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超細(xì)攪拌磨礦機(jī)的研究 張國(guó)旺1 2 黃圣生2 李自強(qiáng)1 趙湘1 (1 長(zhǎng)沙礦冶研究院選礦所    2 中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院  ) 發(fā)布時(shí)間：2003年12月31日 13時(shí)44分 摘  要  攪拌磨是一種高效率的超細(xì)粉磨設(shè)備。本文介紹了新型攪拌磨設(shè)備結(jié)構(gòu)，工藝及其在工業(yè)礦物中的應(yīng)用情況 1  概述 攪拌磨是一種高效率的超細(xì)粉磨設(shè)備，已在油漆、油墨、顏料、造紙涂料、陶瓷釉料、磁性材料、塑料填料、功能材料和難處理金礦等行業(yè)中應(yīng)用。隨著新材料的迅速發(fā)展，越來越需要超細(xì)非金屬工業(yè)礦物粉體，例如：造紙工業(yè)需要超細(xì)高嶺土，超細(xì)碳酸鈣（-2μm≥70~90%）；塑料工業(yè)需要超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣和滑石粉、硅灰石粉、云母粉（-10μm~20μm）；陶瓷行業(yè)需要超細(xì)硅酸鋯釉料（-5μm）；精細(xì)陶瓷行業(yè)需要超細(xì)SIC，超細(xì)Al2O3(-1μm)等等。這些極大地刺激了超細(xì)粉磨設(shè)備的發(fā)展，特別是攪拌磨的發(fā)展。最近幾年來，一些科研工作者對(duì)攪拌磨是一種高效率超細(xì)粉磨設(shè)備作了充分肯定，進(jìn)行了一些基礎(chǔ)研究工作[1][2][3]，制造了一些工業(yè)化設(shè)備[4][5]。但是，對(duì)如何提高攪拌磨設(shè)備本身的能量利用率和工業(yè)礦物不同具體用途的最佳細(xì)磨工藝研究較少。長(zhǎng)沙礦冶研究院在80年代研制成功立式螺旋攪拌磨礦機(jī)以來，經(jīng)過10多年的改進(jìn)和完善，已應(yīng)用在金礦再磨、氧化鐵紅細(xì)磨、石墨剝片提純、電解錳濕磨和高嶺土細(xì)磨等行業(yè)。然后經(jīng)過幾年的試驗(yàn)研究并綜合吸收塔式磨（立式螺旋攪拌磨）、砂磨機(jī)、間歇式攪拌磨和環(huán)隙磨等設(shè)備優(yōu)點(diǎn)，又研制成功了一種新型超細(xì)攪拌磨機(jī)，該設(shè)備已逐步應(yīng)用在重鈣、高嶺土、碳化硅、石榴子石、電解二氧化錳、鐵氧體和鋁粉漿等行業(yè)。   2  攪拌磨礦機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 2.1  攪拌磨種類 攪拌磨種類見表1。 表1  攪拌磨的分類 名    稱 典型機(jī)型 粉碎機(jī)構(gòu)及粉碎機(jī)理 應(yīng)用范圍 塔式磨礦機(jī)（立式螺旋攪拌磨礦機(jī)） KD干法KW濕法JM立磨機(jī) 立式螺旋攪拌器，立式筒體。以中低速度攪拌介質(zhì)。摩擦、沖擊粉磨物料。 礦物加工（金、鉛鋅礦再磨）、非金屬礦、化工原料 攪拌槽型 AttritorBJMZJMSBM 圓盤或攪拌棒，立式筒體。中速攪拌介質(zhì)球。摩擦、沖擊粉磨物料。 鐵氧體粉末冶金精細(xì)陶瓷材料電子材料 流通管型 SK砂磨機(jī)BP剝片機(jī)DyNo-millLME 圓盤或攪拌棒，立式或臥式攪拌筒體。高速強(qiáng)力攪拌介質(zhì)球。沖擊、摩擦、剪切、粉磨物料。 造紙?zhí)盍?、涂料、油漆、染料、油墨、食品、藥品、農(nóng)藥、生物細(xì)胞 環(huán)隙型 CoBall millCer-mill 二重圓筒或二重圓錐內(nèi)筒的高速旋轉(zhuǎn)。在環(huán)隙中攪拌介質(zhì)球。沖擊、剪切、摩擦粉磨物料。 高技術(shù)陶瓷、新材料、磨料  2.2  現(xiàn)有攪拌磨的分析 塔式磨如圖1所示, 在1952年由日本河端重勝博士發(fā)明，現(xiàn)已應(yīng)用在金礦、鉛鋅礦再磨作業(yè)，近年來也逐步應(yīng)用在非金屬礦物加工行業(yè)。長(zhǎng)沙礦冶研究院進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究工作，制造了立式螺旋攪拌磨礦機(jī)，該機(jī)特點(diǎn)是：中低速，較高的介質(zhì)充填高度，螺旋攪拌器，在細(xì)磨或超細(xì)磨時(shí)能量利用率高。但是該機(jī)筒體太高，維護(hù)和檢修不太方便；另外要進(jìn)行超細(xì)磨時(shí)，由于采用螺旋攪拌器，難以提高速度。   圖1  塔式磨機(jī)原理圖 砂磨機(jī)（剝片機(jī)）如圖2。又稱為高速攪拌磨機(jī)，該種設(shè)備在油漆行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。但是，速度高，在筒體內(nèi)能量密度分布不均勻；由于采用盤式攪拌器，玻璃珠或陶瓷珠在圓盤上受力是摩擦施力，能量損失大，比棒式攪拌器能量利用率低；高速旋轉(zhuǎn)，圓盤，筒壁磨損嚴(yán)重，發(fā)熱大，外殼須設(shè)冷卻夾套。優(yōu)點(diǎn)就是筒體高度適宜，總機(jī)重量輕，維護(hù)和檢修方便。   圖2  砂磨機(jī)原理圖   棒式攪拌磨，或稱周期式攪拌磨，例如美國(guó)UP公司Attritor攪拌磨如圖3，在精細(xì)陶瓷、電子材料、粉末冶金等行業(yè)應(yīng)用。由于采用棒式攪拌結(jié)構(gòu)，磨礦效率較高；隨著筒體直徑增大，磨礦中心和攪拌棒頂端處的速度相差太大，因而傳輸給介質(zhì)的能量是不相等的，在筒體內(nèi)能量分布不均勻；另外，攪拌棒的數(shù)量太少，這樣傳遞給介質(zhì)的能量頻率低。該機(jī)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。配合外部循環(huán)泵的使用，能將物料磨至幾微米。     圖3 棒式攪拌磨機(jī)原理圖 環(huán)隙式攪拌磨,解決了能量密度不均勻問題，能量利用率高，其產(chǎn)品粒度均勻。但是有效容積變小，設(shè)備大型化困難。僅限于一些精細(xì)陶瓷、磨料和特種油墨和涂料等精加工行業(yè)中應(yīng)用。而工業(yè)礦物粉體制備，需要處理量大的加工設(shè)備。因此, 研制產(chǎn)品粒度細(xì)、處理量大的大型超細(xì)攪拌磨機(jī)對(duì)于工業(yè)礦物粉體的深加工是當(dāng)務(wù)之急。   3  新型高效超細(xì)攪拌磨機(jī)的研究開發(fā) 綜合以上分析和根據(jù)我們長(zhǎng)期的試驗(yàn)研究和工業(yè)應(yīng)用實(shí)踐，設(shè)計(jì)了一種能量利用率高，操作維護(hù)方便，能夠大處理量粉磨工業(yè)礦物的新型超細(xì)攪拌磨─立式棒式攪拌磨機(jī)。如圖4。 該設(shè)備主要由螺旋棒式攪拌器、筒體、驅(qū)動(dòng)裝置和機(jī)架組成。攪拌器采用螺旋棒式結(jié)構(gòu)，主軸直徑較大，攪拌器上棒分布數(shù)量較多，這樣增加了攪拌小介質(zhì)球的機(jī)會(huì)。攪拌器可以采用合金鋼、聚氨酯、陶瓷或硬質(zhì)合金制作，筒體采用異形結(jié)構(gòu),可采用合金鋼、聚氨酯、不銹鋼制作，筒體外殼設(shè)置有冷卻水套。介質(zhì)球可以采用玻璃珠、陶瓷珠、鋼球或硬質(zhì)合金球，球直徑在φ1~φ10mm，如果需要更細(xì)的球也可以。 工作時(shí)，上部傳動(dòng)裝置帶動(dòng)攪拌器以適宜的速度（3~6m/s）攪拌介質(zhì)球，主要利用球介質(zhì)之間的摩擦、剪切和沖擊粉磨物料。   圖4  新型超細(xì)攪拌磨礦機(jī) 4  工藝設(shè)計(jì) 4.1  干磨工藝 干法工藝主要是生產(chǎn)600目~2500目粒度的工業(yè)礦物粉體，主要有：重鈣、滑石、輕燒鎂粉等。生產(chǎn)中必須配用干法微細(xì)粒分級(jí)機(jī)，而且產(chǎn)品細(xì)度取決于分級(jí)機(jī)，典型工藝如圖5。 該流程運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，電耗低，可以省去濕法中的干燥設(shè)備，在磨礦時(shí)可以同時(shí)表面改性。但是還需解決：工業(yè)礦物磨細(xì)后團(tuán)聚問題；攪拌器耐磨及防鐵污染；磨礦時(shí)的熱量散失問題。   圖5  干磨工藝 1--提升機(jī),2--攪拌磨機(jī),3--分級(jí)機(jī),4--收集器,5--風(fēng)機(jī).   4.2  濕磨工藝 濕磨工藝主要生產(chǎn)超細(xì)工業(yè)礦物，例如高檔造紙涂布重鈣產(chǎn)品（-2μm≥90%），主要有一段式（間歇式）、多段式、循環(huán)式和閉路磨礦（磨礦+分級(jí)）。 最為理想的濕磨工業(yè)是閉路磨礦，該工藝保證了產(chǎn)品無過磨現(xiàn)象，提高了磨礦效率，保證了最終產(chǎn)品細(xì)度的穩(wěn)定。但是目前還沒有高效超細(xì)濕法分級(jí)設(shè)備，而且分級(jí)后細(xì)粒級(jí)濃度太釋，需要設(shè)置大型濃縮池。濕法超細(xì)分級(jí)設(shè)備主要有小直徑（φ10）旋流器，臥式螺旋分級(jí)機(jī)和蝶式分級(jí)機(jī)。 循環(huán)式磨礦是一種很好的細(xì)磨工藝，如圖6所示,特別是大處理量循環(huán)磨礦，細(xì)磨產(chǎn)品粒度分布窄，散熱效果好，濕磨產(chǎn)品濃度可達(dá)60~70%，可直接進(jìn)入閃蒸干燥，多功能干燥等設(shè)備干燥，減少了壓縮設(shè)備，該工藝投資較省。     圖6  循環(huán)磨礦工藝 多段式磨礦是幾臺(tái)攪拌磨機(jī)串聯(lián), 如圖7所示，根據(jù)磨礦細(xì)度，可以在每一段攪拌磨機(jī)內(nèi)加入不同直徑的介質(zhì)球，這樣提高了磨礦效率，散熱條件好，但是，該工藝投資大，適應(yīng)于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。另外工藝中任何一臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障，生產(chǎn)線就得停下，影響正常生產(chǎn)。                          圖7  多段磨礦工藝 小1--調(diào)漿桶, 2.4.7.10--泵,3.6.9--中間桶,5.8.11--攪拌磨機(jī),12--篩子,13--貯漿桶. 一段磨礦或間歇磨礦僅適用于產(chǎn)品粒度較細(xì)或處理量很小的場(chǎng)合，非金屬工業(yè)礦物中應(yīng)用較少。 目前，閉路磨礦工藝和大處理量循環(huán)磨礦工藝是較為先進(jìn)的濕磨工藝。 5  工業(yè)礦物對(duì)細(xì)磨的特殊要求 工業(yè)礦物，例如重鈣、滑石、硅灰石、云母、高嶺土等，由于他們具有不同的純度、細(xì)度、粒度分布、粒度形狀和顏色等特點(diǎn)而產(chǎn)生了許多不同的用途，廣泛地應(yīng)用在塑料、造紙、油漆、化工、冶金、陶瓷行業(yè)中。因此對(duì)超細(xì)粉磨設(shè)備及其工藝提出了特殊要求，不是純粹簡(jiǎn)單的粒度減小過程。例如制備珠光顏料的云母粉，需要徑厚比大，表面光滑，不能有劃痕，不能產(chǎn)生二次污染。這就需要攪拌磨轉(zhuǎn)速不能太高，介質(zhì)球表面光滑，一施加剪切，柔搓為主的方式剝離物料。硅灰石作橡膠、塑料填料，需要長(zhǎng)徑比大，產(chǎn)品粒度細(xì)，這樣制作的材料具有較強(qiáng)的剛度和韌性。陶瓷粉末需具備超細(xì)（-1μm），高純（99.9%），高度分散，粒度分布窄，等積形顆粒形狀等。作為涂布級(jí)造紙用重質(zhì)碳酸鈣，需要超細(xì)（-2μm≥90%），白度≥90%，純度CaCO3≥98%，粒度分布窄，一定的粘濃度，高分散性等性能。 由于工業(yè)部門對(duì)超細(xì)工業(yè)礦物粉體提出了特定的要求，這就決定了超細(xì)粉磨設(shè)備和工藝必須滿足：    1） 產(chǎn)品細(xì)度，粒度分布，粒度形狀；    2） 磨礦時(shí)不能產(chǎn)生二次污染；    3） 處理能力大；    4） 能量利用率高。