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超細攪拌磨礦機的研究

長沙萬華 0000-00-00 | 閱讀：3131

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(fā)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(jié)構(gòu),，工藝及其在工業(yè)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(yè)中應用,。隨著新材料的迅速發(fā)展,，越來越需要超細非金屬工業(yè)礦物粉體，例如：造紙工業(yè)需要超細高嶺土,，超細碳酸鈣（-2μm≥70~90%）,；塑料工業(yè)需要超細重質(zhì)碳酸鈣和滑石粉、硅灰石粉,、云母粉（-10μm~20μm）；陶瓷行業(yè)需要超細硅酸鋯釉料（-5μm）,；精細陶瓷行業(yè)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(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(yè)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(yè)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(jīng)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(yè),。然后經(jīng)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(huán)隙磨等設備優(yōu)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(yè),。 2 攪拌磨礦機的發(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型粉碎機構(gòu)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(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(zhì)球,。沖擊,、摩擦、剪切,、粉磨物料,。造紙?zhí)盍稀⑼苛?、油漆,、染料、油墨,、食品,、藥品、農(nóng)藥,、生物細胞環(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)已應用在金礦、鉛鋅礦再磨作業(yè),，近年來也逐步應用在非金屬礦物加工行業(yè),。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(zhì)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(yè)得到了廣泛應用,。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,，筒壁磨損嚴重，發(fā)熱大,，外殼須設冷卻夾套,。優(yōu)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(yè)應用,。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,。該機優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,，維護方便。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(yè)中應用。而工業(yè)礦物粉體制備,，需要處理量大的加工設備,。因此, 研制產(chǎn)品粒度細、處理量大的大型超細攪拌磨機對于工業(yè)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(fā) 綜合以上分析和根據(jù)我們長期的試驗研究和工業(yè)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(yè)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(qū)動裝置和機架組成。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)球的機會。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(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(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粒分級機，而且產(chǎn)品細度取決于分級機,，典型工藝如圖5,。該流程運轉(zhuǎn)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(yè)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(chǎn)超細工業(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）。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)品細度的穩(wěn)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(huán)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(huán)磨礦,，細磨產(chǎn)品粒度分布窄,，散熱效果好，濕磨產(chǎn)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(huán)磨礦工藝多段式磨礦是幾臺攪拌磨機串聯(lián), 如圖7所示，根據(jù)磨礦細度,，可以在每一段攪拌磨機內(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，適應于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn),。另外工藝中任何一臺設備發(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,12--篩子,13--貯漿桶. 一段磨礦或間歇磨礦僅適用于產(chǎn)品粒度較細或處理量很小的場合,，非金屬工業(yè)礦物中應用較少。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的濕磨工藝,。 5 工業(yè)礦物對細磨的特殊要求工業(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、細度,、粒度分布,、粒度形狀和顏色等特點而產(chǎn)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(yè)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(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，需要長徑比大,，產(chǎn)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(zhì)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(yè)部門對超細工業(yè)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(chǎn)品細度,，粒度分布，粒度形狀,； 2）磨礦時不能產(chǎn)生二次污染,； 3）處理能力大； 4）能量利用率高,。

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