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超细搅拌球磨机的研究及其在金属矿山的应用
发布时间：2013-10-13 08:23 来源：未知
常规普通卧式球磨机由于采用冲击粉磨方式进行磨矿，在应用于矿物的细磨或超细磨时，能量利用率低，磨矿能耗费用相当高。搅拌球磨机采用摩擦研磨施力为主的磨矿，而摩擦研磨是细磨或超细磨矿最有效的粉磨方式，能量利用率高。最近十几年来超细搅拌球磨机得到了迅速地发展，在冶金、矿业、非金属矿物材料、化工、陶瓷和新材料领域广泛地应用。超细搅拌球磨机是一种高效节能的超细粉碎设备，随着搅拌球磨设备的大型化和搅拌球磨技术的不断完善，搅拌球磨机将在金属矿山再磨或细磨作业中越来越普遍应用，富通新能源生产销售球磨机、雷蒙磨粉机等磨机机械设备。
1、国内外超细搅拌球磨机的发展
超细搅拌球磨机是随着现代材料科学技术的进步而发展起来的，最早应用丁涂料、颜料或油漆等行业，大规模应用于金属矿山再磨作业是近十几年的事情，这主要缘f对金属矿的需求增加拉动价格的升高和资源的贫化、嵌布粒度细和复杂难选，为了确保精矿品位和回收率，金属矿山细磨作业得到了足够的重视，国外澳大利亚、美国、德国和加拿大均有专门研究机构和研究人员，进行了大量矿物加工细磨设备和工艺技术研究工作。已有专业制造厂家和许多先进的设备，国外主要机型有塔式磨机(TOWER MILL)、艾萨磨机( ISAMILL)和特种砂磨机(SMD MILL)。
塔式磨机（又称立式球磨机）如图1所示，它是一种垂直安装、带有螺旋搅拌装置的细磨设备。物料从磨机的下部给人，物料经简体内介质研磨后，合格的产品从磨机的顶部溢出，较粗的颗粒则留在磨机内继续被研磨。塔磨机的最大给矿粒度为6 mm．产品粒度74—20um。目前，国外最大的塔磨机安装功率1125kW．处理能力超过100 r/h。
艾萨磨机(ISAMILL)如图2所示，它是由澳大利亚的Mountlsa矿和NETZSCH公司发明的一种细磨设备，用于该矿的铅锌分离。该种磨机是采用水平高速搅动研磨原理来使矿物解理，其产品粒度P80可达到7um。艾萨磨机的功率强度很大，可达350 kW/m3，艾萨磨机使用的磨矿介质为陶瓷、河沙、炉渣等。
世界上第一台艾萨磨机( M3000)于1994年在Mountlsa铅锌选矿厂投入运行，至今，已有近20台艾萨磨机投入运行，分别用于金、铅锌、铂等矿物的回收。最大的磨机为2003年在南非的英美铂业公司投产的Ml0000磨机，用于铂族元素的回收，该磨机容积为10m3，装机功率为2 600 kW。
近年来的研究表明，在微细介质磨机中添加粉碎助磨剂可制备亚微米甚至纳米超细粉体。一些学者开始用超细搅拌球磨机械法生产纳米粉体或浆料，德国NFIzS/CH Feinmahltechnik公司应用卧式循环搅拌球磨机生产细度小于200 nrn的产品．主要应用在油墨、油漆、颜料、染料及高科技材料行业。麦克劳克林采用Drtus DCP超细搅拌球磨机生产细度小于150 nm的产品。相继开发的纳米超细磨机型号有SC型（如图3）、ZR120型等，它们的共同特点是：①采用氧化锆YTIZ陶瓷微珠，尺寸为0.1 ~0.5 mm；②均采用离心超细搅拌区域，力求粉碎区域受力均匀；③采用循环磨矿。关键技术是：粉碎腔形设计、筛网和搅拌器材质以及超细微珠。
我国超细搅拌球磨机的研制开始于20世纪70年代初，到目前为止，已有30年的发展历程，取得了较大的进步。重庆化工机械厂研制了我国第一台砂磨机（Sand mill）．也称高速搅拌球磨机，应用涂料工业、染料工业、油墨及颜料等工业。在吸收国外先进技术的基础上，相继开发了卧式砂磨机、双筒砂磨机、窄隙砂磨机和密闭型砂磨机等设备，其立式砂磨机有50 L、80L、120L、300 L到500 L。80年代初长沙矿冶研究院和秦皇岛黑色冶金设计研究院相继开发了JM - 600型、JM -1000型、JM1200型和MQL - 500型立式螺旋搅拌磨矿机（塔式磨机），如图4所示。20世纪90年代中期中科院金属所开发成功塔式磨浸机，已成功地应用于金矿再唐作业，取得了较好的成绩。在开发塔式磨机的同时，长沙矿冶研究院、郑州东方机器厂等开发研制成功了超细棒式搅拌磨机，最近几年，制造厂家增多，但进展不大。随着国内重质碳酸钙、高岭土等非金属矿行业的发展和需求，北京矿冶研究院开发了高岭土专用型双槽大型搅拌磨机，苏州非金属矿工业设计研究院联合江苏一些制造厂家研制了BP80型、BP300型、BP500型剥片机（高速盘式搅拌磨机），成功地用于高岭土、重钙、膨润土等行业。长沙矿冶研究院开发了非金属矿专用型大型超细搅拌磨机，已有1200 L、2000 L和3 600 L等规格。
从1990年黄金行业金矿选矿厂应用立式螺旋搅拌磨矿机以来，长沙矿冶研究院在推广应用时，不断完善其结构和改进耐磨材质，并利用长期从事粉磨设备研制和选矿制粉工艺的优势，设计出了具有自有知识产权的系列化立式螺旋搅拌磨矿机，产品不断更新，已在黄金、钼矿、铅锌矿、磁材、锰业、化工、稀土和无机非金属等行业应用280多台套。最近又研制成功3 600 L型大型超细搅拌磨机(功率250 kW，产量2—4Uh)，在太阳纸业高旭化工公司和广东东莞立伟达（台资）公司等企业成功应用，取得了重钙碳酸钙湿法研磨设备大型化生产的突破，必将促进湿法研磨重钙的品质提高和生产成本的降低。
2、设备和技术发展展望
在金属矿山中，金银矿、钼矿、铜矿、镍矿、铅锌矿需要磨至-400目（-0. 037 mm）粒级含量大于90%或更高才能单体解离，需要具有细磨和擦洗作用的大型搅拌球磨机。
我国成品铁矿石的需求量更大。从目前国内资源情况看，我国的铁矿资源经过了50多年的开发利用，易选铁矿资源正面临日益短缺的局面，铁矿石资源明显不足，而我国难选铁矿资源较丰富。由于难选铁矿属于贫细杂矿石，所以其组成十分复杂，采用传统选矿回收提高品位有很大的难度，磨矿细度是一个关键因素。如祁东铁矿磨矿细度-38um粒级含量不低于95%～98%．山西太钢袁家村铁矿-38um粒级含量不低于95%，还有柿竹园有色金属矿，汝阳钼矿等尾矿中回收铁精矿，磨矿细度都要求-38um粒级含量不低于95%，铁精矿品位才能达到65%，因此再磨或细磨的设备选择至关重要。
我国许多矿山工业生产铁精矿都使用普通卧式球磨杌磨矿，因普通卧式球磨机磨矿效率低、产品粒度达不到要求、矿物没有达到单体解离，所以铁品位只能在53% ~55%之间。立式螺旋搅拌磨矿机是铁矿再磨或细磨最具有发展前景、能量利用率高、产品粒度细的一种细磨设备，另外，由于该设备结构简单、操作维护方便，从而被广泛应用于黄金矿、有色金属矿、金属矿和磁性材料等工业生产中。
由于造纸行业发展迅速，将带动CaCOi需求量增长，势必带动大型现代化造纸钙生产基地的建立和完善。现在如太阳纸业集团高旭公司、晨鸣纸业集团、岳阳林纸集团纷纷建立大型造纸钙卫星生产基地，至少年产5～10万t/a以上。
高岭土、膨润土、云母等非金属矿业也将向大型化、现代化生产发展，例如国内的中国高岭土公司、广西北海高岭土公司、广东茂名高岭土公司和山西金洋高岭土公司等也将步人大型化、自动化大生产。工业矿物粉体的制备，且价格相对低廉，因此需要处理量大的加工设备。研制产品粒度细且分布均匀、处理量大的大型超细搅拌磨机对于工业矿物粉体的深加工是当务之急。
在能源工业中，例如煤直接液化项目中催化剂制备技术，就需要大型超细搅拌磨机制备亚微米级黄铁矿油浆。
因此，不管非金属行业，还是金属行业或者能源行业，迫忉需要一种高效、实用、能耗省且价格适中的大处理量、窄粒级超细搅拌球磨机。
3、立式螺旋搅拌磨矿机的研制开发和应用
3.1基本原理和技术特点
立式螺旋搅拌磨矿机的结构由简体、螺旋搅拌器、传动装置和机架等组成。简体内充满一定的磨矿介质（钢球、瓷球和砾石）。螺旋搅拌器经减速机驱动作缓慢旋转，磨矿介质和物料在简体内作整体的多维循环运动和自转运动，物料在磨矿介质重量压力螺旋回转产生的挤压力下利用摩擦、少量的冲击挤压和剪切被有效地粉磨。
立式螺旋搅拌磨矿机具有独特的结构和工作参数，具有如下显著特点：
1)磨剥离。粉磨作用以磨剥离为主，少量的冲击和剪切作用。这样可以保持物料原有晶格形状，充分利用能量有效研磨物料。因为细磨和超细磨矿，摩擦研磨磨矿是最有效的粉磨方式。
2)分层研磨。在磨矿区域，介质表面压力是由介质重量压力和离心运动产生的挤压力组成，因为转速低，介质表面压力可近似为介质质量压力：
介质表面压力从磨机简体上到下逐渐增大，在介质充填的最底层磨矿作用最强烈。粗颗粒由于沉降在磨机简体下部而得到有效磨矿。
3)内部分级。湿法磨矿时，在介质充填之上是搅拌分级区域，物料按自然沉降和离心沉降分级，减少了过粉磨。
4)独有的介质运动规律。介质的均衡运动，介质的多维运动和介质的自转运动把搅拌器传输的能量均匀弥散地研磨物料。
3.2工艺流程
开路流程：①顶部给矿，底部排矿；②底部给矿，顶部排矿；③顶部给矿，顶部排矿。
闭路流程：湿式用圆锥水力分级机、振动筛或水力旋流器分级。
立式螺旋搅拌磨矿机典型的工艺流程见图5～图6。
3.3应用情况
1)立式螺旋搅拌磨矿机在铁精矿再磨中的应用。
柿竹园有色金属矿铁精矿再磨多年来都是采用普通卧式球磨机，磨矿粒度一直都是-43um占60%，铁品位在53%~ 55%之间，磨矿细度达不到，铁精矿品位不能提高。经过多次试验，柿竹园有色金属矿铁精矿再磨设备采用长沙矿冶研究院研制的立式螺旋搅拌磨矿机。该设备从2005开始在柿竹园有色金属矿尾矿回收铁精矿生产线上应用，磨矿粒度-38um粒级含量达到95.10%，铁精矿品位达到65%以上，提高了铁精矿品位，经济效益显著。2008年又增加3台1200型大型立式螺旋搅拌磨矿机。
2)立式螺旋搅拌磨矿机在金银矿再磨中的应用。
金被黄铁矿包裹，以显微金、次显微金或固熔体存在的含金矿石，是难溶浸提金的一类金矿石。立式螺旋搅拌磨矿机在边磨边浸过程中，磨矿介质与矿料之间强烈的剥磨作用，破坏了物料颗粒表面的扩散界面层，从而加快化学反应速度，提高了浸出率。已在福建紫金矿业股份公司、安徽省铜陵朝山金矿、山东乳山金矿、湖南辰州矿业（原湘西金矿）、河南虎沟金矿、陕西中矿生物工程公司、陕西宝鸡地质队、广西福斯银银犷、广西贵港冶炼厂和云南大理黄金冶炼厂等黄金企业中成功应用。
在某黄金冶炼厂，给料粒度较细，给料粒度- 325目（-0.040 mm）粒级含量占70%一85%，要求产品细度- 400目（-0. 037mm）粒级含量占90%—95%。采用先分级后磨矿的工艺。浆料和水加入搅拌桶，砂泵打入水力旋流器分级，合格细度产品溢流排出进入后续作业进行浓密、碳浸或解吸电解。粗粒浆料经高位料槽一定压力给入立式螺旋搅拌磨矿机下部继续细磨，经过上部溢流进入搅拌桶进入下轮分级磨矿。
福建紫金矿业股份有限公司的烧渣给料粒度小于3 mm，产品细度要求达到- 325目（-0. 040 mm）粒级占90%～95%，处理量20~30 t/d。采用先磨矿后分级工艺。粗粒给料从立式螺旋搅拌磨矿机上部给料口给入，经过磨机磨矿从上部溢流，浆料进入搅拌桶，利用砂泵打入水力旋流器分级，合格细度产品溢流排出进入后续作业进行浓密、碳浸或解吸电解。粗粒浆料给入立式螺旋搅拌磨矿机继续细磨。
3)立式螺旋搅拌磨矿机在电解锰和稀土的超细磨矿中的应用。
湿磨电解锰片制造四氧化三锰，金瑞新材料科技股份公司氧化锰厂用20多台专用型JM - 600B型细磨电解锰片，给料粒度3 mm．产品细度- 500目（-0. 03 mm）粒级含量大于95%。贵州松桃锰矿，湖南特种金属材料厂等单位已应用60多台。已在益阳稀土总厂、乐山普而美、上海君太公司和株洲硬质合金钽铌分厂应用细磨独居石和稀土矿，给料80目(0. 18mm)，产品细度- 400目（-0.037 mm）粒级含量不低于95 qo。
4)立式螺旋搅拌磨矿机在钼矿再磨中的应用。
在洛钼集团选钼三公司，2003年对钼精选系统进行了改造。将传统的溢流型再磨球磨机改为立式螺旋搅拌磨矿机。立磨机与水力旋流器闭路作业，旋流器溢流- 200目（-0. 075lvLm）粒级含量达95%，送浮选柱精选。钼精矿品位从46. 12%提高到49.88%，最高达到54.44%，选矿回收率由79. 79%提高到84.19%。工艺参数的优化和再磨设备提高了辉钼矿的单体解离度，加上立式螺旋搅拌磨矿机的擦洗作用，为浮选提供了良好的环境。
在栾川地区先后有三强、大东坡、长青、九扬、沪七、双峰、瑞达、钼城、宏达、鑫川、鑫鑫、万吨选厂、洛钼三公司、洛钼万吨选厂、洛钼五千吨选厂、洛钼一公司等矿业公司选厂应用立式螺旋搅拌磨矿机作为再磨设备。另外在陕西，金堆城钼业公司、洛南秦岭钼业、炼石矿业和福秦钼业等选矿厂也采用立式螺旋搅拌磨矿机作为再磨设备，投产后，其钼精矿晶位和回收率明显提高。洛钼集团应用4台大型立式螺旋搅拌磨矿机现场如图7所示。
4、结 语
超细搅拌磨机已受到金属矿山矿物加工领域的关注和重视，也将会越来越多的得到应用，可以预计，通过设备研制者和工艺人员密切配合、共同攻关，细磨技术和装备在金属矿山资源综合利用和节能降耗方面将大有用武之地。
