1 概述
攪拌磨是一種高效率的超細粉磨設備，已在油漆、油墨、顏料、造紙涂料、陶瓷釉料、磁性材料、塑料填料、功能材料和難處理金礦等行業(yè)中應用。隨著(zhù)新材料的迅速發(fā)展，越來(lái)越需要超細非金屬工業(yè)礦物粉體，例如：造紙工業(yè)需要超細高嶺土，超細碳酸鈣（-2μm≥70~90%）；塑料工業(yè)需要超細重質(zhì)碳酸鈣和滑石粉、硅灰石粉、云母粉（-10μm~20μm）；陶瓷行業(yè)需要超細硅酸鋯釉料（-5μm）；精細陶瓷行業(yè)需要超細SIC，超細Al2O3(-1μm)等等。這些極大地刺激了超細粉磨設備的發(fā)展，特別是攪拌磨的發(fā)展。最近幾年來(lái)，一些科研工作者對攪拌磨是一種高效率超細粉磨設備作了充分肯定，進(jìn)行了一些基礎研究工作，制造了一些工業(yè)化設備。但是，對如何提高攪拌磨設備本身的能量利用率和工業(yè)礦物不同具體用途的最佳細磨工藝研究較少。長(cháng)沙礦冶研究院在80年代研制成功立式螺旋攪拌磨礦機以來(lái)，經(jīng)過(guò)10多年的改進(jìn)和完善，已應用在金礦再磨、氧化鐵紅細磨、石墨剝片提純、電解錳濕磨和高嶺土細磨等行業(yè)。然后經(jīng)過(guò)幾年的試驗研究并綜合吸收塔式磨（立式螺旋攪拌磨）、砂磨機、間歇式攪拌磨和環(huán)隙磨等設備優(yōu)點(diǎn)，又研制成功了一種新型超細攪拌磨機，該設備已逐步應用在重鈣、高嶺土、碳化硅、石榴子石、電解二氧化錳、鐵氧體和鋁粉漿等行業(yè)。
2 攪拌磨礦機的發(fā)展現狀
2.1 攪拌磨種類(lèi)
攪拌磨種類(lèi)見(jiàn)表1。
表1 攪拌磨的分類(lèi)
2.2 現有攪拌磨的分析
塔式磨如圖1所示, 在1952年由日本河端重勝博士發(fā)明，現已應用在金礦、鉛鋅礦再磨作業(yè)，近年來(lái)也逐步應用在非金屬礦物加工行業(yè)。長(cháng)沙礦冶研究院進(jìn)行了大量試驗研究工作，制造了立式螺旋攪拌磨礦機，該機特點(diǎn)是：中低速，較高的介質(zhì)充填高度，螺旋攪拌器，在細磨或超細磨時(shí)能量利用率高。但是該機筒體太高，維護和檢修不太方便；另外要進(jìn)行超細磨時(shí)，由于采用螺旋攪拌器，難以提高速度。
圖1 塔式磨機原理圖
砂磨機（剝片機）如圖2。又稱(chēng)為高速攪拌磨機，該種設備在油漆行業(yè)得到了廣泛應用。但是，速度高，在筒體內能量密度分布不均勻；由于采用盤(pán)式攪拌器，玻璃珠或陶瓷珠在圓盤(pán)上受力是摩擦施力，能量損失大，比棒式攪拌器能量利用率低；高速旋轉，圓盤(pán)，筒壁磨損嚴重，發(fā)熱大，外殼須設冷卻夾套。優(yōu)點(diǎn)就是筒體高度適宜，總機重量輕，維護和檢修方便。
圖2 砂磨機原理圖 棒式攪拌磨，或稱(chēng)周期式攪拌磨，例如美國UP公司Attritor攪拌磨如圖3，在精細陶瓷、電子材料、粉末冶金等行業(yè)應用。由于采用棒式攪拌結構，磨礦效率較高；隨著(zhù)筒體直徑增大，磨礦中心和攪拌棒頂端處的速度相差太大，因而傳輸給介質(zhì)的能量是不相等的，在筒體內能量分布不均勻；另外，攪拌棒的數量太少，這樣傳遞給介質(zhì)的能量頻率低。該機優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單，維護方便。配合外部循環(huán)泵的使用，能將物料磨至幾微米。
圖3 棒式攪拌磨機原理圖
環(huán)隙式攪拌磨,解決了能量密度不均勻問(wèn)題，能量利用率高，其產(chǎn)品粒度均勻。但是有效容積變小，設備大型化困難。僅限于一些精細陶瓷、磨料和特種油墨和涂料等精加工行業(yè)中應用。而工業(yè)礦物粉體制備，需要處理量大的加工設備。因此, 研制產(chǎn)品粒度細、處理量大的大型超細攪拌磨機對于工業(yè)礦物粉體的深加工是當務(wù)之急。
3 新型高效超細攪拌磨機的研究開(kāi)發(fā)
綜合以上分析和根據我們長(cháng)期的試驗研究和工業(yè)應用實(shí)踐，設計了一種能量利用率高，操作維護方便，能夠大處理量粉磨工業(yè)礦物的新型超細攪拌磨─立式棒式攪拌磨機，如圖4。
該設備主要由螺旋棒式攪拌器、筒體、驅動(dòng)裝置和機架組成。攪拌器采用螺旋棒式結構，主軸直徑較大，攪拌器上棒分布數量較多，這樣增加了攪拌小介質(zhì)球的機會(huì )。攪拌器可以采用合金鋼、聚氨酯、陶瓷或硬質(zhì)合金制作，筒體采用異形結構,可采用合金鋼、聚氨酯、不銹鋼制作，筒體外殼設置有冷卻水套。介質(zhì)球可以采用玻璃珠、陶瓷珠、鋼球或硬質(zhì)合金球，球直徑在φ1~φ10mm，如果需要更細的球也可以。
工作時(shí)，上部傳動(dòng)裝置帶動(dòng)攪拌器以適宜的速度（3~6m/s）攪拌介質(zhì)球，主要利用球介質(zhì)之間的摩擦、剪切和沖擊粉磨物料。
圖4 新型超細攪拌磨礦機
4 工藝設計
4.1 干磨工藝
干法工藝主要是生產(chǎn)600~2500目粒度的工業(yè)礦物粉體，主要有：重鈣、滑石、輕燒鎂粉等。生產(chǎn)中必須配用干法微細粒分級機，而且產(chǎn)品細度取決于分級機，典型工藝如圖5。
該流程運轉費用低，電耗低，可以省去濕法中的干燥設備，在磨礦時(shí)可以同時(shí)表面改性。但是還需解決：工業(yè)礦物磨細后團聚問(wèn)題；攪拌器耐磨及防鐵污染；磨礦時(shí)的熱量散失問(wèn)題。
圖5 干磨工藝
1--提升機,2--攪拌磨機,3--分級機,4--收集器,5--風(fēng)機. 4.2 濕磨工藝
濕磨工藝主要生產(chǎn)超細工業(yè)礦物，例如高檔造紙涂布重鈣產(chǎn)品（-2μm≥90%），主要有一段式（間歇式）、多段式、循環(huán)式和閉路磨礦（磨礦+分級）。
最為理想的濕磨工業(yè)是閉路磨礦，該工藝保證了產(chǎn)品無(wú)過(guò)磨現象，提高了磨礦效率，保證了最終產(chǎn)品細度的穩定。但是目前還沒(méi)有高效超細濕法分級設備，而且分級后細粒級濃度太釋?zhuān)枰O置大型濃縮池。濕法超細分級設備主要有小直徑（φ10）旋流器，臥式螺旋分級機和蝶式分級機。
循環(huán)式磨礦是一種很好的細磨工藝，如圖6所示,特別是大處理量循環(huán)磨礦，細磨產(chǎn)品粒度分布窄，散熱效果好，濕磨產(chǎn)品濃度可達60~70%，可直接進(jìn)入閃蒸干燥，多功能干燥等設備干燥，減少了壓縮設備，該工藝投資較省。
圖6 循環(huán)磨礦工藝 多段式磨礦是幾臺攪拌磨機串聯(lián), 如圖7所示，根據磨礦細度，可以在每一段攪拌磨機內加入不同直徑的介質(zhì)球，這樣提高了磨礦效率，散熱條件好，但是，該工藝投資大，適應于大規模工業(yè)生產(chǎn)。另外工藝中任何一臺設備發(fā)生故障，生產(chǎn)線(xiàn)就得停下，影響正常生產(chǎn)。
圖7 多段磨礦工藝小1--調漿桶, 2.4.7.10--泵,3.6.9--中間桶,5.8.11--攪拌磨機,12--篩子,13--貯漿桶
一段磨礦或間歇磨礦僅適用于產(chǎn)品粒度較細或處理量很小的場(chǎng)合，非金屬工業(yè)礦物中應用較少。目前，閉路磨礦工藝和大處理量循環(huán)磨礦工藝是較為先進(jìn)的濕磨工藝。
5 工業(yè)礦物對細磨的特殊要求
工業(yè)礦物，例如重鈣、滑石、硅灰石、云母、高嶺土等，由于他們具有不同的純度、細度、粒度分布、粒度形狀和顏色等特點(diǎn)而產(chǎn)生了許多不同的用途，廣泛地應用在塑料、造紙、油漆、化工、冶金、陶瓷行業(yè)中。因此對超細粉磨設備及其工藝提出了特殊要求，不是純粹簡(jiǎn)單的粒度減小過(guò)程。例如制備珠光顏料的云母粉，需要徑厚比大，表面光滑，不能有劃痕，不能產(chǎn)生二次污染。這就需要攪拌磨轉速不能太高，介質(zhì)球表面光滑，一施加剪切，柔搓為主的方式剝離物料。硅灰石作橡膠、塑料填料，需要長(cháng)徑比大，產(chǎn)品粒度細，這樣制作的材料具有較強的剛度和韌性。陶瓷粉末需具備超細（-1μm），高純（99.9%），高度分散，粒度分布窄，等積形顆粒形狀等。作為涂布級造紙用重質(zhì)碳酸鈣，需要超細（-2μm≥90%），白度≥90%，純度CaCO3≥98%，粒度分布窄，一定的粘濃度，高分散性等性能。
由于工業(yè)部門(mén)對超細工業(yè)礦物粉體提出了特定的要求，這就決定了超細粉磨設備和工藝必須滿(mǎn)足：
1） 產(chǎn)品細度，粒度分布，粒度形狀；
2） 磨礦時(shí)不能產(chǎn)生二次污染；
3） 處理能力大；
4） 能量利用率高。
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