GJM攪拌球磨機制備超細粉體的應用研究

袁樹禮　盧世杰　周宏喜　孫小旭　劉佳鵬

(1.北京礦冶研究總院；2.北礦機電科技有限責任公司)

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GJM攪拌球磨機制備超細粉體的應用研究

袁樹禮1,2盧世杰1,2周宏喜1,2孫小旭1,2劉佳鵬1,2

(1.北京礦冶研究總院；2.北礦機電科技有限責任公司)

摘要介紹了GJM系列攪拌球磨機最新應用進展，分析了該設備的結構特點以及作用機理，結合云母、滑石攪拌磨礦工藝參數優化，介紹了攪拌磨放大選型的方法，可以為設備的高效應用和精確化選型提供參考。

關鍵詞GJM攪拌磨機非金屬超細粉體

隨著礦物加工行業對產品性能要求的提高，超細粉碎技術成為礦物加工領域物料粉碎技術的熱點和難點，實現物料超細粉碎的加工設備主要有氣流磨、雷蒙磨、振動磨、膠體磨、攪拌磨等，其中以攪拌磨的發展和應用尤為突出[1]。攪拌磨具有研磨效率高、處理能力大、能耗低、污染少等特點，是目前礦物細磨和超細磨的重要發展方向，已經在現代工業、高新技術產業和新材料產業等相關領域廣泛應用[2]。

通常情況下物料粉碎粒度達到10 μm以下即可稱為超細粉體，超細粉體的物理及化學性能會發生改變，應用價值也更高。首先，超細的意義在于顆粒粒度極小而且分布均勻。以滑石、高嶺土等非金屬礦物為例，在造紙、涂料、精細化工等應用領域中要求產品粒度d90≤2 μm，在特殊的高性能材料應用領域中要求d97≤2 μm，同時還要求產品d50≤0.6 μm，以保證產品粒度分布的均勻性；其次，超細粉體還要具有一定的純度，在深加工過程中要最大限度地降低由設備造成的污染危害，尤其是鐵污染對產品性能影響較大，對于滑石、高嶺土、重質碳酸鈣等白色礦物都有相應的白度要求，如滑石通常情況下要求白度在95%以上，高嶺土和重質碳酸鈣要求白度在90%以上，高級石墨產品的純度要求在97%以上；第三，要保持礦物的微觀形貌，以云母、石墨最為典型，該類型礦物為片狀結構，礦物磨細的過程也是厚徑比不斷減小的過程，超細研磨過程中要保持礦物的片形結構特點，才能最大限度地發揮超細粉體的物化性能。

1　GJM攪拌磨機的特點

為實現礦物超細粉體的制備，北京礦冶研究總院北礦機電科技有限公司自主研發了大型粉磨設備GJM系列高效攪拌磨機，在國內的非金屬礦物超細粉碎領域獲得廣泛應用，并取得了良好的應用效果，成為石墨、高嶺土、滑石、云母等礦物超細粉體制備的標準型設備。

1.1GJM攪拌磨機的結構及性能

GJM攪拌磨機主要由槽體、驅動裝置、攪拌器等部分組成，如圖1所示。兩個立方體形槽體在底部連通，兩槽中1個設有給料口，用作預磨；另一個設有排料口，用作精磨。槽體內裝有粒度小于5 mm的陶瓷介質，介質和礦漿體積占槽體容積的一半以上。每個槽內各設有1套驅動裝置和攪拌器。兩槽底部各設有1個卸料口和壓縮空氣入口。槽頂部設有排氣管和加球孔，槽體兩側各有1個人孔，輔助設備檢修。

圖1　GJM攪拌磨機結構1—給料口；2—預磨槽體；3—驅動裝置； 4—排礦口；5—攪拌器；6—精磨槽體

GJM攪拌磨機工作時，攪拌器高速旋轉，對介質和礦漿進行強烈攪拌，使礦物顆粒受到強烈粉磨。被磨礦漿首先從給料口進入預磨槽預磨，然后從底部進入精磨槽精磨，最后經隔離篩從排料口排出。雙槽結構形式使物料研磨時間更加充分，盡可能達到磨礦指標，多臺設備串聯使用可以將礦物磨至更細，產品粒度最低可達到d90<1 μm。槽體內部所有與物料接觸的部件都有高耐磨的襯層，對物料無任何污染，并且使用壽命更長，保證了設備運轉率，每年檢修次數不高于1次。GJM攪拌磨機在應用中一般采用開路磨礦工藝配置，無需配套輔助分級設備。物料從上部進料口自流給入或給礦泵給入后，經過磨機的預磨槽和精磨槽，再從出料口溢流排出。從磨機底部壓力給礦，然后從排料口溢流出料，能最大限度地延長磨礦作用時間，保證磨礦效果。

1.2GJM攪拌磨機系列參數

GJM攪拌磨機在非金屬礦的應用中積累了大量的工業數據，并形成了滿足不同生產需求的設備參數配置。目前該攪拌磨機的最大型號為GJM30，磨機容積達到30 m3，單槽容積15 m3，設備裝機功率264 kW，在高嶺土超細磨中，磨礦產品粒度達到d90=2 μm時的干礦處理能力為4.5～8.0 t/h；在滑石超細磨中，磨礦產品粒度達到d75=2 μm時的干礦處理能力為3～5 t/h。GJM磨機的技術參數如表1所示。

表1　GJM攪拌磨機技術參數

2　GJM攪拌磨機的應用

GJM攪拌磨機選型試驗是確保設備投產后高效運行的重要手段，采用實驗室裝機功率為2.2 kW、容積為5.4 L的磨機對礦漿濃度、磨礦介質粒度、分散劑添加量等工藝條件進行前期的探索研究，并獲得不同工況條件下的磨礦時間，可實現工藝參數優化和工業設備選型。

2.1云母選別

選用河南伊川某云母選礦廠粗選精礦作為試驗原料，開展云母超細磨工藝參數及磨礦選型試驗研究。試驗原料組成成分分析如表2所示，主要礦物為白云母和絹云母，云母是典型的難破碎物料，測定真密度為2.71 g/cm3，試樣的粒度分布如圖2所示。云母在破碎后有幾何還原特性，隨著物料破碎粒度的變小，黏性顯著增加，超細粉碎難度增加。

表2　試樣化學元素分析

圖2　試樣粒度分布

2.1.1介質直徑影響

在礦物粉碎過程中，磨礦介質直徑與物料粒度d90匹配才能發揮最優的磨礦效率。圖3所示為礦漿濃度為50%、分散劑用量為試驗礦樣質量的0.2%時，介質直徑對磨礦效率影響的結果。

圖3　介質直徑對磨礦效率的影響■—2 mm;●—3 mm;▲—4 mm;▼—5 mm

由圖3可知，在相同的磨礦時間內，φ4 mm介質的磨礦效率最高，最終產品d90達到5 μm，其次是φ5 mm介質；φ2 mm介質的磨礦效率最差，但從曲線的變化過程中可以發現，d90<20 μm時，φ2 mm介質的磨礦效率反而比φ4 mm介質的磨礦效率更高，因此φ2 mm介質更適于對超細顆粒的研磨，而在整體磨礦過程中其磨礦效率較φ4 mm介質的磨礦效率要差。

2.1.2礦漿濃度影響

在磨礦介質直徑為φ4 mm介質、分散劑用量為試驗礦樣質量的0.2%條件下，考察礦漿濃度對磨礦效率的影響，結果見圖4。

圖4表明，礦漿濃度對磨礦效率的影響不大，礦漿濃度為50%時的磨礦效率相對最優。試驗過程中觀察發現，礦漿濃度為50%時，云母礦漿具有較好的流動性，而且隨著礦漿濃度的提高其流動性逐漸變差，礦漿濃度高于60%時，礦漿流動性很差，因此，確定礦漿濃度為50%。

圖4　礦漿濃度對磨礦效率的影響■—45%;●—50%;▲—55%;▼—60%

2.1.3分散劑用量影響

選取工業級六偏磷酸鈉作為分散劑，在磨礦介質直徑為4 mm，礦漿濃度為50%，分散劑添加量分別為試驗礦樣的0.1%、0.2%、0.3%條件下，考察分散劑用量對磨礦效率的影響，結果見圖5。

圖5　分散劑用量對磨礦效率的影響■—0.3%;●—0.2%；▲—0.1%

由圖5可知，在分散劑添加量為0.2%時，磨礦效率最佳。確定分散劑用量為0.2%。

2.1.4磨礦時間確定

根據現場的生產要求，磨機內初加介質為按照不同介質直徑配比添加。一方面針對原礦粗粒級分布寬的特點，增加φ5 mm的大粒徑介質配比，同時采用φ2 mm介質增強對細粒礦物的磨礦作用，通過綜合分析介質直徑對磨礦效率的影響，按照介質直徑φ5 mm∶φ4 mm∶φ2 mm=1∶2∶1的制度作為初加介質配比，在礦漿濃度為50%、分散劑用量為0.2%條件下，考察磨礦時間對磨礦效果的影響，結果見圖6。

圖6　磨礦時間對云母礦石磨礦效果的影響

從圖6可以得出，從d90=100 μm磨到d90=10 μm所需的磨礦時間為24 min，根據工業生產的磨礦處理能力1.3 t/h，計算出滿足該處理能力所需的設備容積為20 m3，選用2臺GJM10攪拌磨機并采用串聯的配置方式完全滿足了現場的生產需求。

2.2滑石選別

選用四川涼山州某滑石選礦廠的干磨精粉作為試驗原料，利用實驗室SJ19半工業型試驗設備開展實驗室工藝參數研究。試驗原料礦物真密度為2.67 g/cm3，在給礦粒度為d75=38 μm，要求產品粒度為d75=2 μm的條件下，最佳磨礦介質粒度為φ2 mm，礦漿濃度為50%，試驗采用聚丙烯酸鈉作為分散劑，分散劑有效成分的添加量為試驗礦樣的0.4%。試驗結果如圖7所示。

圖7　磨礦時間對滑石礦石磨礦效果的影響

圖7表明，從d75=38 μm(d90=55 μm)，磨到d75=2 μm(d90=4 μm)的研磨時間為24 min，根據工業生產要求的處理能力2.5 t/h，可以計算出所需的設備容積為40 m3，選用2臺GJM20攪拌磨機完全滿足了生產需求。

3　結　論

GJM系列攪拌磨機具有工藝配置簡單、操作維護簡便、易損件使用壽命長等優勢，為該設備的廣泛應用奠定了基礎。結合工業應用項目開展工藝參數研究可為設備高效化應用提供最優的生產條件，以磨礦時間的選型方法準確地確定設備型號，為項目提供最佳的設計選型方案。

參考文獻

[1]吳建明，曹永新．GJ5×2大型雙槽高強度攪拌磨機的開發與應用[J].有色金屬：選礦部分，2009(3)：46-51.

[2]袁樹禮，吳建明，楊俊平．大型單槽高強度攪拌磨機的研制及在石墨行業的應用[J].中國非金屬礦工業導刊，2013(2)：37-39．

(收稿日期2016-05-05)

袁樹禮(1985—)，男，工程師，碩士，100160 北京市豐臺區南四環西路188號。