孫小旭，盧世杰，周宏喜，何建成，姚建超

（1.北礦機電科技有限責任公司，北京 100160；2.北京礦冶科技集團有限公司，北京 100160）

1 引言

礦物加工領(lǐng)域細磨以前主要利用球磨機來完成，隨著細嵌布共生礦物的逐漸開采和選別，傳統(tǒng)球磨機很難達到節(jié)能高效細磨和再磨的目的［1］。在此背景下，立磨機（即立式螺旋攪拌磨機）逐漸被研制和開發(fā)，其最初用于非金屬礦物的粉磨，后逐漸引入到有色礦物的細磨中，并取得了較為廣泛的應(yīng)用。

為了提升國內(nèi)對立磨機工作原理和應(yīng)用范圍的認識，提升對細嵌布共生礦物的采選冶水平，切實提高礦山選廠的經(jīng)濟效益，打破國外相關(guān)設(shè)備廠家的壟斷地位，北京礦冶科技集團有限公司（原北京礦冶研究總院）機電公司于2008年開始研究立磨機的結(jié)構(gòu)和工作原理，并在實驗室開展了大量且細致的探索和選型實驗。2011年成功研制了當時國內(nèi)首臺裝機功率最大的630kW（KLM-630）立磨機，并取得成功應(yīng)用［2-3］。

2 立磨機結(jié)構(gòu)和原理

在充分考慮了國內(nèi)外類似產(chǎn)品現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對其他產(chǎn)品存在的重載啟動困難、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易損件壽命短等技術(shù)缺陷，通過優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)、提升控制水平，使用新型材料等手段，研制了性能優(yōu)異的KLM立磨機，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示［4］。

圖1 立磨機結(jié)構(gòu)簡圖

KLM型立式螺旋攪拌磨機工作原理為：螺旋攪拌機構(gòu)在立磨機筒體內(nèi)部旋轉(zhuǎn)時會帶動磨機內(nèi)部研磨介質(zhì)、礦漿等低速旋轉(zhuǎn)，在離心力、重力和研磨介質(zhì)表面摩擦力的共同作用下，使介質(zhì)與礦物間、礦物與礦物間發(fā)生研磨作用，通過物料間的強力擠壓、折斷、微剪切、劈裂等綜合作用，進而達到礦物細磨的效果。此外，由于螺旋式攪拌裝置結(jié)構(gòu)，其會帶動合格粒級向上運動，不合格粒級通過筒體與攪拌裝置間的間隙向下運動進行再磨，從而實現(xiàn)粗細顆粒的有效分級，提升產(chǎn)品的細度和合格度。立磨機可與外部旋流器構(gòu)成閉路，通過控制旋流器的沉砂量來調(diào)節(jié)磨機的處理量，大大增加了磨機的磨礦粒度范圍［5］。

3 立磨機試驗系統(tǒng)平臺

為了能更好的研究細磨基礎(chǔ)理論并指導(dǎo)選型和研發(fā)，專門搭建了立磨機試驗系統(tǒng)和平臺，用于重要結(jié)構(gòu)、運行參數(shù)的分析和設(shè)備選型，為立磨機的技術(shù)研究、工業(yè)選型和應(yīng)用提供科學(xué)的指導(dǎo)依據(jù)。

3.1 立磨機試驗裝置

立磨機試驗裝置主要由轉(zhuǎn)速檢測裝置、自動控制裝置及立磨機主體設(shè)備組成，可通過控制系統(tǒng)調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速，此外該系統(tǒng)還配置有粒度測量儀器。立磨機筒體規(guī)格為Φ250mm×800mm，筒體容積35L，電機功率 3kW［6］。

3.2 試驗系統(tǒng)參數(shù)測定

在開展立磨機選型實驗之前，首先需要對試驗系統(tǒng)平臺進行標定，詳細開展各參數(shù)的試驗研究，確定最佳的細磨試驗條件，主要參數(shù)包括研磨介質(zhì)直徑、介質(zhì)充填率以及磨機轉(zhuǎn)速等。據(jù)國內(nèi)外應(yīng)用經(jīng)驗，研磨介質(zhì)充填率選在30%左右［7］。

試驗過程中以石英砂作為試驗礦樣，細磨試驗前將其破碎至0.2mm以下，其粒度組成如表1所示。試驗用石英砂的礦石密度為2.65g/cm3，莫氏硬度為7，調(diào)漿后濃度控制在45%左右，試驗時間控制在0～35min以內(nèi)，在不同固定時刻進行采樣，并用粒度儀分析產(chǎn)品粒度（以-45μm含量作為評價指標）。

表1 石英砂粒度組成分析

細磨效果評價指標一般包括新生合格粒級含量、細磨效率等，細磨效率一般采用能耗來評價，可用處理單位礦石所消耗的電能表示。通過試驗得到介質(zhì)直徑、磨機轉(zhuǎn)速與新生粒級含量、細磨效果的關(guān)系如圖 2～4 所示［8］。

圖2 磨機轉(zhuǎn)速與新生粒級的單位能耗關(guān)系曲線

由圖2可知，-325目新生粒級單位能耗隨電機頻率的下降而增加，即高轉(zhuǎn)速下利于細磨，但當轉(zhuǎn)速達到35Hz時，磨機筒體內(nèi)礦漿波動十分明顯，不能形成穩(wěn)定的自分級區(qū)，易形成較為明顯的過磨或少磨現(xiàn)象，故選用30Hz作為試驗立磨機的運行轉(zhuǎn)速。

圖3 磨機轉(zhuǎn)速與新生粒級含量關(guān)系曲線

圖4 介質(zhì)直徑與新生粒級的單位能耗關(guān)系曲線

結(jié)合圖3和4可知：-325目新生粒級含量隨著磨機轉(zhuǎn)速的增加而增加，不同直徑磨礦介質(zhì)對新生粒級含量影響各不相同，對于-325目而言，7mm介質(zhì)直徑下新增產(chǎn)品粒級含量更多；同時在30Hz的轉(zhuǎn)速下，7mm介質(zhì)條件下的新生粒級單位能耗最小，故可選用7mm作為研磨介質(zhì)直徑。此外，在實際工業(yè)應(yīng)用中會根據(jù)不同產(chǎn)品粒度配置不同介質(zhì)配比進行細磨，以最大限度提高細磨效果。

綜上所述，在現(xiàn)有條件下，試驗用立磨機的較優(yōu)參數(shù)為：研磨介質(zhì)直徑為7mm，電機運行頻率為30Hz。

4 金礦細磨選型試驗

以甘肅某金礦選廠為例，其處理原礦量為1500t/d，折算到立磨機流程段的處理量為500t/d。要求立磨機的給礦粒度為-200目占90%，產(chǎn)品粒度為-400目占95%，同時立磨機與水力旋流器構(gòu)成閉路。

在立磨機系統(tǒng)平臺的最優(yōu)參數(shù)下，開展立磨機選型試驗。原礦粒度組成如表2所示，選型試驗后礦物典型細磨曲線如圖5所示。

表2 金礦粒度組成分析

圖5 磨礦粒度變化規(guī)律曲線圖

由圖5知，金礦細磨至-400目占85%所需細磨時間為10min，結(jié)合礦物細磨過程中能耗變化曲線，在立磨機實際處理量為500t/d的情況下，通過計算可知選用裝機功率為280kW、容積為10.0m3的KLM-280立磨機可滿足要求。

5 結(jié)論

通過對立磨機結(jié)構(gòu)原理分析，結(jié)合3kW立磨機的石英砂參數(shù)確定系統(tǒng)最優(yōu)參數(shù)，并在此條件下開展金礦選型實驗，得到如下結(jié)論：

（1）通過對KLM立磨機結(jié)構(gòu)和工作原理分析可知，KLM立磨機結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，細磨效率高，能耗低，是一種節(jié)能高效的礦物細磨和再磨裝備。

（2）通過3kW立磨機試驗知，在現(xiàn)有條件下，系統(tǒng)平臺較佳工況條件為：研磨介質(zhì)直徑7mm，介質(zhì)充填率30%左右，磨機轉(zhuǎn)速30Hz左右。

（3）通過對甘肅某金礦開展選型試驗知，利用產(chǎn)品細磨變化曲線和能耗關(guān)系，可以選定裝機功率280kW、容積10.0m3的KLM-280立磨機；實際應(yīng)用表明，設(shè)備可完全滿足礦山選廠的要求。