方蒼舟，杜仁忠，蘇 寧，方 斌

【礦物加工】

超細(xì)立磨在非金屬礦超細(xì)加工中的應(yīng)用

方蒼舟，杜仁忠，蘇 寧，方 斌

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230051）

應(yīng)用料層高壓研磨粉碎和渦流超細(xì)分級(jí)相結(jié)合的原理，使ATL新型超細(xì)立磨可以進(jìn)行非金屬礦的超細(xì)加工，其具有顯著的節(jié)能效果，緩和了超細(xì)微粉細(xì)度、產(chǎn)量和能耗之間的矛盾，超細(xì)立磨越來(lái)越受到客戶的青睞，已成為非金屬礦超細(xì)微粉行業(yè)的主流設(shè)備。本文介紹的ATL超細(xì)立磨工藝系統(tǒng)以及在超細(xì)重鈣領(lǐng)域的成功應(yīng)用，證明了其在非金屬礦超細(xì)加工領(lǐng)域具有優(yōu)質(zhì)性能和較高應(yīng)用價(jià)值，其生產(chǎn)指標(biāo)和產(chǎn)品性能指標(biāo)均達(dá)到臺(tái)灣同類(lèi)超細(xì)立磨的標(biāo)準(zhǔn)。

非金屬礦；超細(xì)立磨；分級(jí)；超細(xì)加工

當(dāng)前全球?qū)Ψ墙饘俚V粉體的需求日益旺盛，僅僅對(duì)重鈣的消費(fèi)在過(guò)去的10年內(nèi)需求量從3 500萬(wàn)t增長(zhǎng)到現(xiàn)在的近9 000萬(wàn)t，年平均增長(zhǎng)率近9.5%，預(yù)測(cè)在未來(lái)的10年內(nèi)全球?qū)Ψ墙饘俚V粉體的年需求量仍將保持高的增長(zhǎng)率。在追求產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、粒徑分布均勻的同時(shí)，市場(chǎng)對(duì)非金屬礦粉體產(chǎn)品加工的節(jié)能降耗也要求迫切，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備也提出更高的要求。

本文以在廣西賀州某粉體公司的ATL1100超細(xì)立磨生產(chǎn)為例，論述ATL新型超細(xì)立磨生產(chǎn)工藝的價(jià)值和性能，展望ATL超細(xì)立磨在非金屬礦的應(yīng)用前景。

1 超細(xì)非金屬礦生產(chǎn)設(shè)備的現(xiàn)狀

我國(guó)規(guī)?；?、工業(yè)化的超細(xì)粉體加工及超細(xì)粉碎與精細(xì)分級(jí)設(shè)備始于改革開(kāi)放后，迄今為止，我國(guó)超細(xì)粉碎技術(shù)與裝備經(jīng)歷了從引進(jìn)國(guó)外技術(shù)、裝備與國(guó)內(nèi)仿制到具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)或發(fā)明專利的演變。其設(shè)備的處理能力、單位產(chǎn)品能耗、耐磨性、工藝配套和自動(dòng)控制等綜合性能顯著提高，與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備綜合性能的差距逐漸縮小。

目前，我國(guó)的非金屬礦干法超細(xì)粉碎研磨工藝設(shè)備主要有雷蒙磨、攪拌磨、振動(dòng)磨、環(huán)輥磨、球磨機(jī)和立式磨等。近年來(lái)，國(guó)家大力推行節(jié)能減排政策，節(jié)能降耗的設(shè)備環(huán)輥磨應(yīng)運(yùn)而生。

根據(jù)立式磨在水泥行業(yè)卓越的性能表現(xiàn)，使其成為理想的非金屬礦加工設(shè)備之一，它可以很好地滿足產(chǎn)品加工所要求的運(yùn)行可靠、產(chǎn)量大、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、節(jié)能顯著等性能(較球磨節(jié)能30%～40%)。近年來(lái)，立磨在非金屬礦行業(yè)也得到了一些應(yīng)用，但是我國(guó)目前普通立磨生產(chǎn)的重質(zhì)碳酸鈣(簡(jiǎn)稱重鈣)產(chǎn)品都在600目(d97＞23μm)以下，滿足不了市場(chǎng)對(duì)1 250目(d97=10μm)超細(xì)粉體的規(guī)?；a(chǎn)需求。日本企業(yè)在1990年開(kāi)發(fā)出小型超細(xì)立磨，后來(lái)臺(tái)灣設(shè)備企業(yè)又從日本引進(jìn)，并在此基礎(chǔ)上改進(jìn)開(kāi)發(fā)了超細(xì)立磨，可以一次性生產(chǎn)1 250目超細(xì)非金屬礦產(chǎn)品。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，在非金屬礦領(lǐng)域，臺(tái)灣超細(xì)立磨在大陸市場(chǎng)一直處于壟斷地位。

合肥水泥研究設(shè)計(jì)院超細(xì)微粉技術(shù)部在傳統(tǒng)的水泥立磨基礎(chǔ)上，將渦流超細(xì)分級(jí)系統(tǒng)技術(shù)推廣到立磨行業(yè)，將其與立磨研磨系統(tǒng)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，成功研發(fā)立磨生產(chǎn)超細(xì)重鈣工藝系統(tǒng)。該超細(xì)立式磨生產(chǎn)系統(tǒng)可加工200～1 500目的超細(xì)粉體，800目產(chǎn)品可以達(dá)到7t/h，能耗較低(800目產(chǎn)品能耗約為90kW·h/t，而球磨機(jī)工藝能耗達(dá)120kW·h/t)。常用干法工藝能耗及產(chǎn)能，見(jiàn)表1。

為了進(jìn)一步說(shuō)明，以生產(chǎn)1 250目重鈣為例，分別從給料粒度、最佳生產(chǎn)細(xì)度范圍、粉碎機(jī)理、1 250目噸產(chǎn)品電耗、1 250目噸產(chǎn)品單機(jī)生產(chǎn)規(guī)模等生產(chǎn)技術(shù)性指標(biāo)的角度，對(duì)不同干法工藝的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行比較，比較結(jié)果見(jiàn)表2。

通過(guò)表1和表2中可以看出，對(duì)上述幾種干法工藝的比較可見(jiàn)：

表1 常用重鈣干法加工系統(tǒng)能耗分析

表2 常用重鈣生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)能比較

(1) 從超細(xì)產(chǎn)品的單機(jī)生產(chǎn)規(guī)?？?，沖擊磨、干式砂磨機(jī)和環(huán)輥磨的單機(jī)生產(chǎn)能力都偏小，相比較而言，球磨機(jī)和立式磨在同等情況下可以獲得更高的產(chǎn)量，易于實(shí)現(xiàn)重鈣規(guī)?；庸ぁ?/p>

(2) 超細(xì)立式磨在重鈣超細(xì)加工時(shí)，最大特點(diǎn)是可以以較低的電耗(生產(chǎn)1 250目以下產(chǎn)品時(shí))、較大的規(guī)模生產(chǎn)重鈣產(chǎn)品。

(3) 球磨的單機(jī)產(chǎn)能最大，在生產(chǎn)1 250目以上的產(chǎn)品時(shí)，性能更突出。

新型超細(xì)立式磨可以一次性生產(chǎn)1 500目以下的粉體，尤其是在生產(chǎn)400～1000目重鈣產(chǎn)品時(shí)節(jié)能效果比較明顯。

2 ATL新型超細(xì)立磨及其工藝技術(shù)特點(diǎn)

2.1 基于設(shè)備與工藝結(jié)合的磨輥研磨

ATL超細(xì)立磨磨輥研磨設(shè)計(jì)與市場(chǎng)上其他同等規(guī)格普通磨機(jī)有明顯不同。如圖1所示正在使用中的磨盤(pán)和磨輥，其主要特點(diǎn)有：

(1) 特殊的雙曲弧面設(shè)計(jì)，更大的接觸面積，研磨區(qū)域粉磨壓力高度集中。

(2) 由普通雙輥設(shè)計(jì)更變?yōu)槿佋O(shè)計(jì)，提高粉磨效率。

圖1 使用中的磨輥研磨

(3) 每個(gè)磨輥使用雙油缸斜拉設(shè)計(jì)，高的研磨壓力使物料更易粉碎。

由于離心力和傾斜的磨床將物料導(dǎo)向擋料環(huán)，ATL超細(xì)立磨具有物料層均勻的優(yōu)點(diǎn)，其他磨輥平坦型磨床會(huì)造成擋料環(huán)前物料堆積，降低粉磨效率。

2.2 特殊的機(jī)械設(shè)計(jì)和材料選擇

(1) 磨輥壓力。盡管粉磨壓力被降至1 000kN/m3，合成峰值粉磨壓力為220MPa，該壓力比市場(chǎng)上其他任何立磨都要高。這種高粉磨壓力是由外直徑上狹窄的粉磨區(qū)域產(chǎn)生的，因此保證了最高的粉磨效率。

(2) 磨損。耐磨部件采用耐磨合金材料，襯套以及襯板的磨損率范圍是2～3g/t。因其可反復(fù)補(bǔ)焊被認(rèn)為是“綠色方法”，即使當(dāng)耐磨部分使用壽命結(jié)束時(shí)也可循環(huán)利用。這是一種比使用任何類(lèi)型的陶瓷材料(陶瓷材料很難修復(fù)利用，被認(rèn)為是無(wú)生命的材料)更環(huán)保的途徑。

2.3 基于渦流分級(jí)的超細(xì)分級(jí)機(jī)

與此前的單轉(zhuǎn)子立式分級(jí)機(jī)相比，超細(xì)立磨特制的ADW10005NG多轉(zhuǎn)子渦輪分級(jí)機(jī)，NG型葉片使分級(jí)工藝效率顯著提高，同時(shí)分級(jí)背壓降低了近25%，從而使系統(tǒng)阻力下降20%，相應(yīng)主風(fēng)機(jī)電耗下降15%以上。經(jīng)過(guò)優(yōu)化的分級(jí)機(jī)更易于控制粒徑分布(PSD)。

2.4 直接添加化學(xué)助劑實(shí)現(xiàn)表面改性

立磨的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以在生產(chǎn)中直接對(duì)粉體進(jìn)行改性活化處理。通過(guò)特殊的工藝設(shè)計(jì)，嚴(yán)格定量添加化學(xué)助劑和控制磨內(nèi)溫度，經(jīng)過(guò)在ATL1100立磨上反復(fù)試驗(yàn)，化學(xué)助劑充分包覆在無(wú)機(jī)非金屬粉體表面得以實(shí)現(xiàn)。

采用這種直接添加化學(xué)助劑一次性實(shí)現(xiàn)表面改性，無(wú)需另外購(gòu)買(mǎi)專門(mén)的改性設(shè)備，大大簡(jiǎn)化了工藝流程，減少了投資成本。這種方法生產(chǎn)的功能型粉體，廣泛應(yīng)用于超細(xì)重鈣的人造大理石市場(chǎng)。

3 實(shí)施案例

3.1 基本概況

位于廣西賀州旺高工業(yè)園的賀州某粉體公司是一個(gè)年生產(chǎn)能力達(dá)10萬(wàn)t的重鈣企業(yè)。采用了一套ATL1100超細(xì)立磨系統(tǒng)，其主機(jī)設(shè)備配置見(jiàn)表3，合計(jì)功率515.5kW。

表3 ATL1100主機(jī)規(guī)格及裝機(jī)

3.2 工藝流程

本套系統(tǒng)的工藝流程設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

圖2 ATL1100工藝流程示意

來(lái)自原料儲(chǔ)庫(kù)的方解石原料由喂料機(jī)定量喂入ATL1100立式磨中進(jìn)行閉路研磨分級(jí)，加入原料的同時(shí)加入改性劑和水的混合物，產(chǎn)品細(xì)度200～1 250目任意可調(diào)。細(xì)產(chǎn)品與氣流一起直接進(jìn)入高濃度脈沖收塵器一次性收集，成品經(jīng)收塵器鎖風(fēng)下料器出料，直接進(jìn)入其下部的成品倉(cāng)中待包裝。在立磨運(yùn)行過(guò)程中，有部分粗顆粒自動(dòng)排出機(jī)外，這部分顆粒由螺旋輸送機(jī)加入斗提機(jī)，再次送入磨中研磨。

整個(gè)ATL1100立磨系統(tǒng)配置一套計(jì)算機(jī)DCS系統(tǒng)，用于啟停和監(jiān)控立磨生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備，電腦屏幕顯示主要操作參數(shù)和運(yùn)作狀態(tài)。采用先進(jìn)的氣流監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的主要操作參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。操作參數(shù)根據(jù)粒度檢測(cè)情況，以人工鍵盤(pán)輸入?yún)?shù)的方式進(jìn)行干預(yù)，使生產(chǎn)系統(tǒng)的工作保持在最佳狀態(tài)。

表4 賀州ATL1100超細(xì)立磨生產(chǎn)重鈣系統(tǒng)性能參數(shù)

3.3 ATL1100運(yùn)行性能指標(biāo)

該系統(tǒng)自2014年8月份調(diào)試成功并且考核驗(yàn)收以來(lái)，其運(yùn)轉(zhuǎn)率高達(dá)95%，生產(chǎn)的人造大理石專用超細(xì)碳酸鈣粉體，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到優(yōu)質(zhì)人造大理石的專用碳酸鈣標(biāo)準(zhǔn)，得到客戶的肯定，市場(chǎng)需求旺盛。表4顯示該套系統(tǒng)的性能指標(biāo)以及其產(chǎn)品的分析情況(表中參數(shù)要求：①原料：方解石或大理石，莫氏硬度3，進(jìn)料粒度≤15mm；②粒徑分布：以英國(guó)MALVERW公司Micro鐳射繞線射粒徑分析儀測(cè)定；③水分：放50g樣品于水分分析儀測(cè)定，在攝氏150℃下6min，測(cè)量檢定)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著使用經(jīng)驗(yàn)更加豐富，設(shè)備設(shè)計(jì)與制造與工藝系統(tǒng)更加融合，設(shè)備為工藝提供解決方案，工藝為設(shè)備創(chuàng)造良好的工作條件，加之新技術(shù)、新工藝不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)，設(shè)備的可靠性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性已經(jīng)不為用戶擔(dān)心，超細(xì)立磨粉磨超細(xì)粉體工藝已越來(lái)越得到市場(chǎng)的認(rèn)可。立式輥壓磨利用碾壓粉碎原理，可以及時(shí)將達(dá)到粉碎粒度要求的顆粒隨氣流帶走，避免了過(guò)研磨情況，從而達(dá)到了節(jié)能的目的。

ATL超細(xì)立磨系統(tǒng)在生產(chǎn)超細(xì)重鈣領(lǐng)域的成功應(yīng)用，證明了其在超細(xì)研磨生產(chǎn)領(lǐng)域具有優(yōu)質(zhì)性能和較高應(yīng)用價(jià)值，其生產(chǎn)指標(biāo)和產(chǎn)品性能指標(biāo)均達(dá)到臺(tái)灣同等超細(xì)立磨的指標(biāo)。

理論和實(shí)踐說(shuō)明，立磨可以滿足非金屬礦的大型化超細(xì)加工，其設(shè)備性能可靠、粉體質(zhì)量穩(wěn)定 ，同時(shí)其節(jié)能效果非常顯著。因此，立磨有望成為非金屬礦加工行業(yè)的主要選擇，其前景十分廣闊。

[1]蘇寧，方蒼舟，杜仁忠.規(guī)模化干法生產(chǎn)超細(xì)重鈣工藝分析[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2012(6)：37-39.

[2]方蒼舟，杜仁忠，蘇寧.超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣干法加工技術(shù)與設(shè)備簡(jiǎn)評(píng)[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2010(5)：48-51.

[3]王軍偉，韓敏芳.重質(zhì)碳酸鈣的制備工藝及應(yīng)用前景[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2004(S1)：58-60.

[4]鄭水林.中國(guó)非金屬礦深加工技術(shù)現(xiàn)狀、機(jī)遇、挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2000(5)：1-8.

Application of the Superfine Vertical Grinding Mill in Non-metallic Minerals Ultra-fine Processing

FANG Cang-zhou, DU Ren-zhong, SU Ning, FANG Bin
(Hefei Cement Research & Design Institute, Hefei 230051, China)

With high pressure grinding the materials and vortex superfine classifying the materials, the ATL new type superfine vertical grinding mill can be used for ultra-fine processing in the non-metallic minerals. The new type vertical grinding mill has feature of energy-saving and it also eases the contradiction of the superfine power fineness, productivity and the energy consumption to some extent. The superfine vertical grinding mill is more and more popular. Nowadays, it is the main equipment for superfine grinding the non-metallic minerals. In this article, we will introduce the ATL vertical grinding mill processing system, such as the successful application of the vertical mill in the superfine calcium carbonate production, which proves that the vertical grinding mill has better performance and higher application value. It has the same production index and the product performance index with Taiwan's superfine vertical grinding mill.

non-metallic minerals; superfine vertical grinding mill; classifier; superfine process

TD921.4；TD985

A

1007-9386(2014)06-0025-03

2014-08-22