劉之能

(北京礦冶研究總院)

典型石墨再磨設備的應用進展

劉之能

(北京礦冶研究總院)

著重敘述了球磨機和攪拌磨機等應用較為廣泛的石墨再磨設備，對攪拌磨機的基本結構和種類做了較詳細的介紹，并對石墨再磨設備的選型方法和原則進行了分析。

石墨 再磨 球磨機 攪拌磨 選型

石墨是非金屬礦中的一種重要的國際戰(zhàn)略資源，按照其性質和地質成因，共分為鱗片石墨和土狀石墨2大類。

因石墨具有優(yōu)良的導電性、潤滑性、穩(wěn)定性、可塑性且無毒、可涂敷性、易加工成型等特點，而被廣泛用作耐火材料、導電材料、耐磨潤滑材料、抗腐蝕材料、導熱材料、高溫冶金材料等，這些材料在科工領域有著廣泛的應用，在電力電子、航空航天、軍事領域更是十分重要的戰(zhàn)略性物資?；谑趪窠洕陌l(fā)展和現(xiàn)代化建設中的重要地位，因而享有“黑金子”的美稱，有專家預言——20 世紀是硅的世紀，21 世紀將是碳的世紀。

目前，我國已有石墨生產企業(yè) 300 余家，其中年產萬t以上石墨的大型礦山有 40 余家，已經形成了雞西、蘿北、萊西與平度、盤石、魯塘和內蒙古等幾大生產加工基地，這幾大生產加工基地的產量占全國石墨總產量的80%以上，代表著我國石墨行業(yè)的整體水平[1]。

石墨具有較好的天然可浮性，尤其是鱗片石墨，因而，石墨的選別通常采用浮選工藝。對鱗片石墨而言，在磨礦過程中加強對石墨鱗片的保護、在浮選過程中提高石墨回收率是國內石墨加工中亟需解決的課題[2]。

目前，石墨選礦通常采用多段磨多段選工藝，以盡早選出實際應用的大鱗片石墨。占我國30%石墨資源的雞西地區(qū)的石墨廠，采用7次左右的磨礦、10次左右的精選的階段磨選工藝情況十分普遍[3-4]，因此，石墨的磨礦是石墨回收的關鍵環(huán)節(jié)。

1 石墨再磨設備的應用進展

石墨的磨礦設備大致可分為球磨機和攪拌磨機2大類。

1.1 球磨機

球磨機是選礦廠應用廣泛、歷史悠久、操作簡單、且生產成本較低的磨礦設備。格子型球磨機、溢流型球磨機均被廣泛采用[5]。圖1為某石墨選礦廠的再磨溢流型球磨機。

圖1 應用于石墨再磨流程的球磨機

球磨機在石墨再磨流程中，主要用于一段磨礦或二段再磨，其裝機功率一般在80～120 kW，介質充填率為30%～40%，單臺處理能力在10～40 t/h不等。

1.2 攪拌磨機

20世紀30年代，攪拌磨機開始應用于工業(yè)生產，至今已有80多a，已經發(fā)展成為了一類加工制造方便、操作簡單、種類齊全的磨礦設備。

攪拌磨機與球磨機最大的區(qū)別在于前者內部有攪拌裝置。磨機工作時筒體固定不動，攪拌裝置以一定的速度旋轉。攪拌磨機通過攪拌裝置的旋轉帶動研磨介質進行自轉和公轉，進而產生剪切、沖擊、摩擦作用，以達到對物料進行細磨的目的。攪拌裝置的末端線速度一般為3～20 m/s。

攪拌磨機的常見攪拌裝置形式有螺旋式、圓盤式、棒式和葉輪式等[6]，石墨再磨流程中應用較多或前景較為廣闊的有葉輪式和棒式2種，其中葉輪式可分為雙層葉輪式和多層葉輪式，其在國內很多地區(qū)的石墨再磨流程中得到應用。

1.2.1 雙層葉輪式攪拌磨

雙層葉輪式攪拌磨機由北京礦冶研究總院自20世紀90年代末自主研發(fā)。該設備充分吸收了國內外已有設備的優(yōu)點，摒棄了相關設備的不足，產生了多項國內攪拌磨機的創(chuàng)新性技術。應用在石墨再磨流程中的主要有GJM10(GJ5×2)雙槽攪拌磨機和GJM5(GJ5/75)單槽攪拌磨機，上述2種設備的基本結構見圖2。

圖2 GJM型攪拌磨機基本結構

GJM型攪拌磨機主要由電動機、減速機、雙層葉輪攪拌器、槽體、排料篩、橡膠襯和電控柜等部分組成[7]。

GJM型攪拌磨機應用于2段以后的再磨流程中，此設備在雞西地區(qū)的石墨再磨流程中應用十分廣泛，圖3為GJM5(GJ5/75)單槽攪拌磨機在雞西某石墨選礦廠3段再磨中的應用。

圖3 應用于石墨再磨流程的GJM型攪拌磨機

雞西地區(qū)應用的GJM型攪拌磨機的裝機功率一般為45～75 kW，單槽容積為5 m3左右，單臺設備處理量為1.5～3.0 t/h，磨礦濃度為18%～20%，研磨介質為φ6～8 mm陶瓷球、玻璃球等，研磨介質充填率在40%左右。

1.2.2 多層葉輪式攪拌磨

多層葉輪式攪拌磨機的攪拌裝置結構型式與雙層葉輪式相似，只是攪拌裝置上有4～6層葉輪；磨機槽體為圓筒狀，其在雞西地區(qū)某石墨再磨流程中的應用見圖4。

圖4 應用于石墨再磨流程的多層葉輪式攪拌磨機

多層葉輪式攪拌磨機的裝機功率一般為15～35 kW，容積約為0.5 m3，4層葉輪結構，研磨介質為φ12 mm左右的陶瓷球或玻璃球，單臺設備的處理能力一般在0.8～1.5 t/h。

1.3 棒式攪拌磨機

棒式攪拌磨機于20世紀60年代由Svedala研發(fā)成功，并于1969年應用于高嶺土磨礦工藝中，21世紀才開始應用于石墨再磨流程中。

棒式攪拌磨機是一款流化立式攪拌磨機，其利用攪拌棒的旋轉動能，使磨礦腔室中的介質和料漿混合物產生高能運動，進而產生顆粒間的剪切、摩擦和擠壓力，形成細磨、再磨以及擦洗的理想磨礦環(huán)境[8]。

棒式攪拌磨機在國外的石墨再磨流程中應用較多，圖5為國外某石墨礦棒式攪拌磨機的應用情況。

圖5 應用于國外石墨再磨流程的棒式攪拌磨機

棒式攪拌磨機的裝機功率一般為18.5～1 100 kW，但在石墨再磨流程中的應用規(guī)格均較小，一般在18.5～185 kW，研磨介質為陶瓷球，單臺設備處理能力一般為1.5～15 t/h。

2 石墨用再磨設備選型原則

綜合現(xiàn)有石墨再磨流程中所用的細磨設備，考慮石墨鱗片結構的特殊性，在石墨再磨設備選型中應著重注意以下幾點：

(1)在滿足石墨單體解離的情況下，應盡可能保護產品中大鱗片石墨，盡量減少礦物顆粒的過磨現(xiàn)象。

(2)由于再磨段數(shù)較多，再磨設備應具有功耗低、效率高等突出優(yōu)點。

(3)再磨設備所使用研磨介質應常見且成本低，同時設備的安裝維護成本也應盡量低。

根據(jù)上述要求，分析石墨再磨流程中的現(xiàn)有設備，總結歸納出的石墨再磨設備選型的基本原則：

(1)一、二段磨礦由于處理量較大，可選用球磨機為磨礦設備，但必須注意到球磨機以沖擊破碎方式來達到細磨作用，對大鱗片石墨有破壞性，且球磨機的磨礦效率較低。因此，在經濟成本允許的情況下，可考慮采用大規(guī)格棒式攪拌磨機來代替球磨機進行一、二段細磨。

(2)對二段以后的再磨，由于處理量適中，可選擇葉輪式和棒式攪拌磨機作為再磨設備。該類設備具有功耗低、效率高、磨礦介質消耗低、適用性強等優(yōu)點，其生產能力更強、操作更安全，且易于實現(xiàn)常規(guī)和優(yōu)化控制；最重要的是，該類設備能有效地保護大鱗片石墨，尤其是棒式攪拌磨機，對大鱗片石墨的保護更加有效，其對提高大鱗片石墨的產率和提升經濟效益方面具有重要作用。

3 結 論

(1)在石墨的多段磨選中，球磨機和攪拌磨機都得到了廣泛的應用，同時也取得了較好的應用效果，這些設備的配合使用，可以選別出品位高達95%以上的高純度石墨。

(2)從保護大鱗片石墨及降低磨礦能耗、節(jié)約成本等方面考慮，攪拌磨機(葉輪式和棒式)相對于球磨機具有顯著的優(yōu)勢，尤其是棒式攪拌磨機。

[1] 李傳華.雞西市石墨產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學,2008.

[2] 郭 敏,馬化龍,胡四春，等.某鱗片狀石墨剝片磨礦浮選試驗[J].現(xiàn)代礦業(yè),2013(6):88-90.

[3] 段惠彬.對我國石墨資源開發(fā)與利用的探討[J].中國礦業(yè)，2001(6):22.

[4] 肖偉麗.某石墨礦提高精礦大片產率及品位的浮選工藝研究[J].硅谷,2012(8):110-111.

[5] 段希祥.碎礦與磨礦[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2006.

[6] 袁樹禮,盧世杰,何建成,等.幾種典型攪拌磨機在金屬礦山的應用進展[J].礦山機械,2014(7)：1-4.

[7] 孫小旭,盧世杰,楊俊平,等.GJM攪拌磨機在非金屬礦細磨中的應用[J].礦山機械,2014(11)：80-82.

[8] Davey，Graham.Fine copper grinding using Metso's stirred Media Detritor [J].Mining Engineering，2004(4):33-35.

Equipments Application Status in Typical Graphite Ore Regrinding Operation

Liu Zhineng

(Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy)

Equipments, such as ball mill and stirred mill, used in graphite regrinding was emphasis analyzed. Basic structure and types of stirred mill was introduced in detail. Equipment's type selection methods and principles on graphite regrinding were analyzed.

Graphite, Regrinding, Ball mill, Stirred mill, Type selection

2015-05-18)

劉之能(1982—)，男，工程師，100160 北京市南四環(huán)西路188號。