從20世紀40年代國外就開(kāi)始了超細粉碎技的研究，到 60 年代該技術(shù)已取得迅速發(fā)展。目前日、美、德等國具備較高水平的超細粉碎技術(shù)和設備，可以加工細度為0.5～l0 m窄級別的超細粉體。相對而言，國內對超細粉碎技術(shù)的研究起步較晚。但經(jīng)過(guò)近年來(lái)的努力，我國已能生產(chǎn)各種類(lèi)型的超細粉碎設備，基本上能滿(mǎn)足我 國非金屬礦實(shí)際生產(chǎn)中的需要。隨著(zhù)富礦、易選礦石資源的不斷消耗，難選礦石的比重越來(lái)越大，國內現有大量金礦、弱磁性鐵礦、錳礦、磷礦、鋁土礦等因為目的礦物及伴生礦物嵌布粒度太細而無(wú)法有效分選，礦產(chǎn)資源的礦物之間微細嵌布特性決定了必須對礦石進(jìn)行超細磨，使其單體解離，方能實(shí)現礦物的有效分選。在礦石細磨或超細磨作業(yè)中，當采用常規磨礦技術(shù)(如球磨機)單體解離礦石中的礦物時(shí)，磨礦能耗及生產(chǎn)成本是相當高的。即使磨礦細度能夠使礦物得到單體解離，但產(chǎn)品過(guò)磨現象嚴重，使得許多有用礦物損失到礦泥中。超細磨技術(shù) 已在化妝品和工業(yè)礦物等領(lǐng)域中應用了幾十年，立式攪拌磨因適應大處理量的金屬礦石超細磨礦作業(yè)要求而得到了廣泛應用，立式攪拌磨礦技術(shù)的研究與應用為企業(yè)和國家帶來(lái)了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，其市場(chǎng)前景廣闊。本文就幾種最典型且具代表性立式攪拌超細磨機的結構特點(diǎn)、工作原理、技術(shù)性能和工業(yè)應用情況進(jìn)行了綜述，以提供工作中參考與借鑒。
1 立式螺旋攪拌磨機
1.1 Vertimill磨機
1.1.1 結構和工作原理
1928年Klein和Szegvari 最先提出了攪拌磨機概念，1952 年河端重勝博士發(fā)明塔磨機(Tower Mill即立式螺旋磨礦機)。第一臺在礦物加工應用 的立式螺旋磨礦機是由日本 Kubota 公司制造的。Metso 礦物公司于1979年取得該項技術(shù)，生產(chǎn)的磨機叫作 Vertimill磨機。磨機由垂直筒體、螺旋攪拌葉片、分級設備和驅動(dòng)裝置等部分組成。濕式Vertimill磨機及閉路生產(chǎn)系統圖見(jiàn)圖1。磨機垂直簡(jiǎn)體內的主(豎)軸上裝有螺旋攪拌葉片(或攪拌器)，由電動(dòng)機的驅動(dòng)裝置帶動(dòng)它作旋轉運動(dòng)，以此強迫攪拌簡(jiǎn)體內的研磨介質(zhì)和被磨物料旋轉，使物料受到研磨作用而粉碎。經(jīng)過(guò)研磨的細粒產(chǎn)品上升至磨機簡(jiǎn)體上部自流溢出，粉碎產(chǎn)品由磨機流人分級機，再經(jīng)水力旋流器進(jìn)行分級，溢流即為磨礦產(chǎn)品，粗粒通過(guò)管道返回磨機再磨。
 1.1.2 技術(shù)性能與應用
Vertimill磨機的基本磨碎作用是由磨剝而不是沖擊過(guò)程實(shí)現的，因此其給料粒度不能太大，一般為小于3mm。磨礦筒體垂直安裝主要基于下述考慮：(1)介質(zhì)在攪拌器作用下作多維連續循環(huán)旋轉，而不是象臥式磨礦機內那種在垂直方向作用及拋物線(xiàn)運動(dòng)，這樣研磨介質(zhì)不克服重力作功，從而節省能量；(2)Vertimill磨機筒體直徑小、高度大，從而增加了研磨介質(zhì)問(wèn)的壓力，當磨礦介質(zhì)轉動(dòng)時(shí)就增加了對物料的研磨力。因此，這種設備適合于物料 的細磨及超細磨。研磨介質(zhì)的壓力有一適宜范圍，在此范圍內磨礦效率高而功耗低；當超出此范圍時(shí)，磨礦效率就不再提高；因此，這種磨機的高徑比(H/D)有一適宜值；(3)磨機主要通過(guò)磨剝作用來(lái)實(shí)現細磨工作，該磨機螺旋外緣圓周速度為 3m/s左右，介質(zhì)為12～30 mm的鋼球，作為超細磨時(shí)，研磨介質(zhì)尺寸還應小些。允許的給料粒度較粗，產(chǎn)品粒度常在10～20 m，多用于選礦再磨回路中。
實(shí)踐證明，Vertimill磨機是一種用途廣泛的磨礦設備，可處理粒度小于6mm的礦石，主要用于粗磨、二段磨、再磨和細磨作業(yè)中，處理硬度較低的物料時(shí)，可研磨至小于20m 的產(chǎn)品。Vertimill磨機規格從11kW到2240kW，新近開(kāi)發(fā)最大功率2240 kW的磨機其最大處理量可達2000 t/h。磨機優(yōu)點(diǎn)是能效高，一般提高 30％～35％，有報告稱(chēng)節能超過(guò)50％。同時(shí)介質(zhì)消耗低，維護保養要求低，使用壽命長(cháng)，作業(yè)率高達98％；設備基礎簡(jiǎn)單、安裝期短和安裝成本低，占地面積??；噪音通常低于85db。自1979年推向市場(chǎng)以來(lái)，已在世界各地銷(xiāo)售了300多臺 Vertimill立式磨機。
1.2 JM 螺旋攪拌磨機
1.2.1 結構和工作原理
JM立式螺旋攪拌磨機是上世紀八十年末長(cháng)沙礦冶研究院研發(fā)的一種最具代表性 的立式攪拌超細磨機。磨機結構如圖2所示。由傳動(dòng)裝置、簡(jiǎn)體、螺旋攪拌器和機架等組成，磨機簡(jiǎn)體徑高比為 1:5~1:6。傳動(dòng)裝置采用三角皮帶和減速機減速；簡(jiǎn)體內襯材質(zhì)有合金耐磨鋼、不銹鋼、聚氨酯或工程陶瓷；螺旋攪拌器采用合金耐磨鋼、不銹鋼、聚氨酯制作。工作時(shí)，物料調漿后從簡(jiǎn)體下部用泵打人，對較粗的物料或干磨物料從簡(jiǎn)體上部給人。電機經(jīng)減速機驅動(dòng)螺旋攪拌器旋轉，磨礦介質(zhì)和物料在簡(jiǎn)體內作多維循環(huán)運動(dòng)和自轉運動(dòng)，介質(zhì)和物料在簡(jiǎn)體內上下、里外相互交換，在磨礦介質(zhì)壓力和螺旋回轉產(chǎn)生的擠壓力下利用摩擦、少量的沖擊和剪切粉磨物料。磨機常與水力旋流器構成閉路磨礦分級作業(yè)。
 1.2.2 技術(shù)性能與應用
由于JM立式螺旋攪拌磨機具有獨特的結構和工作參數，具有如下顯著(zhù)特點(diǎn)。(1)磨剝離特性。粉磨作用以磨剝離為主。少量的沖擊和剪切作用。摩擦研磨磨礦是細磨和超細磨礦作業(yè)中最有效的粉磨方式。充分利用能量有效研磨物料。(2)分層研磨特性。在磨礦區域內介 質(zhì)表面壓力是由介質(zhì)重量壓力和離心運動(dòng)產(chǎn)生的擠壓力組成。介質(zhì)表面壓力從磨機筒體上部到下部逐漸增大，在介質(zhì)充填的最底層磨礦作用最強烈。粗顆粒由于沉降在磨機簡(jiǎn)體下部而得到有效磨礦。(3)內部分級磨礦特性。濕法磨礦時(shí)，在介質(zhì)充填的簡(jiǎn)體上部是攪拌分級區域，物料按自然沉降和離心沉降分級，減少了過(guò)粉磨。(4)高能效特性。磨機內獨特的介質(zhì)運動(dòng)規律，即介質(zhì)的多維運動(dòng)和 自轉運動(dòng)能夠均衡地將螺旋器的能量彌散到各個(gè)部位 ，實(shí)現能量高效利用。
JM立式螺旋攪拌磨機自研制以來(lái)，已成功地在黃金、磁材、錳業(yè)、化工、稀土和無(wú)機非金屬等行業(yè)和領(lǐng)域的細磨作業(yè)中得到了廣泛應用，應用數量達 260多套臺。(1)由于礦山行業(yè)的再磨作業(yè)用于金銀礦、銅精礦、鉛鋅礦、鉬礦、鎳礦鐵礦再磨作業(yè)或者潔凈煤的水煤漿制備、煙氣脫 硫(FGD)生產(chǎn)石灰石漿等細磨作業(yè)，產(chǎn)品細度—400目大于95％或更細，設備生產(chǎn)具有節能、占地面積小及噪音低等優(yōu)點(diǎn)。(2)用于電解錳的超細磨礦。濕磨電解錳片制造四氧化三錳，貴州松桃錳礦、湖南特種金屬材料廠(chǎng)等單位氧化錳廠(chǎng)用 JM 立式螺旋攪拌磨機細磨電解錳片，給料粒度3mm，產(chǎn)品細度—500目大于95％。(3)稀土礦的超細磨礦。益陽(yáng)稀土總廠(chǎng)、樂(lè )山普而美、上海君太公司和株洲硬質(zhì)合金廠(chǎng)鉭鈮分廠(chǎng)獨居石和稀土礦的細磨生產(chǎn)，給料粒度為80目，產(chǎn)品細度—400目大于95％的要求。
經(jīng)過(guò)十多年的改良工作，該院在綜合吸收塔式磨(JM立式螺旋攪拌磨)、攪拌磨、砂磨機和環(huán)隙磨等設備結構特點(diǎn)，利用這些年來(lái)從事超細粉碎設備的研究成果、經(jīng)驗和工藝技術(shù)繼而研制成功 了新型高效 LXM大型棒式(或盤(pán)式)攪拌超細磨機。新設備已應用在重鈣、高嶺土、碳化硅、石榴子石等非金屬礦行業(yè)領(lǐng)域超細粉碎作業(yè)ll。用于國內多家紙業(yè)企業(yè)的研磨重質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)線(xiàn)的磨礦生產(chǎn)，年產(chǎn)量 2萬(wàn)t至l0萬(wàn)t，給料—325目≥97％，產(chǎn)品—2m含量≥90％～95％。取得了重質(zhì)碳酸鈣濕法研磨設備大型化生產(chǎn)的突破，促進(jìn)濕法研磨重鈣的品質(zhì)提高和生產(chǎn)成本的降低。
2 Detritor立式攪拌磨機
2.1 結構和工作原理
由Metso礦物公司制造的Detritor立式攪拌磨機，是英國陶瓷黏土公司為高嶺土磨礦而研制的一種立式棒式攪拌磨機(見(jiàn)圖3)。該機由簡(jiǎn)體、棒式攪拌器、傳動(dòng)裝置和機架等組成磨機有一個(gè)八邊體外殼，用來(lái)支撐安裝在磨機中心軸上的多層長(cháng)棒攪拌器，磨礦簡(jiǎn)體的高度與直徑比大致為1:1。工作時(shí)，Detritor磨機筒體固定不動(dòng)，筒內充滿(mǎn)一定介質(zhì)球(鋼球，鋯球，剛玉球等)，棒式攪拌器在電機驅動(dòng)下以中高速度旋轉，轉速達550r/min，其棒梢速度可達11m/s。磨機攪拌器采用旋轉運動(dòng)式，利用棒式攪拌器旋轉動(dòng)能，帶動(dòng)筒體內介質(zhì)球與料漿作多維循環(huán)轉運動(dòng)，使介質(zhì)與料漿混合物近似流態(tài)化，物料在介質(zhì)球間受到強大的沖擊力和剪切力的作用下而被有效地粉磨。在精確控制給礦礦漿流量作業(yè)參數下，物料經(jīng) 過(guò)充分磨碎、自然沉降分級和離心力分級過(guò)程后，上升到磨機上端的細粒料漿，通過(guò)磨機上部備有的一套篩孔尺寸為300 μm的篩網(wǎng)后，溢流出成為合格產(chǎn)品，球介質(zhì)不能通過(guò)篩 網(wǎng)而留在磨機中。
 2.2 技術(shù)性能與應用
Detritor立式攪拌磨機在實(shí)際運行中，攪拌磨工作的過(guò)程參數控制非常重要。在磨機高功率強度輸出條件下，為使磨機內的介質(zhì)與高濃度礦漿完全混合，實(shí)現高效磨礦、有限磨損以及磨礦時(shí)所產(chǎn)生的熱量迅速消散，得到所要求粒度的磨礦產(chǎn)品，磨機的處理量最大，及其能耗最小，磨礦過(guò)程參數需要優(yōu)化。磨礦產(chǎn)品粒度與效果取決于介質(zhì)粒度、磨機 的轉速、介質(zhì)的裝載體積、制造介質(zhì)的材質(zhì)和礦漿濃度等主要參數的優(yōu)化與操控。工作時(shí)主要通過(guò)補充介質(zhì)方式，以保持磨機所要求的功耗，從而達到所要求的處理量和產(chǎn)品粒度。依據工藝要求，可以串聯(lián)布置多級磨機生產(chǎn)流程，以保證最終產(chǎn) 品的粒度及粒度分布。
Detritor 立式攪拌磨機采用立式布置的優(yōu)點(diǎn)在于，完全利用磨機本體來(lái)支撐動(dòng)力和傳動(dòng)系統，使設備占地面積小、基礎更加簡(jiǎn)單。此外，采用立式布置，還可節省料漿密封裝置或降低給料口壓力。Detritor 磨機規格從 7.5 kW 到1100 kW不等，據統計全球現有149 臺在運行，總安裝功率4.5萬(wàn)kW。其中355kW的Detritor 磨機是目前最成熟、市場(chǎng)應用最廣泛的，其處理量約20t/h。Detritor磨機在澳大利亞的應用情況如表 1所示。
3 立式盤(pán)式砂磨機
3.1 結構與工作原理
砂磨機是一種高速攪拌磨機，根據使用性能大體可分為立式砂磨機、臥式砂磨機、籃式 砂磨機。根據攪拌器結構形式可分為盤(pán)式和棒式砂磨機等。其中立式砂磨機主要用于礦石和陶瓷的研磨與加工。立式砂磨機裝置見(jiàn)圖 4，主要由機體、磨筒、盤(pán)式攪拌器、底閥、電機、送料泵和冷卻系統組成。工作時(shí)，筒內裝有一定數量的研磨介質(zhì)一玻璃球或陶瓷珠，物料由送料泵吸料，經(jīng)研磨筒底部送入研磨筒內，主電機通過(guò)主軸帶動(dòng)盤(pán)式攪拌器高速旋轉，其轉速可達1600~2200 r/min。研磨介質(zhì)、物料經(jīng)由盤(pán)式攪拌器的高速轉動(dòng)，賦予研磨媒體以足夠的動(dòng)能，與被研磨的顆粒發(fā)生強烈的沖擊、剪切、擠壓和摩擦作用，對物料進(jìn)行粉碎和研磨。經(jīng)磨碎產(chǎn)生合格粒度的物料，通過(guò)簡(jiǎn)體上部的介質(zhì)分離裝置與研磨介質(zhì)分離，從出料口排出。由于采連續進(jìn)料一研磨一出料，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程都是連續進(jìn)行的。
 3.2 技術(shù)性能與應用
立式砂磨機采用攪拌器的高速回轉使研磨介質(zhì)和物料在整個(gè)簡(jiǎn)體內不規則地翻滾運動(dòng)，使研磨介質(zhì)之間產(chǎn)生強烈的剪切、沖擊和研磨作用，使物料得到很好的磨細效果。通過(guò)合理選擇研磨片的轉速，提高設備的研磨和分散效率以及防止選擇過(guò)高的轉速使能耗增加，造成浪費；設計新穎的盤(pán)式攪拌器結構，在靠近軸心部位開(kāi)設通流面積較大的通槽，使磨礦介質(zhì)和物料能夠較為順暢地作軸向流動(dòng)以補充軸心部位的真空，使物料在磨腔中央區域能得以磨細，提高磨機容積與能量利用率；合理確定研磨筒的長(cháng)徑比為 3.5～4，提高磨礦介質(zhì)的壓強，實(shí)現高的磨細效率；加強對磨礦介質(zhì)系統的研究以適應產(chǎn)品細度不斷提高的要求。因此立式砂磨機具有生產(chǎn)效率高，砂磨產(chǎn)品細度高，連續性強、成本低等優(yōu)點(diǎn)；磨機操作簡(jiǎn)單，運行平穩，結構合理，易于維護保養，適應連續生產(chǎn)。由于圓盤(pán)攪拌器高速旋轉，筒壁磨損嚴重，發(fā)熱大，外殼須設冷卻夾套。立式砂磨機已廣泛應用于油漆、化妝品、食品、油墨、藥品、磁鐵氧體等工業(yè)領(lǐng)域的高效研磨工作中。工作時(shí)，根據物料產(chǎn)品細度要求選取0.2～3mm磨礦介質(zhì)，研磨介質(zhì)與物料相互以10～16 m/s的剪切速度運動(dòng)，可將200μm的物料研磨至1～2μm。隨著(zhù)科研工作者對砂磨機的基礎理論、設備結構的系統優(yōu)化研究，使腔體內的研磨能量密度更加均勻，可以獲得產(chǎn)品粒度更細、粒度分布更窄和單位產(chǎn)品能耗更低的研磨效果。
4 結語(yǔ)
1)立式攪拌超細磨機在微細礦物解離方面，不僅具有能效優(yōu)勢，而且能夠提高目的礦物的單體解離度，將成為微細礦物再磨關(guān)鍵設備。與普通球磨機相比，它能夠通過(guò)攪拌器及提升器輸能，使磨機內有極高的功率密度，從而保證供給小球 以足夠的能量，研磨時(shí)間大大縮短。產(chǎn)品粒度細且粒度分布較窄，磨礦效率高，其能耗比普通磨礦機降低40％～60％ 以上 。
2)各類(lèi)超細磨機技術(shù)性能表明，不同的磨機具有不同的適用場(chǎng)合和應用范圍。立式螺旋磨礦機屬中低速運轉，具有較高的介質(zhì)充填率，螺旋攪拌器在細磨時(shí)能量利用率高。立式螺旋磨礦機可將給料磨至 P80= 20～40m左右。但要進(jìn)行超細磨時(shí)，應選用如Detritor 磨機和Isa等砂磨機，磨機采用較小的磨礦介質(zhì)可以將物料磨得更細，高速攪拌磨比立式螺旋磨能耗更低，更具有優(yōu)勢。細分磨機適用領(lǐng)域，不斷強化其功能特性，將更有利于實(shí)現礦石粉磨過(guò)程的高效與節能。
3)加強攪拌磨粉碎過(guò)程的基礎理論研究，開(kāi)展以適用不同礦物集合體細粒物料的力學(xué)性能與磨碎機械結構、作用力方式研；簡(jiǎn)體內腔、攪拌裝置以及磨礦介質(zhì)等易損件的新材料研究；開(kāi)展以降低礦石粒子內部(表面)結合能和消除細粒 間團聚影響研究；改進(jìn)設備結構、完善設備生產(chǎn)工藝，提高單機處理能力，細磨產(chǎn)品粒度更細，粒度分布特性更窄、更合理 。
作者：萬(wàn)小金，周強；云南冶金集團有限公司
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