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超細攪拌磨礦機的研究 張國旺1 2 黃圣生2 李自強1 趙湘1 (1 長沙礦冶研究院選礦所    2 中南大學資源加工與生物工程學院  ) 發布時間：2003年12月31日 13時44分 摘  要  攪拌磨是一種高效率的超細粉磨設備。本文介紹了新型攪拌磨設備結構，工藝及其在工業礦物中的應用情況 1  概述 攪拌磨是一種高效率的超細粉磨設備，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中應用。隨著新材料的迅速發展，越來越需要超細非金屬工業礦物粉體，例如：造紙工業需要超細高嶺土，超細碳酸鈣（-2μm≥70~90%）；塑料工業需要超細重質碳酸鈣和滑石粉、硅灰石粉、云母粉（-10μm~20μm）；陶瓷行業需要超細硅酸鋯釉料（-5μm）；精細陶瓷行業需要超細SIC，超細Al2O3(-1μm)等等。這些極大地刺激了超細粉磨設備的發展，特別是攪拌磨的發展。最近幾年來，一些科研工作者對攪拌磨是一種高效率超細粉磨設備作了充分肯定，進行了一些基礎研究工作[1][2][3]，制造了一些工業化設備[4][5]。但是，對如何提高攪拌磨設備本身的能量利用率和工業礦物不同具體用途的最佳細磨工藝研究較少。長沙礦冶研究院在80年代研制成功立式螺旋攪拌磨礦機以來，經過10多年的改進和完善，已應用在金礦再磨、氧化鐵紅細磨、石墨剝片提純、電解錳濕磨和高嶺土細磨等行業。然后經過幾年的試驗研究并綜合吸收塔式磨（立式螺旋攪拌磨）、砂磨機、間歇式攪拌磨和環隙磨等設備優點，又研制成功了一種新型超細攪拌磨機，該設備已逐步應用在重鈣、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。   2  攪拌磨礦機的發展現狀 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 典型機型 粉碎機構及粉碎機理 應用范圍 塔式磨礦機（立式螺旋攪拌磨礦機） KD干法KW濕法JM立磨機 立式螺旋攪拌器，立式筒體。以中低速度攪拌介質。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。中速攪拌介質球。摩擦、沖擊粉磨物料。 鐵氧體粉末冶金精細陶瓷材料電子材料 流通管型 SK砂磨機BP剝片機DyNo-millLME 圓盤或攪拌棒，立式或臥式攪拌筒體。高速強力攪拌介質球。沖擊、摩擦、剪切、粉磨物料。 造紙填料、涂料、油漆、染料、油墨、食品、藥品、農藥、生物細胞 環隙型 CoBall millCer-mill 二重圓筒或二重圓錐內筒的高速旋轉。在環隙中攪拌介質球。沖擊、剪切、摩擦粉磨物料。 高技術陶瓷、新材料、磨料  2.2  現有攪拌磨的分析 塔式磨如圖1所示, 在1952年由日本河端重勝博士發明，現已應用在金礦、鉛鋅礦再磨作業，近年來也逐步應用在非金屬礦物加工行業。長沙礦冶研究院進行了大量試驗研究工作，制造了立式螺旋攪拌磨礦機，該機特點是：中低速，較高的介質充填高度，螺旋攪拌器，在細磨或超細磨時能量利用率高。但是該機筒體太高，維護和檢修不太方便；另外要進行超細磨時，由于采用螺旋攪拌器，難以提高速度。   圖1  塔式磨機原理圖 砂磨機（剝片機）如圖2。又稱為高速攪拌磨機，該種設備在油漆行業得到了廣泛應用。但是，速度高，在筒體內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，圓盤，筒壁磨損嚴重，發熱大，外殼須設冷卻夾套。優點就是筒體高度適宜，總機重量輕，維護和檢修方便。   圖2  砂磨機原理圖   棒式攪拌磨，或稱周期式攪拌磨，例如美國UP公司Attritor攪拌磨如圖3，在精細陶瓷、電子材料、粉末冶金等行業應用。由于采用棒式攪拌結構，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，因而傳輸給介質的能量是不相等的，在筒體內能量分布不均勻；另外，攪拌棒的數量太少，這樣傳遞給介質的能量頻率低。該機優點是結構簡單，維護方便。配合外部循環泵的使用，能將物料磨至幾微米。     圖3 棒式攪拌磨機原理圖 環隙式攪拌磨,解決了能量密度不均勻問題，能量利用率高，其產品粒度均勻。但是有效容積變小，設備大型化困難。僅限于一些精細陶瓷、磨料和特種油墨和涂料等精加工行業中應用。而工業礦物粉體制備，需要處理量大的加工設備。因此, 研制產品粒度細、處理量大的大型超細攪拌磨機對于工業礦物粉體的深加工是當務之急。   3  新型高效超細攪拌磨機的研究開發 綜合以上分析和根據我們長期的試驗研究和工業應用實踐，設計了一種能量利用率高，操作維護方便，能夠大處理量粉磨工業礦物的新型超細攪拌磨─立式棒式攪拌磨機。如圖4。 該設備主要由螺旋棒式攪拌器、筒體、驅動裝置和機架組成。攪拌器采用螺旋棒式結構，主軸直徑較大，攪拌器上棒分布數量較多，這樣增加了攪拌小介質球的機會。攪拌器可以采用合金鋼、聚氨酯、陶瓷或硬質合金制作，筒體采用異形結構,可采用合金鋼、聚氨酯、不銹鋼制作，筒體外殼設置有冷卻水套。介質球可以采用玻璃珠、陶瓷珠、鋼球或硬質合金球，球直徑在φ1~φ10mm，如果需要更細的球也可以。 工作時，上部傳動裝置帶動攪拌器以適宜的速度（3~6m/s）攪拌介質球，主要利用球介質之間的摩擦、剪切和沖擊粉磨物料。   圖4  新型超細攪拌磨礦機 4  工藝設計 4.1  干磨工藝 干法工藝主要是生產600目~2500目粒度的工業礦物粉體，主要有：重鈣、滑石、輕燒鎂粉等。生產中必須配用干法微細粒分級機，而且產品細度取決于分級機，典型工藝如圖5。 該流程運轉費用低，電耗低，可以省去濕法中的干燥設備，在磨礦時可以同時表面改性。但是還需解決：工業礦物磨細后團聚問題；攪拌器耐磨及防鐵污染；磨礦時的熱量散失問題。   圖5  干磨工藝 1--提升機,2--攪拌磨機,3--分級機,4--收集器,5--風機.   4.2  濕磨工藝 濕磨工藝主要生產超細工業礦物，例如高檔造紙涂布重鈣產品（-2μm≥90%），主要有一段式（間歇式）、多段式、循環式和閉路磨礦（磨礦+分級）。 最為理想的濕磨工業是閉路磨礦，該工藝保證了產品無過磨現象，提高了磨礦效率，保證了最終產品細度的穩定。但是目前還沒有高效超細濕法分級設備，而且分級后細粒級濃度太釋，需要設置大型濃縮池。濕法超細分級設備主要有小直徑（φ10）旋流器，臥式螺旋分級機和蝶式分級機。 循環式磨礦是一種很好的細磨工藝，如圖6所示,特別是大處理量循環磨礦，細磨產品粒度分布窄，散熱效果好，濕磨產品濃度可達60~70%，可直接進入閃蒸干燥，多功能干燥等設備干燥，減少了壓縮設備，該工藝投資較省。     圖6  循環磨礦工藝 多段式磨礦是幾臺攪拌磨機串聯, 如圖7所示，根據磨礦細度，可以在每一段攪拌磨機內加入不同直徑的介質球，這樣提高了磨礦效率，散熱條件好，但是，該工藝投資大，適應于大規模工業生產。另外工藝中任何一臺設備發生故障，生產線就得停下，影響正常生產。                          圖7  多段磨礦工藝 小1--調漿桶, 2.4.7.10--泵,3.6.9--中間桶,5.8.11--攪拌磨機,12--篩子,13--貯漿桶. 一段磨礦或間歇磨礦僅適用于產品粒度較細或處理量很小的場合，非金屬工業礦物中應用較少。 目前，閉路磨礦工藝和大處理量循環磨礦工藝是較為先進的濕磨工藝。 5  工業礦物對細磨的特殊要求 工業礦物，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、細度、粒度分布、粒度形狀和顏色等特點而產生了許多不同的用途，廣泛地應用在塑料、造紙、油漆、化工、冶金、陶瓷行業中。因此對超細粉磨設備及其工藝提出了特殊要求，不是純粹簡單的粒度減小過程。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，不能產生二次污染。這就需要攪拌磨轉速不能太高，介質球表面光滑，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，需要長徑比大，產品粒度細，這樣制作的材料具有較強的剛度和韌性。陶瓷粉末需具備超細（-1μm），高純（99.9%），高度分散，粒度分布窄，等積形顆粒形狀等。作為涂布級造紙用重質碳酸鈣，需要超細（-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。 由于工業部門對超細工業礦物粉體提出了特定的要求，這就決定了超細粉磨設備和工藝必須滿足：    1） 產品細度，粒度分布，粒度形狀；    2） 磨礦時不能產生二次污染；    3） 處理能力大；    4） 能量利用率高。