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(yè)礦物加工的細(xì)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(xì)粒嵌布共生礦物的高效解離上。傳統(tǒng)球磨機很難達到目標(biāo)要求，因此人們試圖尋找和發(fā)明更高效、更節(jié)能、更超細(xì)的粉磨設(shè)備。在此背景下，立式螺旋攪拌磨機就應(yīng)運而生了。20世紀(jì)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(fā)明了塔磨機。直到上世紀(jì)60年代，各種攪拌磨機才開始迅速出現(xiàn)［1－2］?，F(xiàn)如今，國內(nèi)外已經(jīng)有多種類型的立式螺旋攪拌磨機。

2 立磨機結(jié)構(gòu)及工藝流程分析

2.1 Metso VERTIMILL

美卓(Metso)公司的立磨機(VERTIMILL)研發(fā)于1980年，為一種大型立磨機，此磨機是一款機械結(jié)構(gòu)非常簡單的設(shè)備，磨礦腔室內(nèi)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(qū)動。如圖1所示為一臺標(biāo)準(zhǔn)配置的大型立磨機及其主要組件。

圖1 VERTIMILL標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備及驅(qū)動裝置等部分組成。此款立磨機使用垂直安裝于磨腔內(nèi)的螺旋式攪拌器對介質(zhì)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(zhì)一般為高密度鋼質(zhì)或陶瓷球。使用此款磨機處理粗顆粒礦石時，介質(zhì)的最大直徑可達30mm，正常情況下介質(zhì)直徑在12mm左右。礦漿從立磨機的上部給礦口給入后，經(jīng)筒體內(nèi)介質(zhì)研磨后，立磨機產(chǎn)品從立磨機的頂部溢出，溢出產(chǎn)品流入分級罐，經(jīng)過分級罐的簡單分級后，再經(jīng)水力旋流器進行分級，旋流器溢流即為合格產(chǎn)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(jié)省停機時間，此款大型立磨機的筒體被設(shè)計成側(cè)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(fā)始于19世紀(jì)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(chǎn)品比較類似，是由干法磨礦設(shè)備發(fā)展演變而來的，主要結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 Tower Mill主要結(jié)構(gòu)

由圖2分析可知，愛立許公司設(shè)計的塔磨機主要由驅(qū)動裝置、筒體、螺旋體以及粗分離器等部分組成。其主要應(yīng)用于濕式細(xì)磨/超細(xì)磨領(lǐng)域，據(jù)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(jié)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(zhì)主要為高密度鋼質(zhì)球。其磨礦工藝會根據(jù)給料粒度的不同而不同，當(dāng)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(jīng)過旋流器分級后再由磨機底部進入磨機;但是當(dāng)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(jì)80年代末期由長沙礦冶研究院研發(fā)的一款大型立式螺旋攪拌磨機。此款磨機在國內(nèi)是比較據(jù)有代表性的一款，該磨機的主要外形結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 JM系列立式螺旋攪拌磨機結(jié)構(gòu)［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(nèi)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(nèi)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(yè)礦物調(diào)漿后用泵將其打入磨機內(nèi)部，對于較粗顆粒的礦物可以從上部給入，對于較細(xì)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(nèi)部一般充滿諸如鋼球、礫石等類型的磨礦介質(zhì)，螺旋攪拌器在電動機經(jīng)減速機減速后的驅(qū)動下慢速旋轉(zhuǎn)，磨礦介質(zhì)和物料在筒體內(nèi)部做整體的自轉(zhuǎn)運動以及多維的循環(huán)運動，物料在磨礦介質(zhì)重力和螺旋攪拌器產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)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(fā)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(yīng)用于工業(yè)礦物的再磨、細(xì)磨和超細(xì)磨領(lǐng)域。

3 應(yīng)用現(xiàn)狀分析

大型立磨機因其具有節(jié)能、處理量大、可以連續(xù)粉碎物料、振動小、噪音低、發(fā)熱低、結(jié)構(gòu)簡單等顯著的優(yōu)點，故其已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于有色金屬、黑色金屬以及非金屬工業(yè)礦物的二段磨礦、再磨、細(xì)磨以及超細(xì)磨等領(lǐng)域，并且取得了十分顯著的成果。

3.1 VERTIMILL 應(yīng)用現(xiàn)狀

美卓大型立磨機是目前國內(nèi)外應(yīng)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(chǎn)品粒度可以達到20μm以下。該款磨機的優(yōu)點是磨礦效率高，一般較同種規(guī)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(zhì)消耗較低，維護保養(yǎng)要求較低，作業(yè)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(yīng)用情況如表1所示。

表1 Metso立磨機部分應(yīng)用［7］

美卓大型立磨機的應(yīng)用主要集中在金屬礦物的再磨領(lǐng)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(xì)的給料粒度，從而生產(chǎn)出更細(xì)的產(chǎn)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(tǒng)，該系統(tǒng)的給礦粒度F80=17.4μm，旋流器溢流的產(chǎn)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(chǎn)品粒度為 P80=18.3μm，立磨機的能耗為31.3kW·h/t。其具體應(yīng)用情況如圖 7 所示［8］。美卓大型立磨機在非金屬礦物的應(yīng)用中主要集中在石灰石的熟化等方面，目前已應(yīng)用的較大規(guī)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(chǎn)品粒度為－325目占80% ～95%，產(chǎn)品中固體百分比為18% ～22%，磨機體內(nèi)溫度為74℃ ～85℃。其熟化流程及實際應(yīng)用如圖8所示。

圖7 VERTIMILL應(yīng)用

圖8 石灰熟化流程及應(yīng)用

現(xiàn)今，已處于應(yīng)用階段的美卓立磨機的最大規(guī)格VTM－3000－WB，其裝機功率為2240KW，最大處理能力可達2000t/h，應(yīng)用于澳大利亞紐克雷斯特礦業(yè)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(yè)。

到目前為止，美卓立磨機在國內(nèi)外已經(jīng)安裝300多臺，總安裝功率超過160MW。該款設(shè)備安裝功率的規(guī)格從11kW到2240kW，目前正在研制的設(shè)備型號為VTM－4500－C，裝機功率為3310kW，其將應(yīng)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(yù)計給料粒度F30小于3mm，產(chǎn)品粒度P30小于75μm，計劃于2014年第二季度完成交貨。在國內(nèi)，美卓立磨機應(yīng)用也較為廣泛，最大規(guī)格的為鞍山集團訂購的VTM－1500，其平均處理能力為635t/h，將應(yīng)用于鞍山新建的礦石項目，預(yù)計于2014年3月完成交貨、2014年7月開始運行生產(chǎn)。

3.2 Tower Mill應(yīng)用現(xiàn)狀

愛立許大型立磨機也是國內(nèi)外應(yīng)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(chǎn)品粒度可以達到亞微米級。與同規(guī)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(jié)約情況如圖9所示。同時，該套設(shè)備具有噪聲低、結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、占地面積小、節(jié)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(yè)和礦山行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在反應(yīng)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(nèi)外的部分應(yīng)用如表2所示。

表2 Eirich大型立磨機部分應(yīng)用情況

愛立許大型塔磨機在金屬領(lǐng)域的應(yīng)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(yè)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(xì)磨至產(chǎn)品粒度P80=35μm，大型塔磨機及其它精選設(shè)備于2012年1月安裝完畢，且于2012年6月投入生產(chǎn)［9］。此款磨機在澳大利亞某金屬選礦廠的應(yīng)用如圖10所示。

圖10 ETM－1500在澳大利亞的應(yīng)用

愛立許塔磨機在非金屬礦中的應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)用的規(guī)格一般較小，基本上為ETM－700以下規(guī)格系列，處理能力大概在35t/h，而其ETM－1500規(guī)格的塔磨機在非金屬礦的應(yīng)用據(jù)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(jīng)被定制300余臺套，其規(guī)格從15kW至1120kW。在國內(nèi)，愛立許塔磨機應(yīng)用的最大規(guī)格為ETM－1500，裝機功率為1120kW，應(yīng)用于四川省某鐵礦中，其應(yīng)用情況如圖11所示。

圖11 ETM－1500在國內(nèi)應(yīng)用

3.3 JM系列立磨機應(yīng)用現(xiàn)狀

JM系列大型立磨機是長沙礦冶研究院研制的新型細(xì)磨或超細(xì)磨設(shè)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(chǎn)品粒度可以達到－200目占90%左右。與同規(guī)格球磨機相比，據(jù)稱該款磨機能耗能降低50%左右，且具有效率高、噪音低、設(shè)備基礎(chǔ)安裝簡單等優(yōu)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(yīng)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(lǐng)域。其中，在洛鉬集團，大型立磨機代替溢流型球磨機進行細(xì)磨作業(yè)。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(chǎn)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(yīng)用現(xiàn)狀

KLM系列立磨機具有節(jié)能、高效等顯著優(yōu)點，其在給礦粒度－200目占45% ～65%的情況下，產(chǎn)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(yè)礦物的再磨、細(xì)磨及超細(xì)磨領(lǐng)域。

4 結(jié)語

(1)大型立磨機因其具有高效、節(jié)能、結(jié)構(gòu)簡單、投資少、基建費用低等諸多優(yōu)點，其無論在有色金屬單體解離還是在非金屬礦的超細(xì)磨上都得到了十分廣泛的應(yīng)用。

(2)大型立磨機設(shè)備超大型化技術(shù)也越來越受到重視和關(guān)注，故其進一步發(fā)展需要設(shè)備研發(fā)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(jié)能降耗中發(fā)揮更大的作用。

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