大型立式螺旋攪拌磨機應用現狀*

盧世杰，孫小旭

(北京礦冶研究總院，北京 100160)

1 引言

眾所周知，工業礦物加工的細磨以前主要采用球磨機來完成，但是隨著礦物資源的變化以及加工成本的上升，人們更加注重細粒嵌布共生礦物的高效解離上。傳統球磨機很難達到目標要求，因此人們試圖尋找和發明更高效、更節能、更超細的粉磨設備。在此背景下，立式螺旋攪拌磨機就應運而生了。20世紀40年代，國外開始研制攪拌磨機，1948年高速攪拌磨機(Du Pont砂磨機)問世，1952年日本河端重勝博士發明了塔磨機。直到上世紀60年代，各種攪拌磨機才開始迅速出現［1－2］。現如今，國內外已經有多種類型的立式螺旋攪拌磨機。

2 立磨機結構及工藝流程分析

2.1 Metso VERTIMILL

美卓(Metso)公司的立磨機(VERTIMILL)研發于1980年，為一種大型立磨機，此磨機是一款機械結構非常簡單的設備，磨礦腔室內掛有一個攪拌螺桿，利用球面滾柱軸承予以支撐，并采用一臺定速電機和一套行星齒輪減速器進行驅動。如圖1所示為一臺標準配置的大型立磨機及其主要組件。

圖1 VERTIMILL標準配置及主要組件

如圖1所示，美卓公司的大型立磨機主要有垂直筒體、螺旋體、分級設備及驅動裝置等部分組成。此款立磨機使用垂直安裝于磨腔內的螺旋式攪拌器對介質和礦漿進行攪拌，攪拌器邊緣線速度約為3m/s～5m/s，研磨介質一般為高密度鋼質或陶瓷球。使用此款磨機處理粗顆粒礦石時，介質的最大直徑可達30mm，正常情況下介質直徑在12mm左右。礦漿從立磨機的上部給礦口給入后，經筒體內介質研磨后，立磨機產品從立磨機的頂部溢出，溢出產品流入分級罐，經過分級罐的簡單分級后，再經水力旋流器進行分級，旋流器溢流即為合格產品，分級罐底部及旋流器沉砂返回磨機再磨［3］。同時，為了方便維修以及節省停機時間，此款大型立磨機的筒體被設計成側開門式。

2.2 Eirich Tower Mill

愛立許(Eirich)公司塔磨機/立磨機(Tower Mill)的研發始于19世紀50年代，此款磨機也是一種大型立磨機。此型磨機與美卓公司的產品比較類似，是由干法磨礦設備發展演變而來的，主要結構如圖2所示。

圖2 Tower Mill主要結構

由圖2分析可知，愛立許公司設計的塔磨機主要由驅動裝置、筒體、螺旋體以及粗分離器等部分組成。其主要應用于濕式細磨/超細磨領域，據稱相對于普通球磨機，其在磨礦過程中可以降低30%～40%的能耗且節約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，其研磨介質主要為高密度鋼質球。其磨礦工藝會根據給料粒度的不同而不同，當其給料粒度小于100μm時，磨機配置中不需要粗分離器這個部件，且其給礦先經過旋流器分級后再由磨機底部進入磨機;但是當其給料粒度大于100μm時，不但需要粗分離器，而且給料要從磨機頂部進入。其具體的工藝流程如圖3所示。

圖3 塔磨機基本工藝流程

2.3 JM系列大型立磨機

JM系列大型立磨機是20世紀80年代末期由長沙礦冶研究院研發的一款大型立式螺旋攪拌磨機。此款磨機在國內是比較據有代表性的一款，該磨機的主要外形結構如圖4所示。

圖4 JM系列立式螺旋攪拌磨機結構［4］

如圖4所示，此磨機主要由傳動裝置、螺旋攪拌器、立式筒體和支座等部分組成，磨機筒體內徑高比為1∶5～1∶6。傳動裝置采用三角皮帶和齒輪減速器進行減速;筒體內部襯有不銹鋼、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，工業礦物調漿后用泵將其打入磨機內部，對于較粗顆粒的礦物可以從上部給入，對于較細顆粒的物料一般從磨機下部給入，此種工藝流程與愛立許的大型塔磨機工藝流程十分相似。

磨機筒體內部一般充滿諸如鋼球、礫石等類型的磨礦介質，螺旋攪拌器在電動機經減速機減速后的驅動下慢速旋轉，磨礦介質和物料在筒體內部做整體的自轉運動以及多維的循環運動，物料在磨礦介質重力和螺旋攪拌器產生的回轉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

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

圖5 KLM系列大型立磨機

如圖中所示，KLM系列大型立磨機主要由電機裝置、減速機、螺旋體以及筒體部件等部分組成，此磨機可廣泛應用于工業礦物的再磨、細磨和超細磨領域。

3 應用現狀分析

大型立磨機因其具有節能、處理量大、可以連續粉碎物料、振動小、噪音低、發熱低、結構簡單等顯著的優點，故其已經廣泛地應用于有色金屬、黑色金屬以及非金屬工業礦物的二段磨礦、再磨、細磨以及超細磨等領域，并且取得了十分顯著的成果。

3.1 VERTIMILL 應用現狀

美卓大型立磨機是目前國內外應用十分廣泛的一種立磨機，該款磨機的給礦粒度可以達到6mm左右，其產品粒度可以達到20μm以下。該款磨機的優點是磨礦效率高，一般較同種規格的球磨機能耗能降低30% ～35%左右，其能耗對比如圖6所示。同時其磨礦介質消耗較低，維護保養要求較低，作業率可達到98%，噪聲低于85db;其運行安靜，實用性高，操作安全。

圖6 立磨機與球磨機能耗對比(Metso)

美卓立磨機的一些應用情況如表1所示。

表1 Metso立磨機部分應用［7］

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

圖7 VERTIMILL應用

圖8 石灰熟化流程及應用

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

到目前為止，美卓立磨機在國內外已經安裝300多臺，總安裝功率超過160MW。該款設備安裝功率的規格從11kW到2240kW，目前正在研制的設備型號為VTM－4500－C，裝機功率為3310kW，其將應用于哈薩克斯坦的Altay Polimetally公司新建的金銅礦石的選礦中，其預計給料粒度F30小于3mm，產品粒度P30小于75μm，計劃于2014年第二季度完成交貨。在國內，美卓立磨機應用也較為廣泛，最大規格的為鞍山集團訂購的VTM－1500，其平均處理能力為635t/h，將應用于鞍山新建的礦石項目，預計于2014年3月完成交貨、2014年7月開始運行生產。

3.2 Tower Mill應用現狀

愛立許大型立磨機也是國內外應用較為廣泛的一種磨機，該款磨機的給礦粒度可以達到10mm以下，其產品粒度可以達到亞微米級。與同規格球磨機相比，該款磨機能耗可降低30% ～40%左右，其具體能耗情況節約情況如圖9所示。同時，該套設備具有噪聲低、結構簡單、堅固耐用、占地面積小、節約空間以及便于維護升級等特點。

圖9 塔磨機與球磨機能耗對比(Eirich)

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

表2 Eirich大型立磨機部分應用情況

愛立許大型塔磨機在金屬領域的應用主要集中在礦石及礦石殘渣的再磨中，如鉛/鋅礦石、鐵礦石、銅礦石、鋅殘渣、鎳殘渣等的攪拌性研磨等。2009年，愛立許公司為卡拉拉礦業提供的5套ETM－1500大型塔磨機，用來將給礦粒度F80=100μm的礦物細磨至產品粒度P80=35μm，大型塔磨機及其它精選設備于2012年1月安裝完畢，且于2012年6月投入生產［9］。此款磨機在澳大利亞某金屬選礦廠的應用如圖10所示。

圖10 ETM－1500在澳大利亞的應用

愛立許塔磨機在非金屬礦中的應用領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。其應用的規格一般較小，基本上為ETM－700以下規格系列，處理能力大概在35t/h，而其ETM－1500規格的塔磨機在非金屬礦的應用據稱處理能力可達到65t/h。

到目前為止，愛立許塔磨機在全球已經被定制300余臺套，其規格從15kW至1120kW。在國內，愛立許塔磨機應用的最大規格為ETM－1500，裝機功率為1120kW，應用于四川省某鐵礦中，其應用情況如圖11所示。

圖11 ETM－1500在國內應用

3.3 JM系列立磨機應用現狀

JM系列大型立磨機是長沙礦冶研究院研制的新型細磨或超細磨設備，獲得了國家專利，此磨機與日本的塔磨機十分類似，如圖12所示。該款立磨機的給礦粒度可以達到5mm以下，其產品粒度可以達到－200目占90%左右。與同規格球磨機相比，據稱該款磨機能耗能降低50%左右，且具有效率高、噪音低、設備基礎安裝簡單等優點。

圖12 JM系列大型立磨機

JM系列大型立磨機在金屬礦中的應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域。其中，在洛鉬集團，大型立磨機代替溢流型球磨機進行細磨作業。同時，大型立磨機與水力旋流器組成閉路，水力旋流器溢流產品粒度可達 －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系列立磨機應用現狀

KLM系列立磨機具有節能、高效等顯著優點，其在給礦粒度－200目占45% ～65%的情況下，產品粒度可以達到－400目占85%以上。該系列立磨機最大型號的安裝功率為630kW，處理能力最大可達50t/h。

KLM系列立磨機型號從KLM－3至KLM－1250，裝機功率從3kW到1250kW，處理能力從3t/d到2200t/d不等，能廣泛地適用于工業礦物的再磨、細磨及超細磨領域。

4 結語

(1)大型立磨機因其具有高效、節能、結構簡單、投資少、基建費用低等諸多優點，其無論在有色金屬單體解離還是在非金屬礦的超細磨上都得到了十分廣泛的應用。

(2)大型立磨機設備超大型化技術也越來越受到重視和關注，故其進一步發展需要設備研發人員和工藝人員高度地配合，以期大型立磨機在礦物資源的綜合利用和礦物加工的節能降耗中發揮更大的作用。

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