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| 超細(xì)攪拌磨的研究現(xiàn)狀以及在選礦中的應(yīng)用 |
| 來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-09-16 10:58:25 瀏覽次數(shù)： |
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近年來，隨著易選礦石資源的不斷消耗，礦產(chǎn)資源普遍趨于貧、細(xì)、雜，難選礦的開發(fā)利用比例逐年增加。同時(shí)，隨著我國選礦技術(shù)水平的不斷提升，開發(fā)利用微細(xì)粒嵌布難處理金屬礦和選礦廠尾礦成為可能。因此，要實(shí)現(xiàn)目的礦物的有效分選，必須對其進(jìn)行細(xì)磨或超細(xì)磨以使其充分單體解離。攪拌磨是一種高效的細(xì)磨和超細(xì)粉磨設(shè)備，與普通臥式球磨機(jī)相比，該機(jī)有一個固定的磨礦室，應(yīng)用更小的磨礦介質(zhì)，借助高速旋轉(zhuǎn)的攪拌器能以更少的能量消耗獲得更高的磨礦效率和更大的處理量，在選礦領(lǐng)域越來越引起人們的關(guān)注，給微細(xì)粒嵌布難處理金屬礦的分選帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
1 攪拌磨機(jī)工作原理
攪拌磨機(jī)主要是由筒體、攪拌裝置、傳動裝置和機(jī)架構(gòu)成，通過攪拌軸的旋轉(zhuǎn)，攪動筒體內(nèi)充填的磨礦介質(zhì)( 鋼球、氧化鋯球、瓷球、剛玉球和礫石等) 和物料，使其在筒體內(nèi)作多維循環(huán)運(yùn)動及自轉(zhuǎn)運(yùn)動。被研磨物料主要受研磨( 剪切和擠壓) 和沖擊作用: 沖擊力由磨礦介質(zhì)在筒體內(nèi)連續(xù)不規(guī)則撞擊作用產(chǎn)生，剪切力由徑向方向不同半徑上作圓周運(yùn)動的磨礦介質(zhì)和物料相互作用產(chǎn)生，擠壓力由攪拌軸旋轉(zhuǎn)作用下物料和磨介同轉(zhuǎn)螺旋產(chǎn)生。攪拌磨機(jī)具有能量利用率高、排料新生比表面積大等特點(diǎn)。
2 攪拌磨的類型及作用特點(diǎn)
攪拌磨機(jī)有多種分類方式: 從安放方式分可為立式( 也叫塔式攪拌磨機(jī)) 和臥式; 從攪拌器幾何形式可分為圓盤式、棒式、環(huán)隙式等; 從工藝方式可分為間歇式、連續(xù)式、循環(huán)式; 從工作環(huán)境分為干式、濕式。
2.1 從安放方式分類
立式攪拌磨的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是配有水力分級機(jī)，直立的筒體內(nèi)充填磨礦介質(zhì)，物料在攪拌軸帶動磨礦介質(zhì)沖擊、剪切和擠壓作用下被細(xì)磨或超細(xì)磨。細(xì)磨或超細(xì)磨后的細(xì)粒級物料由筒體溢流進(jìn)入水力旋流器分級后，粗顆粒物料向下沉降，經(jīng)由砂泵返回機(jī)體再磨。
臥式攪拌磨重心較低，運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，能耗更低，使用直徑為1.5～5 mm 的鋼球?yàn)槟サV介質(zhì)。近年來國內(nèi)外學(xué)者對臥式濕法攪拌磨的研磨機(jī)理、影響研磨效果和能量利用率的因素進(jìn)行了DEM 模擬、實(shí)驗(yàn)探究和優(yōu)化。在諸多超細(xì)臥式攪拌磨機(jī)中，國內(nèi)外研究最多、應(yīng)用最廣并且使用效果最好的是臥式砂磨機(jī)與艾薩攪拌磨( IsaMill)。
2.2 從攪拌器幾何形狀分類
圓盤攪拌器的圓盤中鑲嵌孔、槽、狹縫等，通過攪拌軸旋轉(zhuǎn)帶動磨礦介質(zhì)和物料在筒體內(nèi)運(yùn)動使物 料粉碎，由于圓盤式攪拌器旋轉(zhuǎn)速度高，筒體內(nèi)壁磨損較為嚴(yán)重，發(fā)熱量大，外殼須安裝冷卻裝置; 棒式攪拌器主要通過攪拌力使磨礦介質(zhì)和物料運(yùn)動，在相同轉(zhuǎn)速條件下，棒式攪拌磨的功率密度比圓盤式攪拌磨更大，因此磨礦效率更高; 環(huán)隙式攪拌器在攪拌磨機(jī)中應(yīng)用最廣泛，包括單錐、雙錐式和單柱、雙柱式等類型，通常和棒式攪拌器聯(lián)合使用，以期獲得最大的磨礦效率。值得注意的是，環(huán)隙攪拌磨機(jī)內(nèi)磨礦介質(zhì)在排礦前容易產(chǎn)生累積和阻塞，會對正常磨礦作業(yè)產(chǎn)生不利影響。
2.3 從工藝方式分類
(1) 間歇式攪拌磨。主要由筒體、攪拌器和循環(huán)卸料裝置組成。循環(huán)卸料裝置既可以保證物料在研磨過程中循環(huán)混合，又可以確保最終產(chǎn)品及時(shí)排出，主要應(yīng)用于精細(xì)陶瓷、電子材料、粉末冶金等行業(yè)。當(dāng)配備大容積循環(huán)罐和多臺攪拌磨串聯(lián)使用時(shí)，可以分別用于循環(huán)磨礦和連續(xù)磨礦。
(2) 循環(huán)式攪拌磨。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是筒體直徑較小，循環(huán)罐的容積較大，并且筒體上部裝有濾網(wǎng)。工作過程是物料在筒體和循環(huán)罐內(nèi)快速循環(huán)，直至產(chǎn)品粒度合格。這種攪拌磨的特點(diǎn)是礦漿連續(xù)快速通過研磨介質(zhì)層和濾網(wǎng)，合格細(xì)粒級產(chǎn)品能夠及時(shí)排出，能有效避免因過磨而產(chǎn)生的粉體團(tuán)聚，磨礦效率高; 循環(huán)罐還具有混合與分散功能，工作時(shí)在循環(huán)罐內(nèi)添加分散劑。此外，由于礦漿在研磨筒內(nèi)停留時(shí)間短，從循環(huán)筒內(nèi)泵入的礦漿足以平衡研磨筒內(nèi)的溫升，無需安裝冷卻裝置，節(jié)能高效。
(3) 連續(xù)式攪拌磨。常采用圓盤式攪拌器，其工作過程是礦漿物料從筒體下部給料口泵入筒體，在高速攪動磨礦介質(zhì)的剪切、擠壓、沖擊作用下，物料被粉碎，粉碎后的細(xì)粒漿料經(jīng)過出料口從上部的溢流口排出。通過控制給料速度的快慢控制物料在筒體內(nèi)的停留時(shí)間，給料速度越慢，停留時(shí)間越長，產(chǎn)品粒度就越細(xì); 反之，產(chǎn)品粒度就越粗。該機(jī)可單機(jī)使用外，還可以多級串聯(lián)使用。多級串聯(lián)使用時(shí)，研磨介質(zhì)尺寸從大至小，產(chǎn)品粒度由粗至細(xì)。
2.4 從工作環(huán)境分類
目前，以濕式攪拌磨為主，已廣泛應(yīng)用在陶瓷、涂料、化工和微生物等行業(yè)，在濕式攪拌磨中還可同時(shí)實(shí)現(xiàn)物料的粉碎、浸出和萃取。干式攪拌磨機(jī)借助旋風(fēng)分離器和鼓風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)粉碎產(chǎn)品的分級。干式攪拌磨超細(xì)粉碎時(shí)，由于物料顆粒粒度減小，其表面能劇增，自發(fā)團(tuán)聚現(xiàn)象增加，致使物料處于粉碎與團(tuán)聚的動態(tài)平衡中，排料粒度比同類型濕式攪拌磨粗; 同時(shí)，在連續(xù)剪切和沖擊作用力下，熱量積聚，筒體內(nèi)溫度升高，會導(dǎo)致磨礦效率下降，因此干式攪拌磨也需配設(shè)冷卻裝置。干式攪拌磨主要應(yīng)用于石灰石、白云石和滑石等非金屬礦的超細(xì)粉碎。
3 工藝參數(shù)對攪拌磨效果的影響
影響磨礦效率的工藝參數(shù)主要有礦漿濃度、攪拌速度、球礦比、磨礦介質(zhì)尺寸等。
( 1) 礦漿濃度即礦漿中固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)，只有在適宜的礦漿濃度下，磨礦效率才能達(dá)到最佳值，這是因?yàn)檫m當(dāng)增大礦漿濃度，磨礦介質(zhì)和物料之間相對碰撞、研磨的機(jī)率增加，有利于物料的粉磨。而當(dāng)濃度過大時(shí)，物料在磨機(jī)內(nèi)流動緩慢，被磨時(shí)間延長，容易發(fā)生過粉碎。另外，濃度較大的礦漿中粗粒不易下沉，易隨礦漿流走，造成“跑粗”; 礦漿濃度較小時(shí)，物料流動速度快，研磨時(shí)間縮短，亦會造成“跑粗”，同時(shí)密度大的礦粒易沉積于礦漿底層，產(chǎn)生過粉碎現(xiàn)象。因此，要選取適宜的礦漿濃度，一般粗磨為75% ～ 85%，細(xì)磨為65% ～ 75%。
(2) 攪拌速度。增大轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，攪拌磨內(nèi)磨礦介質(zhì)運(yùn)動加劇，磨礦介質(zhì)對物料的沖擊和研磨作用加強(qiáng)，也使得單位時(shí)間內(nèi)，磨礦介質(zhì)對礦漿物料的作用次數(shù)增加，在較高的轉(zhuǎn)速條件下，磨礦效率更高。但過高的轉(zhuǎn)速使得攪拌器與筒體內(nèi)襯磨損加劇，磨礦介質(zhì)消耗增加，同時(shí)，攪拌器高轉(zhuǎn)速運(yùn)行會增加磨機(jī)的能耗。因此，在實(shí)際操作過程中，為保證設(shè)備穩(wěn)定高效運(yùn)轉(zhuǎn)，攪拌器的轉(zhuǎn)速應(yīng)該適中。
(3) 球礦比( 磨礦介質(zhì)與被研磨物料的質(zhì)量比)小，磨礦介質(zhì)撞擊、研磨作用于物料的機(jī)率也小，粉磨效果差; 反之，則粉磨效果好。當(dāng)球礦比過大，磨礦介質(zhì)的量達(dá)到阻礙攪拌器有效驅(qū)動時(shí)，介質(zhì)撞擊、研磨的機(jī)率及強(qiáng)度隨之降低，導(dǎo)致研磨效率降低。
(4) 研究表明，磨礦介質(zhì)尺寸對研磨效率的影響與物料的細(xì)度密切相關(guān)。粉磨粗顆粒物料時(shí)，主要用到?jīng)_擊力的作用，采用直徑較大的磨礦介質(zhì)的磨礦效率高; 粉磨細(xì)粒級物料時(shí)，需要有較強(qiáng)的研磨( 剪切力、擠壓力) 作用，直徑較小的磨礦介質(zhì)磨礦效率高，且不易造成過粉碎。
4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
近年來，細(xì)磨和超細(xì)攪拌磨機(jī)在礦業(yè)領(lǐng)域取得了一系列的突破性進(jìn)展。國外應(yīng)用最普遍的攪拌磨機(jī)有立磨機(jī)( Vertimill)、SMD( Stirred Media Detritor) 磨機(jī)、艾薩磨機(jī)( ISAMill) 和Maxxmill，其中立磨機(jī)、SMD 磨機(jī)和Maxxmill 為立式攪拌磨機(jī)，艾薩磨機(jī)為臥式攪拌磨機(jī)。美國美卓( Metso) 礦業(yè)公司生產(chǎn)的立磨機(jī)和SMD 磨機(jī)，在礦業(yè)領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用于中礦產(chǎn)品再磨，涉及銅、鉛、鋅、金、鎳、鉑族等金屬礦物; 澳大利亞Mount Isa 與德國Netzsch-Feinmahhechnik 共同研發(fā)的艾薩攪拌磨機(jī)，已經(jīng)成功應(yīng)用于銅、鉛、鋅、金、鉬及鉑族金屬礦石的細(xì)磨，并可實(shí)現(xiàn)開路磨礦; 由德國愛立許公司生產(chǎn)制造的MaxxMill 磨機(jī)，磨介尺寸在3 ～ 10 mm，填充率為80%，當(dāng)入料粒度小于5 mm時(shí)，該設(shè)備粉磨效果最好，可用于粉碎陶瓷原料、石灰石、石英等。
我國超細(xì)攪拌磨的研發(fā)從20 世紀(jì)70 年代開始，到目前為止已取得了很大進(jìn)步。80 年代初，長沙礦冶研究院等開發(fā)了各種類型的超細(xì)攪拌磨機(jī)，經(jīng)過不斷地完善與改進(jìn)，在金屬礦、非金屬礦、化工、涂料和粉末冶金等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用; 20 世紀(jì)90年代末，清華大學(xué)研制的GJM1000 型干式連續(xù)攪拌磨和徐州采掘機(jī)械廠制造的SJM1500 型濕法攪拌磨，使國產(chǎn)的攪拌磨在生產(chǎn)能力上有了很大程度的提高; 2002 年，武漢理工大學(xué)非金屬礦研究設(shè)計(jì)所研制LQM300 型立式離心自磨機(jī)，產(chǎn)品粒度可達(dá)0.1～3μm。近年來，以張國旺為代表的研究人員對攪拌磨的研發(fā)做出了巨大的貢獻(xiàn)，其研制的3600L 大型立式超細(xì)攪拌磨機(jī)，用于生產(chǎn)亞微米級超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣，產(chǎn)品細(xì)度-2μm 含量大于68%，生產(chǎn)能力最高時(shí)達(dá)4．6 t /h。吳建明等研發(fā)了GJ52 型雙槽高強(qiáng)度攪拌磨，產(chǎn)品粒度-2μm 含量可以達(dá)到85%～88%，生產(chǎn)能力1.5 t /h 左右。
5 攪拌磨在選礦中的應(yīng)用
近年來，隨著選礦技術(shù)水平的提升，尤其是攪拌磨技術(shù)的日益成熟和廣泛應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)微細(xì)粒嵌布難選金屬礦石如鐵、銅、鉛、鋅、鉬、金、銀等有效分選提供了條件。
5.1 黑色金屬礦選別
鞍鋼齊大山選礦廠浮選尾礦回收赤鐵礦細(xì)磨粒度要求達(dá)到-0.044 mm 含量大于90%，采用普通臥式球磨機(jī)進(jìn)行磨礦時(shí)，其生產(chǎn)能力低，成本高。利用立式攪拌磨有效改善了磨礦產(chǎn)品粒度分布，將浮選尾礦細(xì)磨至-0.037 mm 占90% 以上，可比普通臥式球磨機(jī)節(jié)能50% 以上。該選礦廠浮選尾礦經(jīng)弱磁、強(qiáng)磁選別獲得的粗精礦適宜的磨礦細(xì)度為-0.044 mm占95%，在此磨礦細(xì)度下的粗精礦再經(jīng)弱磁—強(qiáng)磁—反浮選選別，獲得了鐵品位64.04%、回收率43.86% 的精礦。為提高二次資源利用率，充分回收尾礦中有用礦物，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與資源環(huán)境效益雙贏，提供了科學(xué)技術(shù)支持。
柳曉等采用攪拌磨超細(xì)粉磨后經(jīng)重磁選聯(lián)合流程回收脫硫扒渣中有用組分。結(jié)果表明，可以獲得鐵品位86. 32%、鐵回收率78. 78%、硫品位0. 21%的精礦和鐵品位16. 76%的尾礦產(chǎn)品。包鋼集團(tuán)選礦廠反浮選尾礦鐵品位28. 1%、FeO 含量9. 6%，鐵主要以磁鐵礦形式存在，分布率為33. 53%，其次為赤鐵礦，分布率為3. 31%; 細(xì)度為-0. 074 mm 占90. 00%、-0. 040 mm 占60. 00%; 鐵礦物單體解離度60. 00%～70. 00%。采用弱磁預(yù)選—攪拌磨細(xì)磨—弱磁選流程對其進(jìn)行選別，在細(xì)磨粒度為-0. 037 mm 占94. 5% 時(shí)，磁鐵礦單體解離度由細(xì)磨前的59. 6%提高至86. 2%，獲得了精礦鐵品位66. 18%、回收率63. 18%的優(yōu)良指標(biāo)，顯著提高了資源利用率和經(jīng)濟(jì)效益。
2012 年，江西萬國礦業(yè)選礦廠對現(xiàn)場浮選尾礦進(jìn)行了鐵回收工藝改進(jìn)。將長筒型球磨機(jī)改為立式攪拌磨用于細(xì)磨，攪拌磨與水力旋流器構(gòu)成閉路作業(yè)，礦漿經(jīng)研磨分級后細(xì)度達(dá)到-0. 074 mm 占95%以上，然后經(jīng)弱磁選精選，獲得的精礦鐵品位從62. 54%提高到64. 27%，鐵回收率從79. 79% 提高到了84. 19%。
5.2 有色金屬礦選別
德興銅礦的銅鉬混合粗精礦再磨作業(yè)一直制約著銅鉬分離指標(biāo)，用立式螺旋攪拌磨替代普通臥式球磨機(jī)后，現(xiàn)場生產(chǎn)鉬精礦鉬品位可達(dá)47%，鉬綜合回收率在74% 左右，相比于改造前有了大幅提升，并降低了鉬精礦中的銅含量。都龍某銅鋅礦石金屬礦物共生關(guān)系密切、嵌布粒度細(xì)，銅、鋅粗精礦再磨粒度要求-0. 038 mm 含量分別為85%、78%，采用普通臥式球磨機(jī)難以實(shí)現(xiàn)有效細(xì)磨。北京礦冶研究總院根據(jù)銅、鋅粗精礦再磨工藝試驗(yàn)研究成果，改用立式螺旋攪拌磨機(jī)進(jìn)行銅、鋅粗精礦再磨后，銅精礦銅品位提高了3. 14個百分點(diǎn)、回收率提高了12. 52 個百分點(diǎn); 在原礦鋅品位下降的情況下，鋅精礦鋅品位仍然提高了0. 62個百分點(diǎn)、鋅回收率提高了0. 29 個百分點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
5.3 貴金屬礦選別
土耳其某銀廠尾礦試驗(yàn)樣品中，銀含量為83 g /t、金含量為1. 5 g /t，銀主要賦存在自然銀、深紅銀礦、黝銅礦、輝銀礦和淡紅銀礦中，與重晶石、石英、白云石和長石等脈石礦物緊密共生，需要細(xì)磨才能充分單體解離。Celep 等利用實(shí)驗(yàn)室型立式攪拌磨機(jī)，通過三水平Box-Behnken 效應(yīng)面設(shè)計(jì)，研究了磨礦介質(zhì)球徑( 2～4. 5 mm) ，攪拌速度(200～800 r /min) ，球介比( 50%～80%) 對磨礦細(xì)度的影響。結(jié)果表明: 在磨球直徑為2 mm、攪拌速度為800 r /min、球介比為80%、磨礦時(shí)間為15 min 條件下，能有效提高再選尾礦中銀的單體解離度，尾礦銀的浸出率從細(xì)磨前( d80 = 100μm) 的36%提高到了細(xì)磨后( d80 = 1. 2 μm) 的84%。
董穎博等以山東某金礦的金精礦為試樣，莫來石為磨礦介質(zhì)，在實(shí)驗(yàn)室利用立式攪拌磨機(jī)，在金精礦品位44. 43 g /t、磨礦細(xì)度-0. 02 mm 占97%條件下進(jìn)行氰化浸出，與現(xiàn)場普通臥式球磨機(jī)磨礦細(xì)度( -400 目占97%) 的實(shí)驗(yàn)室氰化浸出指標(biāo)進(jìn)行對比。結(jié)果表明，通過優(yōu)化攪拌磨磨礦以及金精礦氰化浸出的各種因素，金的浸出率提高了0. 49 個百分點(diǎn); 堿石灰、氰化鈉的用量分別降低1 kg /t 和1. 47 kg /t; 浸渣含金量降低至0. 21 g /t，并有效縮短了浸出時(shí)間。
6 結(jié)語
(1) 攪拌磨作為一種細(xì)磨和超細(xì)磨設(shè)備，與普通臥式球磨機(jī)相比，具有磨礦效率高、工藝簡單、產(chǎn)品粒度細(xì)且分布均勻、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。
(2) 影響攪拌磨磨礦效率的主要工藝參數(shù)有:礦漿濃度、轉(zhuǎn)子速度、球礦比、磨礦介質(zhì)尺寸等。
(3) 針對細(xì)粒嵌布難選鐵、銅、鉛、鋅、鉬、金、銀礦石選別，采用攪拌磨應(yīng)用于再磨作業(yè)，能有效提高磨礦效率和目的礦物的單體解離度，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
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