的隔離選擇，往往被忽視。
非金屬礦物加工所得的產(chǎn)品，最致命的缺陷是雜質(zhì)及去除問(wèn)題，從一開(kāi)始就應該引起極其高度的重視。在礦物開(kāi)采中帶入的雜質(zhì)，為后續的分離、分揀、加工、去雜帶來(lái)極高的代價(jià)，大大提升了生產(chǎn)成本，這一點(diǎn)一直沒(méi)有引起加工企業(yè)的重視。粗放式的開(kāi)采方法，不但極大地浪費了一次性資源，而且污染了環(huán)境，給最終產(chǎn)品的性能提高帶來(lái)了無(wú)法補救的后患。因此，開(kāi)采與運輸設備的選擇都應該特別注意雜質(zhì)的侵入。
4） 運行成本，運行成本也經(jīng)常被投資者忽視。應該根據設備的系統組成與工作原理，詳細了解易損件、消耗材料、運動(dòng)部件的實(shí)際情況，如：可靠性、壽命、造價(jià)、維修時(shí)間、更換方式、自動(dòng)化程度、操作人員的知識要求等等，從而決定設備的選擇，計算投資成本。比如：氣流磨主機中噴嘴部件和潔凈空氣供應是要特別列出計算的，潔凈氣源的一次性使用給運行成本增加不少。
5） 基建成本，基建成本主要有設備的基礎特性，如：開(kāi)挖基礎的物料特性、承載基礎的施工與管理、占用面積、廠(chǎng)房高度與跨度、建筑材料等等。例如：氣流磨的起源供應是由專(zhuān)用設備壓縮機供給的，其基礎要求成本較高。這些都應使投資者仔細考慮。
4. 能耗與設備選擇
關(guān)于能耗與設備的選擇問(wèn)題，可以從非金屬礦超細粉的成品品性和礦產(chǎn)利用率兩方面考慮。涉及到三個(gè)方面的因素，礦物性能與破碎比、破碎方式與破碎比、破碎方式與能量利用率。確定這些問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)依然是獲得盡可能符合市場(chǎng)要求的高品質(zhì)超細粉。
礦物性能與破碎比是通過(guò)分析礦物受力后的彈性變形能、塑性變形能、破碎強度與斷裂強度等方面的因素綜合確定的。硬度很大的原材料，若超細粉產(chǎn)品要求多棱體的粒形，則加工中要盡量避免研磨作業(yè)。選擇可以產(chǎn)生適當的擠壓作用與沖擊作用的設備，而且經(jīng)過(guò)多段破碎為好。如：粗碎帶分級、細碎帶分級、多級超細破碎帶多次分級等。對于振動(dòng)磨應選擇大振幅、低頻率、棒狀介質(zhì)、低填充量磨介、磨倉直徑與長(cháng)度之比要小等。
破碎方式與破碎比是從設備的工作原理來(lái)分析和粒的破碎比，使設備達到最佳工作狀態(tài)，從而獲得優(yōu)良的能量利用率。入料粒度配比對超細粉產(chǎn)品的粒度區間及其成品率影響很大。當一定粒度配比的礦物進(jìn)入設備加工區以后，小顆粒產(chǎn)生一個(gè)鋪墊作用，是物料顆粒趨于均一。同等粒度尺寸的、或粒度分布較窄的礦物進(jìn)入后，顆粒產(chǎn)生的鋪墊層，大大減少了單個(gè)顆粒所承受的破碎力的作用，從而使破碎效率降低，成品粒度區間加寬。設備選擇應該考慮這一方面 的能量消耗，在各級粉磨階段均應加入分級設備。表面上看是增加了初期投入與能耗，但長(cháng)期運行以后，通過(guò)提高產(chǎn)品品質(zhì)、提高原料利用率、增加粉磨系統產(chǎn)量等從整體上提高了能量利用率，獲得了高回報。關(guān)于這一點(diǎn)，在非金屬礦加工行業(yè)往往未得到高度重視。
破碎方式與能量利用率涉及到粗碎、細碎、超細粉磨等環(huán)節。每一個(gè)環(huán)節都應從物料加工前的物理特性與存在狀態(tài)來(lái)考慮，這是無(wú)需質(zhì)疑的。但是，不同的加工方式、施力方式所能達到的破碎比，是由物料特性、物料顆粒的分布方式、物料顆粒的受力方式等決定的。在超細粉的產(chǎn)品性能要求與設備選型中已經(jīng)表明了這一點(diǎn)。這里要強調的是，超細粉的加工應特別注意嚴格控制給料量及其給料的均勻性和連續性。濕式磨礦比干式磨礦效率高，但因烘干作業(yè)的投入大而效率低造成能耗加大，同時(shí)不容易得到松散性能好的干性粉體。因此，應根據超細粉產(chǎn)品的的實(shí)際使用條件采取濕法或干法作業(yè)以降低能耗。
結語(yǔ)：
對待實(shí)際生產(chǎn)中的非金屬礦物超細粉磨問(wèn)題，應盡量研究和采用經(jīng)過(guò)合理優(yōu)化過(guò)的工藝過(guò)程，由優(yōu)化過(guò)的工藝過(guò)程提出和確定機械設備的性能要求，在由設備廠(chǎng)家提供能完全滿(mǎn)足工藝要求的設備。這種定制的非標設備可是獲得最佳的產(chǎn)品性能和經(jīng)濟效益。雖然投資成本略有增加，但總的效益是遠遠超出設備選型產(chǎn)生的結果。退一步來(lái)說(shuō)，對于廠(chǎng)家定型的設備應該提出符合自身要求的改造要求，而不要輕易改變工藝要求以適應已經(jīng)定型設備的性能。按照工藝過(guò)程優(yōu)化參數,讓廠(chǎng)家提供成套設備是最佳選擇，這樣可以獲得最優(yōu)工作狀態(tài)及其高品質(zhì)產(chǎn)品的收益，應該首先堅持這一點(diǎn)。
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