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| 超細攪拌磨的研究現狀以及在選礦中的應用 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-09-16 10:58:25 瀏覽次數： |
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近年來(lái)，隨著(zhù)易選礦石資源的不斷消耗，礦產(chǎn)資源普遍趨于貧、細、雜，難選礦的開(kāi)發(fā)利用比例逐年增加。同時(shí)，隨著(zhù)我國選礦技術(shù)水平的不斷提升，開(kāi)發(fā)利用微細粒嵌布難處理金屬礦和選礦廠(chǎng)尾礦成為可能。因此，要實(shí)現目的礦物的有效分選，必須對其進(jìn)行細磨或超細磨以使其充分單體解離。攪拌磨是一種高效的細磨和超細粉磨設備，與普通臥式球磨機相比，該機有一個(gè)固定的磨礦室，應用更小的磨礦介質(zhì)，借助高速旋轉的攪拌器能以更少的能量消耗獲得更高的磨礦效率和更大的處理量，在選礦領(lǐng)域越來(lái)越引起人們的關(guān)注，給微細粒嵌布難處理金屬礦的分選帶來(lái)了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
1 攪拌磨機工作原理
攪拌磨機主要是由筒體、攪拌裝置、傳動(dòng)裝置和機架構成，通過(guò)攪拌軸的旋轉，攪動(dòng)筒體內充填的磨礦介質(zhì)( 鋼球、氧化鋯球、瓷球、剛玉球和礫石等) 和物料，使其在筒體內作多維循環(huán)運動(dòng)及自轉運動(dòng)。被研磨物料主要受研磨( 剪切和擠壓) 和沖擊作用: 沖擊力由磨礦介質(zhì)在筒體內連續不規則撞擊作用產(chǎn)生，剪切力由徑向方向不同半徑上作圓周運動(dòng)的磨礦介質(zhì)和物料相互作用產(chǎn)生，擠壓力由攪拌軸旋轉作用下物料和磨介同轉螺旋產(chǎn)生。攪拌磨機具有能量利用率高、排料新生比表面積大等特點(diǎn)。
2 攪拌磨的類(lèi)型及作用特點(diǎn)
攪拌磨機有多種分類(lèi)方式: 從安放方式分可為立式( 也叫塔式攪拌磨機) 和臥式; 從攪拌器幾何形式可分為圓盤(pán)式、棒式、環(huán)隙式等; 從工藝方式可分為間歇式、連續式、循環(huán)式; 從工作環(huán)境分為干式、濕式。
2.1 從安放方式分類(lèi)
立式攪拌磨的結構特點(diǎn)是配有水力分級機，直立的筒體內充填磨礦介質(zhì)，物料在攪拌軸帶動(dòng)磨礦介質(zhì)沖擊、剪切和擠壓作用下被細磨或超細磨。細磨或超細磨后的細粒級物料由筒體溢流進(jìn)入水力旋流器分級后，粗顆粒物料向下沉降，經(jīng)由砂泵返回機體再磨。
臥式攪拌磨重心較低，運轉更加平穩，能耗更低，使用直徑為1.5～5 mm 的鋼球為磨礦介質(zhì)。近年來(lái)國內外學(xué)者對臥式濕法攪拌磨的研磨機理、影響研磨效果和能量利用率的因素進(jìn)行了DEM 模擬、實(shí)驗探究和優(yōu)化。在諸多超細臥式攪拌磨機中，國內外研究最多、應用最廣并且使用效果最好的是臥式砂磨機與艾薩攪拌磨( IsaMill)。
2.2 從攪拌器幾何形狀分類(lèi)
圓盤(pán)攪拌器的圓盤(pán)中鑲嵌孔、槽、狹縫等，通過(guò)攪拌軸旋轉帶動(dòng)磨礦介質(zhì)和物料在筒體內運動(dòng)使物 料粉碎，由于圓盤(pán)式攪拌器旋轉速度高，筒體內壁磨損較為嚴重，發(fā)熱量大，外殼須安裝冷卻裝置; 棒式攪拌器主要通過(guò)攪拌力使磨礦介質(zhì)和物料運動(dòng)，在相同轉速條件下，棒式攪拌磨的功率密度比圓盤(pán)式攪拌磨更大，因此磨礦效率更高; 環(huán)隙式攪拌器在攪拌磨機中應用最廣泛，包括單錐、雙錐式和單柱、雙柱式等類(lèi)型，通常和棒式攪拌器聯(lián)合使用，以期獲得最大的磨礦效率。值得注意的是，環(huán)隙攪拌磨機內磨礦介質(zhì)在排礦前容易產(chǎn)生累積和阻塞，會(huì )對正常磨礦作業(yè)產(chǎn)生不利影響。
2.3 從工藝方式分類(lèi)
(1) 間歇式攪拌磨。主要由筒體、攪拌器和循環(huán)卸料裝置組成。循環(huán)卸料裝置既可以保證物料在研磨過(guò)程中循環(huán)混合，又可以確保最終產(chǎn)品及時(shí)排出，主要應用于精細陶瓷、電子材料、粉末冶金等行業(yè)。當配備大容積循環(huán)罐和多臺攪拌磨串聯(lián)使用時(shí)，可以分別用于循環(huán)磨礦和連續磨礦。
(2) 循環(huán)式攪拌磨。其結構特點(diǎn)是筒體直徑較小，循環(huán)罐的容積較大，并且筒體上部裝有濾網(wǎng)。工作過(guò)程是物料在筒體和循環(huán)罐內快速循環(huán)，直至產(chǎn)品粒度合格。這種攪拌磨的特點(diǎn)是礦漿連續快速通過(guò)研磨介質(zhì)層和濾網(wǎng)，合格細粒級產(chǎn)品能夠及時(shí)排出，能有效避免因過(guò)磨而產(chǎn)生的粉體團聚，磨礦效率高; 循環(huán)罐還具有混合與分散功能，工作時(shí)在循環(huán)罐內添加分散劑。此外，由于礦漿在研磨筒內停留時(shí)間短，從循環(huán)筒內泵入的礦漿足以平衡研磨筒內的溫升，無(wú)需安裝冷卻裝置，節能高效。
(3) 連續式攪拌磨。常采用圓盤(pán)式攪拌器，其工作過(guò)程是礦漿物料從筒體下部給料口泵入筒體，在高速攪動(dòng)磨礦介質(zhì)的剪切、擠壓、沖擊作用下，物料被粉碎，粉碎后的細粒漿料經(jīng)過(guò)出料口從上部的溢流口排出。通過(guò)控制給料速度的快慢控制物料在筒體內的停留時(shí)間，給料速度越慢，停留時(shí)間越長(cháng)，產(chǎn)品粒度就越細; 反之，產(chǎn)品粒度就越粗。該機可單機使用外，還可以多級串聯(lián)使用。多級串聯(lián)使用時(shí)，研磨介質(zhì)尺寸從大至小，產(chǎn)品粒度由粗至細。
2.4 從工作環(huán)境分類(lèi)
目前，以濕式攪拌磨為主，已廣泛應用在陶瓷、涂料、化工和微生物等行業(yè)，在濕式攪拌磨中還可同時(shí)實(shí)現物料的粉碎、浸出和萃取。干式攪拌磨機借助旋風(fēng)分離器和鼓風(fēng)機實(shí)現粉碎產(chǎn)品的分級。干式攪拌磨超細粉碎時(shí)，由于物料顆粒粒度減小，其表面能劇增，自發(fā)團聚現象增加，致使物料處于粉碎與團聚的動(dòng)態(tài)平衡中，排料粒度比同類(lèi)型濕式攪拌磨粗; 同時(shí)，在連續剪切和沖擊作用力下，熱量積聚，筒體內溫度升高，會(huì )導致磨礦效率下降，因此干式攪拌磨也需配設冷卻裝置。干式攪拌磨主要應用于石灰石、白云石和滑石等非金屬礦的超細粉碎。
3 工藝參數對攪拌磨效果的影響
影響磨礦效率的工藝參數主要有礦漿濃度、攪拌速度、球礦比、磨礦介質(zhì)尺寸等。
( 1) 礦漿濃度即礦漿中固體質(zhì)量分數，只有在適宜的礦漿濃度下，磨礦效率才能達到最佳值，這是因為適當增大礦漿濃度，磨礦介質(zhì)和物料之間相對碰撞、研磨的機率增加，有利于物料的粉磨。而當濃度過(guò)大時(shí)，物料在磨機內流動(dòng)緩慢，被磨時(shí)間延長(cháng)，容易發(fā)生過(guò)粉碎。另外，濃度較大的礦漿中粗粒不易下沉，易隨礦漿流走，造成“跑粗”; 礦漿濃度較小時(shí)，物料流動(dòng)速度快，研磨時(shí)間縮短，亦會(huì )造成“跑粗”，同時(shí)密度大的礦粒易沉積于礦漿底層，產(chǎn)生過(guò)粉碎現象。因此，要選取適宜的礦漿濃度，一般粗磨為75% ～ 85%，細磨為65% ～ 75%。
(2) 攪拌速度。增大轉子轉速，攪拌磨內磨礦介質(zhì)運動(dòng)加劇，磨礦介質(zhì)對物料的沖擊和研磨作用加強，也使得單位時(shí)間內，磨礦介質(zhì)對礦漿物料的作用次數增加，在較高的轉速條件下，磨礦效率更高。但過(guò)高的轉速使得攪拌器與筒體內襯磨損加劇，磨礦介質(zhì)消耗增加，同時(shí)，攪拌器高轉速運行會(huì )增加磨機的能耗。因此，在實(shí)際操作過(guò)程中，為保證設備穩定高效運轉，攪拌器的轉速應該適中。
(3) 球礦比( 磨礦介質(zhì)與被研磨物料的質(zhì)量比)小，磨礦介質(zhì)撞擊、研磨作用于物料的機率也小，粉磨效果差; 反之，則粉磨效果好。當球礦比過(guò)大，磨礦介質(zhì)的量達到阻礙攪拌器有效驅動(dòng)時(shí)，介質(zhì)撞擊、研磨的機率及強度隨之降低，導致研磨效率降低。
(4) 研究表明，磨礦介質(zhì)尺寸對研磨效率的影響與物料的細度密切相關(guān)。粉磨粗顆粒物料時(shí)，主要用到?jīng)_擊力的作用，采用直徑較大的磨礦介質(zhì)的磨礦效率高; 粉磨細粒級物料時(shí)，需要有較強的研磨( 剪切力、擠壓力) 作用，直徑較小的磨礦介質(zhì)磨礦效率高，且不易造成過(guò)粉碎。
4 國內外研究現狀
近年來(lái)，細磨和超細攪拌磨機在礦業(yè)領(lǐng)域取得了一系列的突破性進(jìn)展。國外應用最普遍的攪拌磨機有立磨機( Vertimill)、SMD( Stirred Media Detritor) 磨機、艾薩磨機( ISAMill) 和Maxxmill，其中立磨機、SMD 磨機和Maxxmill 為立式攪拌磨機，艾薩磨機為臥式攪拌磨機。美國美卓( Metso) 礦業(yè)公司生產(chǎn)的立磨機和SMD 磨機，在礦業(yè)領(lǐng)域已廣泛應用于中礦產(chǎn)品再磨，涉及銅、鉛、鋅、金、鎳、鉑族等金屬礦物; 澳大利亞Mount Isa 與德國Netzsch-Feinmahhechnik 共同研發(fā)的艾薩攪拌磨機，已經(jīng)成功應用于銅、鉛、鋅、金、鉬及鉑族金屬礦石的細磨，并可實(shí)現開(kāi)路磨礦; 由德國愛(ài)立許公司生產(chǎn)制造的MaxxMill 磨機，磨介尺寸在3 ～ 10 mm，填充率為80%，當入料粒度小于5 mm時(shí)，該設備粉磨效果最好，可用于粉碎陶瓷原料、石灰石、石英等。
我國超細攪拌磨的研發(fā)從20 世紀70 年代開(kāi)始，到目前為止已取得了很大進(jìn)步。80 年代初，長(cháng)沙礦冶研究院等開(kāi)發(fā)了各種類(lèi)型的超細攪拌磨機，經(jīng)過(guò)不斷地完善與改進(jìn)，在金屬礦、非金屬礦、化工、涂料和粉末冶金等行業(yè)得到了廣泛應用; 20 世紀90年代末，清華大學(xué)研制的GJM1000 型干式連續攪拌磨和徐州采掘機械廠(chǎng)制造的SJM1500 型濕法攪拌磨，使國產(chǎn)的攪拌磨在生產(chǎn)能力上有了很大程度的提高; 2002 年，武漢理工大學(xué)非金屬礦研究設計所研制LQM300 型立式離心自磨機，產(chǎn)品粒度可達0.1～3μm。近年來(lái)，以張國旺為代表的研究人員對攪拌磨的研發(fā)做出了巨大的貢獻，其研制的3600L 大型立式超細攪拌磨機，用于生產(chǎn)亞微米級超細重質(zhì)碳酸鈣，產(chǎn)品細度-2μm 含量大于68%，生產(chǎn)能力最高時(shí)達4．6 t /h。吳建明等研發(fā)了GJ52 型雙槽高強度攪拌磨，產(chǎn)品粒度-2μm 含量可以達到85%～88%，生產(chǎn)能力1.5 t /h 左右。
5 攪拌磨在選礦中的應用
近年來(lái)，隨著(zhù)選礦技術(shù)水平的提升，尤其是攪拌磨技術(shù)的日益成熟和廣泛應用，為實(shí)現微細粒嵌布難選金屬礦石如鐵、銅、鉛、鋅、鉬、金、銀等有效分選提供了條件。
5.1 黑色金屬礦選別
鞍鋼齊大山選礦廠(chǎng)浮選尾礦回收赤鐵礦細磨粒度要求達到-0.044 mm 含量大于90%，采用普通臥式球磨機進(jìn)行磨礦時(shí)，其生產(chǎn)能力低，成本高。利用立式攪拌磨有效改善了磨礦產(chǎn)品粒度分布，將浮選尾礦細磨至-0.037 mm 占90% 以上，可比普通臥式球磨機節能50% 以上。該選礦廠(chǎng)浮選尾礦經(jīng)弱磁、強磁選別獲得的粗精礦適宜的磨礦細度為-0.044 mm占95%，在此磨礦細度下的粗精礦再經(jīng)弱磁—強磁—反浮選選別，獲得了鐵品位64.04%、回收率43.86% 的精礦。為提高二次資源利用率，充分回收尾礦中有用礦物，實(shí)現經(jīng)濟效益與資源環(huán)境效益雙贏(yíng)，提供了科學(xué)技術(shù)支持。
柳曉等采用攪拌磨超細粉磨后經(jīng)重磁選聯(lián)合流程回收脫硫扒渣中有用組分。結果表明，可以獲得鐵品位86. 32%、鐵回收率78. 78%、硫品位0. 21%的精礦和鐵品位16. 76%的尾礦產(chǎn)品。包鋼集團選礦廠(chǎng)反浮選尾礦鐵品位28. 1%、FeO 含量9. 6%，鐵主要以磁鐵礦形式存在，分布率為33. 53%，其次為赤鐵礦，分布率為3. 31%; 細度為-0. 074 mm 占90. 00%、-0. 040 mm 占60. 00%; 鐵礦物單體解離度60. 00%～70. 00%。采用弱磁預選—攪拌磨細磨—弱磁選流程對其進(jìn)行選別，在細磨粒度為-0. 037 mm 占94. 5% 時(shí)，磁鐵礦單體解離度由細磨前的59. 6%提高至86. 2%，獲得了精礦鐵品位66. 18%、回收率63. 18%的優(yōu)良指標，顯著(zhù)提高了資源利用率和經(jīng)濟效益。
2012 年，江西萬(wàn)國礦業(yè)選礦廠(chǎng)對現場(chǎng)浮選尾礦進(jìn)行了鐵回收工藝改進(jìn)。將長(cháng)筒型球磨機改為立式攪拌磨用于細磨，攪拌磨與水力旋流器構成閉路作業(yè)，礦漿經(jīng)研磨分級后細度達到-0. 074 mm 占95%以上，然后經(jīng)弱磁選精選，獲得的精礦鐵品位從62. 54%提高到64. 27%，鐵回收率從79. 79% 提高到了84. 19%。
5.2 有色金屬礦選別
德興銅礦的銅鉬混合粗精礦再磨作業(yè)一直制約著(zhù)銅鉬分離指標，用立式螺旋攪拌磨替代普通臥式球磨機后，現場(chǎng)生產(chǎn)鉬精礦鉬品位可達47%，鉬綜合回收率在74% 左右，相比于改造前有了大幅提升，并降低了鉬精礦中的銅含量。都龍某銅鋅礦石金屬礦物共生關(guān)系密切、嵌布粒度細，銅、鋅粗精礦再磨粒度要求-0. 038 mm 含量分別為85%、78%，采用普通臥式球磨機難以實(shí)現有效細磨。北京礦冶研究總院根據銅、鋅粗精礦再磨工藝試驗研究成果，改用立式螺旋攪拌磨機進(jìn)行銅、鋅粗精礦再磨后，銅精礦銅品位提高了3. 14個(gè)百分點(diǎn)、回收率提高了12. 52 個(gè)百分點(diǎn); 在原礦鋅品位下降的情況下，鋅精礦鋅品位仍然提高了0. 62個(gè)百分點(diǎn)、鋅回收率提高了0. 29 個(gè)百分點(diǎn)，經(jīng)濟效益顯著(zhù)。
5.3 貴金屬礦選別
土耳其某銀廠(chǎng)尾礦試驗樣品中，銀含量為83 g /t、金含量為1. 5 g /t，銀主要賦存在自然銀、深紅銀礦、黝銅礦、輝銀礦和淡紅銀礦中，與重晶石、石英、白云石和長(cháng)石等脈石礦物緊密共生，需要細磨才能充分單體解離。Celep 等利用實(shí)驗室型立式攪拌磨機，通過(guò)三水平Box-Behnken 效應面設計，研究了磨礦介質(zhì)球徑( 2～4. 5 mm) ，攪拌速度(200～800 r /min) ，球介比( 50%～80%) 對磨礦細度的影響。結果表明: 在磨球直徑為2 mm、攪拌速度為800 r /min、球介比為80%、磨礦時(shí)間為15 min 條件下，能有效提高再選尾礦中銀的單體解離度，尾礦銀的浸出率從細磨前( d80 = 100μm) 的36%提高到了細磨后( d80 = 1. 2 μm) 的84%。
董穎博等以山東某金礦的金精礦為試樣，莫來(lái)石為磨礦介質(zhì)，在實(shí)驗室利用立式攪拌磨機，在金精礦品位44. 43 g /t、磨礦細度-0. 02 mm 占97%條件下進(jìn)行氰化浸出，與現場(chǎng)普通臥式球磨機磨礦細度( -400 目占97%) 的實(shí)驗室氰化浸出指標進(jìn)行對比。結果表明，通過(guò)優(yōu)化攪拌磨磨礦以及金精礦氰化浸出的各種因素，金的浸出率提高了0. 49 個(gè)百分點(diǎn); 堿石灰、氰化鈉的用量分別降低1 kg /t 和1. 47 kg /t; 浸渣含金量降低至0. 21 g /t，并有效縮短了浸出時(shí)間。
6 結語(yǔ)
(1) 攪拌磨作為一種細磨和超細磨設備，與普通臥式球磨機相比，具有磨礦效率高、工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品粒度細且分布均勻、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。
(2) 影響攪拌磨磨礦效率的主要工藝參數有:礦漿濃度、轉子速度、球礦比、磨礦介質(zhì)尺寸等。
(3) 針對細粒嵌布難選鐵、銅、鉛、鋅、鉬、金、銀礦石選別，采用攪拌磨應用于再磨作業(yè)，能有效提高磨礦效率和目的礦物的單體解離度，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。
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