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现阶段磨矿设备与磨矿工艺研究与应用新进展


现阶段国内外磨矿设备与磨矿理论研究与应用新进展

摘要:本文阐述了现阶段国内外矿山磨矿设备的研究和应用进展,涉及自磨(半自磨)机、 搅拌磨机等,主要综述了磨矿设备在大型化方面的研究与发展,介绍了国内外典型的应用情况, 以及国内外新型磨矿理论的研究与应用,涉及超细磨、选择性磨矿等,综合阐述了各个磨矿 理论的特点及应用情况。 关键词:自磨(半自磨)机、搅拌磨机、塔

磨机、Isa 磨机、超细磨、选择性磨矿 Abstract:This article elaborates the progress in the application and research of metal grinding equipment at home and abroad in recent years. The involved equipments are (semi) autogeneous mill, agitating mill,vertical mill and Isa mill. We mainly talk about the achievement of grinding attachment in large-scale and introduce the typical examples at home and abroad and research and application of new grinding ore theory at home and abroad,included Ⅰ概述 进入 21 世纪以后, 矿山经济的快速增长带动了矿山设备的长足进步, 而磨矿设备作为选 矿生产中的关键环节之一也取得了很大进展, 最大设备的规格和装机功率不断被刷新, 适应 了生产规模不断扩大、产品粒度越来越细、生产能耗不断降低的发展要求。同时由于磨矿作 业投资巨大, 能耗极高, 就金属矿山而言, 碎磨作业的设备投资占全厂总金额的 65 %~ 70%, 电能消耗约为 50%~65 %,钢材消耗高达 50%[1],因此,新型磨矿理论的研究与应用成为各 领域研究者共同追求的目标。 Ⅱ几种常见的磨矿设备的研究与应用 1 自磨(半自磨)机 自磨 ( 半自磨 ) 机是一种兼有破碎和粉磨两种功能的磨矿设备,给矿粒度一般为 300~500 mm,而排矿粒度通常可以达到-74 μ m,高粉碎比是自磨(半自磨)机的显著特点。 在矿石性质适合的条件下,采用自磨(半自磨)流程比常规碎磨流程的投资少,建设周期短, 而且其工艺流程简单,在钢耗和生产成本等方而都优于常规碎磨流程。 自磨(半自磨)机运转时,不同体积的矿石被筒体带动起来,形成与球磨机相似的运 行规律,矿石彼此之间强烈的碰撞、冲击、摩擦而形成有效粉碎,在排料端有格子筛起到分 级作用,将达到粒度要求的矿石从出口排出。 20 世纪 50 年代,自磨(半自磨)机首次在矿山行业获得工业应用,在经历了半个世纪 的发展之后,自磨(半自磨)机逐步从具有争议的技术发展成为磨矿流程的重要设备。 自世界第一台采用环形电机驱动的半自磨机成功应用之后,自磨(半自磨)机就逐步 采用环形电机驱动取代了齿轮传动,这为自磨(半自磨)机的大型化扫除了障碍。环形电机驱 动占地而积小,维修量小,而传动效率却明显高与齿轮传动,且便于磨机调速,目前自磨(半 自磨)机上普遍采用变速驱动方式。 自磨(半自磨)机的另一个重要发展是筒体支撑轴承的改进。 筒体支撑轴承不是将磨机支撑在耳轴上,而是支撑在磨机筒体上,使磨机本体、衬板和磨机 充填物的负荷直接传递到轴承,大大减小了端盖的受力,可以简化端盖结构[2]。 自磨(半自磨)机在应用过程中,其工艺流程也在不断发展。近年来在金属矿山采用的主 要流程有 3 个, 一是 ABC(自磨一球磨+破碎)流程。 典型的应用矿山有中信泰富澳大利亚 Sino 铁矿、保国铁矿等;二是 SAB(半自磨一球磨)流程。我国已经投产的大型矿山多采用此流程, 如昆钢大红山铁矿、太钢袁家村铁矿、内蒙古乌努格土山铂矿等;三是 SABC(半自磨一球磨+ 破碎)流程。该流程可以将砾石从磨机中引出,有效解决了难磨物料的积累问题,目前在国 外金属矿山比较流行,如澳大利亚的 Cadia 金矿、巴西 Sossego 铜矿等。在砾石破碎回路中 也同样出现多样化的方案, 目前多采用圆锥破碎机, 而立式冲击破碎机和辊压机也有少量应

用[3]。 2010 年由中信重工机械股份有限公司为江西铜业公司德兴铜矿设计制造的Φ 10.37 m x 5.19 m,11.172 MW 半自磨机交付使用,生产能力 2.25 万 t/d。国内应用的最大规格的半 自磨机也是由该公司为中国黄金集团乌山二期项目设计制造的,设备规格为Φ 11 m x5.4 m, 处理能力最高达到 4.5 万 t/d[4]。 2 搅拌磨机 近年来,国外的金属矿山越来越多的搅拌磨机在再磨流程中应用,目前国内正处于 起步阶段。 搅拌磨机的磨矿特点与球磨机、自磨(半自磨)机存在明显区别。在磨机工作时,磨 机的筒体固定不动,依靠内部的搅拌器带动磨矿介质旋转,对物料实现有效粉碎。根据现场 的应用情况,搅拌磨机的磨矿效率高于再磨流程的球磨机,节能是主要优点。此外搅拌磨机 还能减小占地而积,降低安装投资费用,搅拌磨机产生的噪音也远低于球磨机,有良好的应 用前景。 2.1 Isa 搅拌磨机 Isa 搅拌磨机是目前卧式搅拌磨机的代表机型,由澳大利亚的 Mount Isa 铅锌矿和德国的 耐弛公司合作开发。 Isa 搅拌磨机与其它磨机相比有以下几个主要特点。一是能力输入密度高。Isa 搅拌 磨机单位体积输入能量达到 300 kW/ m3 以上,这是其实现高效磨矿的秘密所在。如此高的 能力输入密度使 Isa 搅拌磨机的体积在同等输入功率下仅相当于球磨机的十分之一,在占地 而积方而优势十分明显。二是开路磨矿。Isa 搅拌磨机在国外矿山的生产流程中普遍采用开 路磨矿的方式,而且开路磨矿的产品粒级分布较窄,该配置省去了闭路磨矿中的旋流器,节 省了设备成本。Isa 搅拌磨机实现开路磨矿的原因是筒体内部装有物料分离器,不仅能够实 现磨矿介质与物料分离,还能保证合格粒级排出磨机。三是粉磨效率高,磨矿粒度细。 Isa 搅拌磨机具备较高的磨矿效率是由于采用粒径在 1~3 mm 的磨矿介质, 其内部添加的介质数 量非常多,磨矿介质的表而积是球磨机的百倍以上,增加了磨矿过程中的碰撞几率,而粒径 如此小的磨矿介质也保证了磨矿细度,可使磨矿产品 F80 达到 10 μ m 以下。 首台工业应用的 Isa 搅拌磨机安装在澳大利亚 Mount Isa 铅锌矿,其体积已经达到 3 3 m ,安装功率 1.1 MW,使物料从 F80=20μ m 磨到 P80=12μ m,生产能力达到 65t/h,单位电 耗 7.6 kWh / t。后来在澳大利亚 McArthur 河矿山铅锌矿也安装了相同规格的 Isa 搅拌磨机, 使物料从 F80=30~45μ m 磨到 P80=7μ m, 产量 15 t/h, 单位电耗 36 kWh/t} 2001 年在南非的 An 沙)铂矿上安装了世界上第一台 10m3 的 Isa 搅拌磨机,安装功率达到 2.6MW,后来在该 矿山又安装了 3 m3 和 10 m3 的 Isa 搅拌磨机共 21 台。 2006 年, 在澳大利亚的 Kumtor 金矿 Isa 搅拌磨机首次应用在粗颗粒再磨中, 使物料从 F80=135μ m 磨到 P80=62μ m, 运行功率 1 885 kW。数据表明,Isa 搅拌磨机的电耗不到原来再磨球磨机功耗的一半。 2.2 塔磨机(VertiMill ) VertiMill 是芬兰 Metso 矿物公司的产品,是目前在国外金属矿山应用比较广泛的立磨设 备。该磨机采用螺旋型搅拌器作为工作部件,螺旋最外缘圆的线速度为 3 m/s 左右。主要采 用了钢球做磨矿介质,介质的直径介于 6~40 mm 之间,最大的给矿粒度为 6 mm,一般情况 下给矿 F80=74~300μ m, 产品粒度为可以达到 P80=10~100μ m。 通常情况下采用底部进料, 顶部溢流的方式排料。 在澳大利亚的 Cadia Valley 矿应用了多台 VertiMill 搅拌磨机,主要用于再磨流程中。 世界上最大规格的 VertiMill 也应用在该矿山,安装功率为 2240 kW,最大处理能力可以达到 2000 t/h 目前在我国江西铜业公司银山选矿厂安装了 2 台约 600 kW 的立式螺旋搅拌磨机,

用于粗精矿的再磨流程,该磨机的产品粒度 P80=45μ m,取得了良好的使用效果。 Ⅲ新型磨矿理论的提出与应用 1 微波助磨 在目前的矿业生产中,矿料的粉碎方式以机械粉碎为主,但是机械破碎有着能耗高、材 料消耗高、产品粒度不好等缺点,为了降低碎磨作业的钢材消耗,提高能源的利用效率,矿 业工作者研发出了新的破碎方法,其中微波预处理是一种比较有前景的破碎方式[5]。 所谓微波就是频率大约在 300 MHz 一 300GHz,波长在 100cm 一 lmm 范围内的电磁波。 微波是一种高频电磁波, 能够渗透矿物内部使物质分子产生取向极化和变形极化, 随着电极 的不断变化,极化方向也在不断的变化,从而出现矿物体的自加热效应,温度升高,但是由 于矿石中的各种矿物性质不同, 吸波特性也有差异, 从而导致矿石中的各个矿物产生温度差, 加之各矿物的热膨胀系数也不同, 结果就会产生热裂等现象, 使矿物体系中产生微裂纹并使 [6] 原有的微裂纹扩展,从而有利于后续的粉碎作业 。 2 选择性磨矿 所谓选择性磨矿就是利用矿物的选择性解离以及选择性磨碎所进行的磨矿,其目的 就是造成磨矿作业具有某种选择性[7]。碎磨作业的主要目的不是使矿石粒度减小,而是让有 用矿物从脉石矿物中解离出来, 因此磨矿作业的最终发展目标是利用最小的能量输入, 获得 最高的单体解离度。 郑州氧化铝一厂采用立式球磨机对铝硅比为 5. 6 左右的铝土原料进行选择性磨矿,取得 了良好的经济效益, 在矿石的处理量、 选择性磨矿产品的富集、 能耗方面均优于卧式球磨机, [8] 立式球磨机也有望成为选择性磨矿的新设备 。 3 微阶段化磨矿 所谓微阶段化磨矿就是沿球磨机筒体的轴线方向安装具有不同表面形状的筒体衬板,在 球磨机的进料端安装表面不平滑衬板,形成较高的钢球抛落高度,产生冲击粉碎;在球磨机 的排料端安装表面较平滑的筒体衬板,形成较低的钢球抛落高度,产生磨剥粉碎;从进料端 到排料端, 粉碎形式逐渐从冲击粉碎向磨剥粉碎过渡使磨碎形式沿球磨机轴线方向发生变化, 在一台球磨机内实现阶段磨矿[9]。这样可以更好的满足矿石物料在磨矿过程中的不同阶段、 不同粒度组成状态下对磨碎形式的不同需要, 符合矿石粉碎规律, 因而可以提高磨矿效率[10]。 实施微阶段化磨矿技术,仅需对部分筒体衬板的表面进行改造,简单易行。铜陵有色 金属公司金口岭铜矿碎磨流程经改造后, 采用微阶段化磨矿, 一段磨矿台时处理能力提高了 16%以上,节电 79. 6 万 kWh,节省电费支出 41 万余元。 4 超细磨 超细磨技术在难浸金矿石预处理中的应用研究也受到人们关注,金被黄铁矿包裹, 显微金、次显微金或固熔体存在的含金矿石,是极难溶浸提金的一类金矿石。提金的关键是 破坏黄铁矿包裹,使金解离暴露,而黄铁矿性质很稳定难以分解。随着超细磨技术的发展提 高,可以利用超细磨打开硫化物的包裹,使金解离[11]。 搅拌磨技术也己应用于金属矿山的生产实践,最先在生产中应用的是塔磨机,它采 用螺旋状的搅拌器来搅动磨矿介质,是一种立式低速搅拌磨,这种磨机被广泛用于磨至 P80 (80%通过粒度为)15 至 30μ m 的再磨回路中。 桂林鸿程矿山设备制造有限责任公司自主研发 的 HCM 系列超细粉磨机,集高速冲击磨及气流磨优点于一身,高效节能,降低了超细磨作 业成本。 辊式磨在超细粉碎设备中也占有重要的地位, 有关矿业工作者对辊式磨的磨粉机理、 结构形式、加压方式进行了分析研究,研制除了 YMP1000C 超细磨粉机,该磨机对重钙、高 岭土、滑石等低硬度超细粉体有较强的加工能力,对铝矾土、错英砂、碳化硅、刚石等高硬 度物料的粉碎也有比较理想的效果[12]。

5 压力磨矿 球磨机内应力有很多类型,有冲击、挤压还有剪切、研磨等,有些应力电能消耗大 而粉碎效率不高,研究表明,当选择粉碎效率高的压应力作为主要应力时,由于压力粉碎过 程符合料层粉碎规律,压力较小时,先使自由松散物料充分密实,当压力增大时,挤紧了的 颗粒相互传递应力, 当超过颗粒的强度值之后, 就会使矿物颗粒发生破碎并产生大量的微裂 纹,针对不同的物料特性,调节和强化能量输入,还可以约束应力的作用区域,使物料有规 律的通过应力区,将机械能有效地转化为粉碎能,使颗粒成为一种孔隙率低的坯料产品,再 通过其后的工艺过程,获得粒度合格的产品,从而达到高产节能的目的[13]。 Ⅳ结语 随着磨矿理论和磨矿工艺的不断进步与发展,磨矿设备的大型化逐渐伴随着矿山规 模的不断扩大而发展起来,大型化的设备既提高了单机的处理能力,还降低了生产成本,并 起到了节能降耗的效果,但是,设备大型化同时增加了其占地面积,而且维修难度增大,这 也是大型化不可避免的缺点。 随着磨矿设备在大型化发展, 自动控制技术也成为未来发展的 重要方向,而搅拌磨技术在高效节能方面的优势必将推动其更快的取代原有细磨装备。 参考文献 [1]赵昱东,搅拌型磨矿机应用与发展 [J].矿山机械,2001.29 (1):18-20. [2]邹志毅.半自磨机及其半自磨流程的应用[A].2004 年全国选矿新技术及其发展方向学术 研讨与技术交流会论文集[C].中国冶金矿山企业协会,2004,(10):89-98. [3]李文亮,杨涛,于向军,等.国外大型球磨机发展现状[J].矿山机械,2007,35(1):13-15. [4]郑描,刘威.VTM 立磨机在银山选矿厂的应用[J].有色设备,2013,(2):38-40,64. [5]刘全军,王喜良.微波助磨的研究现状及进展[J].分体技术,1998. 4 (3):31-36. [6]魏延涛,刘亮.微波在碎矿磨矿中的应用[J].矿业快报,2008. 24 (10):69-71. [7]段希祥.选择性磨矿的应用研究[J].云南冶金,1990, 19(3):21-24 [8] 曾桂忠 , 段希祥 . 立式球磨机在铝土矿选择性磨矿的试验研究 [J]. 矿山机械, 2009 (17):58-60. [9]朱继生,张治元.微阶段磨矿技术在铜矿山的应用研究[J].矿冶工程.2005. 25 (5):27-29. [10]朱继生,张治元.微阶段化磨矿技术研究与应用[J].金属矿山,2003 (11):27-29. [11]黄云峰,钱鑫.超细磨预处理难浸金矿石的研究[J].黄金,1999. 20 (3):28-31. [12] 邵秋萍 , 梅小泊 , 顾美芬 . 新型超细磨粉机的研制和应用 [J]. 化工矿物与加工 ,2004.,33 (12):24-25. 31. [13]黄圣生.压力磨矿:一种新的磨矿技术[J].世界有色金属,1990 (9):14-15.


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