盧世杰，孫小旭

(北京礦冶研究總院，北京 100160)

1 引言

眾所周知，工業(yè)礦物加工的細(xì)磨以前主要采用球磨機(jī)來完成，但是隨著礦物資源的變化以及加工成本的上升，人們更加注重細(xì)粒嵌布共生礦物的高效解離上。傳統(tǒng)球磨機(jī)很難達(dá)到目標(biāo)要求，因此人們試圖尋找和發(fā)明更高效、更節(jié)能、更超細(xì)的粉磨設(shè)備。在此背景下，立式螺旋攪拌磨機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生了。20世紀(jì)40年代，國外開始研制攪拌磨機(jī)，1948年高速攪拌磨機(jī)(Du Pont砂磨機(jī))問世，1952年日本河端重勝博士發(fā)明了塔磨機(jī)。直到上世紀(jì)60年代，各種攪拌磨機(jī)才開始迅速出現(xiàn)［1－2］?，F(xiàn)如今，國內(nèi)外已經(jīng)有多種類型的立式螺旋攪拌磨機(jī)。

2 立磨機(jī)結(jié)構(gòu)及工藝流程分析

2.1 Metso VERTIMILL

美卓(Metso)公司的立磨機(jī)(VERTIMILL)研發(fā)于1980年，為一種大型立磨機(jī)，此磨機(jī)是一款機(jī)械結(jié)構(gòu)非常簡單的設(shè)備，磨礦腔室內(nèi)掛有一個攪拌螺桿，利用球面滾柱軸承予以支撐，并采用一臺定速電機(jī)和一套行星齒輪減速器進(jìn)行驅(qū)動。如圖1所示為一臺標(biāo)準(zhǔn)配置的大型立磨機(jī)及其主要組件。

圖1 VERTIMILL標(biāo)準(zhǔn)配置及主要組件

如圖1所示，美卓公司的大型立磨機(jī)主要有垂直筒體、螺旋體、分級設(shè)備及驅(qū)動裝置等部分組成。此款立磨機(jī)使用垂直安裝于磨腔內(nèi)的螺旋式攪拌器對介質(zhì)和礦漿進(jìn)行攪拌，攪拌器邊緣線速度約為3m/s～5m/s，研磨介質(zhì)一般為高密度鋼質(zhì)或陶瓷球。使用此款磨機(jī)處理粗顆粒礦石時，介質(zhì)的最大直徑可達(dá)30mm，正常情況下介質(zhì)直徑在12mm左右。礦漿從立磨機(jī)的上部給礦口給入后，經(jīng)筒體內(nèi)介質(zhì)研磨后，立磨機(jī)產(chǎn)品從立磨機(jī)的頂部溢出，溢出產(chǎn)品流入分級罐，經(jīng)過分級罐的簡單分級后，再經(jīng)水力旋流器進(jìn)行分級，旋流器溢流即為合格產(chǎn)品，分級罐底部及旋流器沉砂返回磨機(jī)再磨［3］。同時，為了方便維修以及節(jié)省停機(jī)時間，此款大型立磨機(jī)的筒體被設(shè)計(jì)成側(cè)開門式。

2.2 Eirich Tower Mill

愛立許(Eirich)公司塔磨機(jī)/立磨機(jī)(Tower Mill)的研發(fā)始于19世紀(jì)50年代，此款磨機(jī)也是一種大型立磨機(jī)。此型磨機(jī)與美卓公司的產(chǎn)品比較類似，是由干法磨礦設(shè)備發(fā)展演變而來的，主要結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 Tower Mill主要結(jié)構(gòu)

由圖2分析可知，愛立許公司設(shè)計(jì)的塔磨機(jī)主要由驅(qū)動裝置、筒體、螺旋體以及粗分離器等部分組成。其主要應(yīng)用于濕式細(xì)磨/超細(xì)磨領(lǐng)域，據(jù)稱相對于普通球磨機(jī)，其在磨礦過程中可以降低30%～40%的能耗且節(jié)約70%左右的空間。且其攪拌器的邊緣線速度也在3m/s～5m/s左右，其研磨介質(zhì)主要為高密度鋼質(zhì)球。其磨礦工藝會根據(jù)給料粒度的不同而不同，當(dāng)其給料粒度小于100μm時，磨機(jī)配置中不需要粗分離器這個部件，且其給礦先經(jīng)過旋流器分級后再由磨機(jī)底部進(jìn)入磨機(jī);但是當(dāng)其給料粒度大于100μm時，不但需要粗分離器，而且給料要從磨機(jī)頂部進(jìn)入。其具體的工藝流程如圖3所示。

圖3 塔磨機(jī)基本工藝流程

2.3 JM系列大型立磨機(jī)

JM系列大型立磨機(jī)是20世紀(jì)80年代末期由長沙礦冶研究院研發(fā)的一款大型立式螺旋攪拌磨機(jī)。此款磨機(jī)在國內(nèi)是比較據(jù)有代表性的一款，該磨機(jī)的主要外形結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 JM系列立式螺旋攪拌磨機(jī)結(jié)構(gòu)［4］

如圖4所示，此磨機(jī)主要由傳動裝置、螺旋攪拌器、立式筒體和支座等部分組成，磨機(jī)筒體內(nèi)徑高比為1∶5～1∶6。傳動裝置采用三角皮帶和齒輪減速器進(jìn)行減速;筒體內(nèi)部襯有不銹鋼、工程陶瓷、聚氨酯或合金耐磨鋼等材料;螺旋攪拌器一般采用不銹鋼或合金耐磨鋼等材料制作［5］。正常工作時，工業(yè)礦物調(diào)漿后用泵將其打入磨機(jī)內(nèi)部，對于較粗顆粒的礦物可以從上部給入，對于較細(xì)顆粒的物料一般從磨機(jī)下部給入，此種工藝流程與愛立許的大型塔磨機(jī)工藝流程十分相似。

磨機(jī)筒體內(nèi)部一般充滿諸如鋼球、礫石等類型的磨礦介質(zhì)，螺旋攪拌器在電動機(jī)經(jīng)減速機(jī)減速后的驅(qū)動下慢速旋轉(zhuǎn)，磨礦介質(zhì)和物料在筒體內(nèi)部做整體的自轉(zhuǎn)運(yùn)動以及多維的循環(huán)運(yùn)動，物料在磨礦介質(zhì)重力和螺旋攪拌器產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)擠壓作用力的作用下，被摩擦力、少量的沖擊擠壓力以及剪切力所有效地粉磨［6］。

2.4 KLM系列大型立磨機(jī)

KLM系列大型立磨機(jī)是由北京礦冶研究總院研發(fā)的立式螺旋攪拌磨機(jī)，該磨機(jī)的三維模型如圖5所示。

圖5 KLM系列大型立磨機(jī)

如圖中所示，KLM系列大型立磨機(jī)主要由電機(jī)裝置、減速機(jī)、螺旋體以及筒體部件等部分組成，此磨機(jī)可廣泛應(yīng)用于工業(yè)礦物的再磨、細(xì)磨和超細(xì)磨領(lǐng)域。

3 應(yīng)用現(xiàn)狀分析

大型立磨機(jī)因其具有節(jié)能、處理量大、可以連續(xù)粉碎物料、振動小、噪音低、發(fā)熱低、結(jié)構(gòu)簡單等顯著的優(yōu)點(diǎn)，故其已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于有色金屬、黑色金屬以及非金屬工業(yè)礦物的二段磨礦、再磨、細(xì)磨以及超細(xì)磨等領(lǐng)域，并且取得了十分顯著的成果。

3.1 VERTIMILL 應(yīng)用現(xiàn)狀

美卓大型立磨機(jī)是目前國內(nèi)外應(yīng)用十分廣泛的一種立磨機(jī)，該款磨機(jī)的給礦粒度可以達(dá)到6mm左右，其產(chǎn)品粒度可以達(dá)到20μm以下。該款磨機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是磨礦效率高，一般較同種規(guī)格的球磨機(jī)能耗能降低30% ～35%左右，其能耗對比如圖6所示。同時其磨礦介質(zhì)消耗較低，維護(hù)保養(yǎng)要求較低，作業(yè)率可達(dá)到98%，噪聲低于85db;其運(yùn)行安靜，實(shí)用性高，操作安全。

圖6 立磨機(jī)與球磨機(jī)能耗對比(Metso)

美卓立磨機(jī)的一些應(yīng)用情況如表1所示。

表1 Metso立磨機(jī)部分應(yīng)用［7］

美卓大型立磨機(jī)的應(yīng)用主要集中在金屬礦物的再磨領(lǐng)域，主要是與小直徑的旋流器組成閉路，以盡可能的達(dá)到較細(xì)的給料粒度，從而生產(chǎn)出更細(xì)的產(chǎn)品。如澳大利亞某鉛鋅選廠使用立磨機(jī)與150mm旋流器組成閉路系統(tǒng)，該系統(tǒng)的給礦粒度F80=17.4μm，旋流器溢流的產(chǎn)品粒度為 P80=12.7μm;對于立磨機(jī)自身而言，其給礦粒度F80=24.1μm，溢流產(chǎn)品粒度為 P80=18.3μm，立磨機(jī)的能耗為31.3kW·h/t。其具體應(yīng)用情況如圖 7 所示［8］。美卓大型立磨機(jī)在非金屬礦物的應(yīng)用中主要集中在石灰石的熟化等方面，目前已應(yīng)用的較大規(guī)格的為VTM－800－LS，其裝機(jī)功率為447.4KW。其入料為含有5% ～20%礫石的石灰石，粒度為25mm～0mm，產(chǎn)品粒度為－325目占80% ～95%，產(chǎn)品中固體百分比為18% ～22%，磨機(jī)體內(nèi)溫度為74℃ ～85℃。其熟化流程及實(shí)際應(yīng)用如圖8所示。

圖7 VERTIMILL應(yīng)用

圖8 石灰熟化流程及應(yīng)用

現(xiàn)今，已處于應(yīng)用階段的美卓立磨機(jī)的最大規(guī)格VTM－3000－WB，其裝機(jī)功率為2240KW，最大處理能力可達(dá)2000t/h，應(yīng)用于澳大利亞紐克雷斯特礦業(yè)公司(Newcrest Mining Ltd)卡地亞瓦利運(yùn)營公司(Cadia Valley Operations)金－銅礦的三段再磨作業(yè)。

到目前為止，美卓立磨機(jī)在國內(nèi)外已經(jīng)安裝300多臺，總安裝功率超過160MW。該款設(shè)備安裝功率的規(guī)格從11kW到2240kW，目前正在研制的設(shè)備型號為VTM－4500－C，裝機(jī)功率為3310kW，其將應(yīng)用于哈薩克斯坦的Altay Polimetally公司新建的金銅礦石的選礦中，其預(yù)計(jì)給料粒度F30小于3mm，產(chǎn)品粒度P30小于75μm，計(jì)劃于2014年第二季度完成交貨。在國內(nèi)，美卓立磨機(jī)應(yīng)用也較為廣泛，最大規(guī)格的為鞍山集團(tuán)訂購的VTM－1500，其平均處理能力為635t/h，將應(yīng)用于鞍山新建的礦石項(xiàng)目，預(yù)計(jì)于2014年3月完成交貨、2014年7月開始運(yùn)行生產(chǎn)。

3.2 Tower Mill應(yīng)用現(xiàn)狀

愛立許大型立磨機(jī)也是國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的一種磨機(jī)，該款磨機(jī)的給礦粒度可以達(dá)到10mm以下，其產(chǎn)品粒度可以達(dá)到亞微米級。與同規(guī)格球磨機(jī)相比，該款磨機(jī)能耗可降低30% ～40%左右，其具體能耗情況節(jié)約情況如圖9所示。同時，該套設(shè)備具有噪聲低、結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、占地面積小、節(jié)約空間以及便于維護(hù)升級等特點(diǎn)。

圖9 塔磨機(jī)與球磨機(jī)能耗對比(Eirich)

此款磨機(jī)在工業(yè)和礦山行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在反應(yīng)性研磨，煙氣脫硫石灰石研磨以及廢物回收再利用研磨等方面。其在國內(nèi)外的部分應(yīng)用如表2所示。

表2 Eirich大型立磨機(jī)部分應(yīng)用情況

愛立許大型塔磨機(jī)在金屬領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在礦石及礦石殘?jiān)脑倌ブ?，如鉛/鋅礦石、鐵礦石、銅礦石、鋅殘?jiān)?、鎳殘?jiān)鹊臄嚢栊匝心サ取?009年，愛立許公司為卡拉拉礦業(yè)提供的5套ETM－1500大型塔磨機(jī)，用來將給礦粒度F80=100μm的礦物細(xì)磨至產(chǎn)品粒度P80=35μm，大型塔磨機(jī)及其它精選設(shè)備于2012年1月安裝完畢，且于2012年6月投入生產(chǎn)［9］。此款磨機(jī)在澳大利亞某金屬選礦廠的應(yīng)用如圖10所示。

圖10 ETM－1500在澳大利亞的應(yīng)用

愛立許塔磨機(jī)在非金屬礦中的應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在生石灰熟化、熟石灰渣研磨以及石灰石脫硫等方面。其應(yīng)用的規(guī)格一般較小，基本上為ETM－700以下規(guī)格系列，處理能力大概在35t/h，而其ETM－1500規(guī)格的塔磨機(jī)在非金屬礦的應(yīng)用據(jù)稱處理能力可達(dá)到65t/h。

到目前為止，愛立許塔磨機(jī)在全球已經(jīng)被定制300余臺套，其規(guī)格從15kW至1120kW。在國內(nèi)，愛立許塔磨機(jī)應(yīng)用的最大規(guī)格為ETM－1500，裝機(jī)功率為1120kW，應(yīng)用于四川省某鐵礦中，其應(yīng)用情況如圖11所示。

圖11 ETM－1500在國內(nèi)應(yīng)用

3.3 JM系列立磨機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

JM系列大型立磨機(jī)是長沙礦冶研究院研制的新型細(xì)磨或超細(xì)磨設(shè)備，獲得了國家專利，此磨機(jī)與日本的塔磨機(jī)十分類似，如圖12所示。該款立磨機(jī)的給礦粒度可以達(dá)到5mm以下，其產(chǎn)品粒度可以達(dá)到－200目占90%左右。與同規(guī)格球磨機(jī)相比，據(jù)稱該款磨機(jī)能耗能降低50%左右，且具有效率高、噪音低、設(shè)備基礎(chǔ)安裝簡單等優(yōu)點(diǎn)。

圖12 JM系列大型立磨機(jī)

JM系列大型立磨機(jī)在金屬礦中的應(yīng)用主要集中在銅礦再磨、鉬礦再磨擦洗、鋁土礦再磨、鉛鋅礦再磨等諸多領(lǐng)域。其中，在洛鉬集團(tuán)，大型立磨機(jī)代替溢流型球磨機(jī)進(jìn)行細(xì)磨作業(yè)。同時，大型立磨機(jī)與水力旋流器組成閉路，水力旋流器溢流產(chǎn)品粒度可達(dá) －200目占95%，且鉬精礦品位從46.12%提高至49.88%，回收率從79.79%提高至84.19%［10］。

3.4 KLM系列立磨機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

KLM系列立磨機(jī)具有節(jié)能、高效等顯著優(yōu)點(diǎn)，其在給礦粒度－200目占45% ～65%的情況下，產(chǎn)品粒度可以達(dá)到－400目占85%以上。該系列立磨機(jī)最大型號的安裝功率為630kW，處理能力最大可達(dá)50t/h。

KLM系列立磨機(jī)型號從KLM－3至KLM－1250，裝機(jī)功率從3kW到1250kW，處理能力從3t/d到2200t/d不等，能廣泛地適用于工業(yè)礦物的再磨、細(xì)磨及超細(xì)磨領(lǐng)域。

4 結(jié)語

(1)大型立磨機(jī)因其具有高效、節(jié)能、結(jié)構(gòu)簡單、投資少、基建費(fèi)用低等諸多優(yōu)點(diǎn)，其無論在有色金屬單體解離還是在非金屬礦的超細(xì)磨上都得到了十分廣泛的應(yīng)用。

(2)大型立磨機(jī)設(shè)備超大型化技術(shù)也越來越受到重視和關(guān)注，故其進(jìn)一步發(fā)展需要設(shè)備研發(fā)人員和工藝人員高度地配合，以期大型立磨機(jī)在礦物資源的綜合利用和礦物加工的節(jié)能降耗中發(fā)揮更大的作用。

［1］ 吳任歐.立式攪拌磨機(jī)的研究與應(yīng)用進(jìn)展［J］.有色金屬(選礦部分)，2011(1):79－81.

［2］ 盧世杰，韓登峰，周宏喜，等.立式螺旋磨礦技術(shù)在選礦中的發(fā)展與應(yīng)用［J］.有色金屬:選礦部分，2011(B10):90 －95.

［3］ Anonymous.Vertical Mills Gain Size While Drives Get Simpler［J］.Engineering and Mining Journal，2010(5):56.

［4］ 長沙礦冶研究院.大型立式塔磨機(jī):中國.CN201871399U［P］.2011.5.

［5］ 萬小金，周強(qiáng).立式攪拌超細(xì)磨礦機(jī)的研究與應(yīng)用［J］.云南冶金，2012(4):12 －21，26.

［6］ 張國旺，黃圣生，李自強(qiáng)，等.立式螺旋攪拌磨機(jī)的研制及其在黃金礦山中的應(yīng)用［J］.黃金，2003，24(2):32 －35.

［7］ Jankovic A，Valery W，La Rosa D.Fine Grinding in the Australian Mining Industry［J］.2008.1 －11.

［8］ 崔瑞，李茂林，王光輝.國內(nèi)外礦用攪拌磨的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀［J］.礦山機(jī)械，2012，40(12):4 －10.

［9］ 張國旺，趙湘，肖驍，等.微細(xì)粒礦用攪拌磨機(jī)的研究和發(fā)展［J］.礦冶工程，2012，32(z1).37 －41.

［10］ 張國旺，李自強(qiáng)，趙湘，等.大型立式螺旋攪拌磨機(jī)在有色金屬選礦中的應(yīng)用［J］.中國礦業(yè)，2012(21zk):136 －139，160.