几种典型搅拌磨机在金属矿山的应用进展

随着矿产资源的大规模开发利用，矿物成分简单、易于选矿的富矿日益枯竭，矿产资源贫、细、杂的特点日益显现，选矿难度越来越大，选矿成本不断增加。在选矿过程中，破碎和磨矿的高能耗和消耗尤为明显，因为矿物的嵌布粒度变小后，需要细磨和完全解离才能满足选矿条件。以国外一些选矿厂为例，选矿的给矿粒度已经从早期的P80=74m降低到10m  m以下，在此前提下，传统球磨机已经不能满足细磨的要求，更加高效节能的搅拌磨逐渐取代了细磨球磨机在再磨、细磨、超细磨中的地位。

1搅拌机简介

磨机诞生于20世纪30年代，已经在工业上使用了80多年。现已发展成为一种品种繁多的研磨设备。

磨机和球磨机最大的区别是前者有搅拌装置，磨机工作时搅拌器旋转而筒体固定。粉碎机通过搅拌器的转动，带动圆筒内的介质产生绕轴圆周运动和介质的旋转，从而产生冲击、剪切和摩擦，粉碎物料。通常，搅拌器尖端的圆周线速度约为3 ~ 20m/s.常见的搅拌器包括螺旋叶片、穿孔圆盘、径向直杆和叶轮。

伊萨米尔2

2.1结构和工作原理

Isa磨机是澳大利亚MountIsa  Mine公司和德国Nitsch公司于90年代开发的大型卧式搅拌磨机。目前最大规格5万L的ISA磨正在研发中，单机装机功率达到8MW。Isa磨的能量输入密度可达350kW/m3，而球磨机仅为20kW/m3左右。因此，在相同的输入功率下，Isa磨的设备体积只有球磨机的1/10左右。

Isa磨主要用于细磨和超细磨过程，由于使用了细直径的研磨介质，能量利用率高。通常介质直径小于3mm，所用介质最大直径为6mm。与球磨机相比，Isa磨的研磨表面积增加了几十倍，研磨效率明显提高。

Isa磨机的结构包括电机、减速器、工作部件和气缸，如图1所示。磨机筒体可沿轴向平移，可提高工作效率，方便操作。Isa磨的工作部件由一个主轴和多个并排串在轴上的圆盘组成。工作时，圆盘的圆筒线速度高达19 ~ 22m/s，带动圆筒内的研磨介质绕轴向运动和旋转，从而有效地破碎矿物。出矿口有产品分离器，在磨机内自动循环分级，不经过外部分级机，使合格颗粒排出，不合格颗粒返回磨机内部再次细磨，实现开路磨矿配置。缸内介质填充率为80%，磨浆浓度一般为50%左右，浆料体积占缸有效容积的20%。磨机内腔完全充满，进料压力为0.1 ~ 0.2 MPa。

1.马达2。减速器3。轴承座4。工作部件。

5.6号气缸。进料口7。卸料口

图1Isa磨机结构示意图

2.2 isa磨的研究进展

Westhuizen等人利用正电子发射粒子追踪技术研究了Isa磨机中介质的运动规律。研究表明，磨机旋转时，介质紧贴圆筒内壁形成环状分布，介质的运动速度随着转速的增加而增加，但随着介质填充率的增加而减小。在低转速下，介质在上升侧的速度低于下降侧的速度，并且介质的最高速度在转盘上的开口处。在相同的操作参数下，陶瓷介质的速度低于玻璃珠，且介质加速度最大值出现在开口处

Jayasundara等人结合计算流体力学(CFD)和离散元方法(DEM)研究了颗粒在Isa磨中的运动规律，并将模拟结果与正电子发射粒子追踪技术的试验结果进行了对比。计算机模拟结果表明，Isa磨内盘面附近颗粒速度较高，填充率为40%时介质主要分布在筒体两端，而填充率为80%时介质分布更加均衡。计算机模拟和正电子发射粒子追踪技术的测试结果是相似的。介质沿径向的速度从主轴到转盘上的开口位置逐渐增大，再到圆筒内壁逐渐减小。介质的加速度随转速的增大而增大，随填充率或介质密度的增大而减小。

Jayasundara等人也通过实验和数值模拟研究了介质粒度对搅拌磨研磨性能的影响。研究表明，搅拌磨的研磨过程遵循一级研磨动力学。磨矿效率随着转速的增加而增加，介质粒度(2、4、6mm)对磨矿效率影响不明显，差异在5%以内，而能耗随着介质粒度的增加而明显增加。模拟结果表明，碰撞总能量与破碎率呈幂函数关系，粉碎效率可以表示为碰撞总能量与输入能量的比值。

鲍里斯。Farber等人研究了介质尺寸和机械性能对研磨效率和介质消耗的影响。结果表明，选择合适的中粒度和高密度，磨矿效率可提高近30%。低摩擦系数的介质会明显降低设备的能耗，而高密度的介质会明显增加介质本身和搅拌组件的磨损率。高密度和大直径的介质使Isa磨机能够处理粗给料。

2.3 isa轧机的应用进展

1992年，100L容积的Isa磨机试验成功后，1994年澳大利亚MountIsa  mine铅锌矿尾矿再磨作业中应用了3000L容积的Isa磨机，单台装机功率1120kW，将尾矿细磨至P80=7m，提高了铅锌矿回收率。1999年，该矿安装了6台M3000Isa磨机。

1995年，澳大利亚McArthurRiver矿安装了6台M3000Isa磨机。生产过程中，采用第一台自磨机筛分出的0.8 ~ 1.8 mm粒度产品作为Isa磨机的磨矿介质，将浮选粗精矿从F80=45m开路磨至P80=7m，实现了Isa磨机的自磨作业。2005年，该矿粗磨工序安装使用了两台M3000Isa磨机，将来矿F80=247 ~ 253 m磨至P80=36 ~ 43 m，磨矿介质粒度为5 ~ 6mm。这是Isa磨机首次应用于粗磨工艺，使全厂产能提高了27%。

2003年，英美铂业集团公司在南非WLTR选矿厂安装了世界上第一台M10000 Isa磨机，装机功率2600kW，是当时使用的最大的Isa磨机。使用Isa磨机后，金属回收率从45% ~ 50%提高到55% ~ 60%。三种铂族元素(铂、钯、铑)在整个浮选流程中的回收率提高了3%。到2009年，该矿安装了22台Isa磨粉机。

澳大利亚最大的金矿也采用Isa磨机将金精矿细磨至10m以下，直接进入氰化浸出。该技术已成功应用于黄金行业，在世界上首次废除了污染严重、成本高的高温焙烧炉操作，对环境保护具有现实意义。

3立式螺旋搅拌磨

3.1结构和工作原理

立式螺旋搅拌磨因其搅拌器为螺旋叶片而得名。因其形状细而高，也俗称为TowerMill。美卓矿业公司生产的立式螺旋搅拌磨机在国内外金属矿山广泛使用，被称为Vertimill。

久保田公司在20世纪50年代制造了第一台用于选矿的立式螺旋磨机(塔式磨机)；20世纪80年代末，美卓矿业公司收购了这项专利技术

立式螺旋搅拌磨机多用于P80在15 ~ 30 m时的再磨回路，通常给料粒度F80在74m左右，实际生产中最大给料粒度可达6mm。但有研究报告表明，当饲料中-74m含量过低时，立式螺旋搅拌磨与球磨机能耗相差不大，产品粒度在20  m以下时节能效果不明显

立式搅拌磨由驱动装置、传动装置、工作部件、筒体和机架五部分组成，自上而下垂直安装，如图2所示。圆筒内加入直径约12 ~ 30 mm的钢球作为研磨介质，也可用硬砾石和陶瓷球作为研磨介质。

1.马达2。耦合3。止推轴承4。传动轴5。进料口6。圆柱体。

7.检修门8。减速器9。减速器座10。球入口11。分类器。

12.循环泵13。矿石排出口14。矿石回流管15。空气排放口16。螺旋叶片。

17.磁性衬板

图2立式螺旋搅拌磨的结构

物料进入磨机后，与介质充分混合，在螺旋搅拌器的带动下，沿轴向做上下圆周运动，沿轴向做圆周运动。介质的重力和挤压力产生冲击、剪切和摩擦，使物料有效破碎，在重力作用下自然分级。大颗粒物料下沉，继续研磨，小颗粒物料上浮进入分级装置。溢流为合格的研磨产品，沉降的砂返回磨机内部，形成闭路。

3.2研究进展

穆等人用离散元法模拟了立式螺旋搅拌磨的内部介质。模拟结果表明，靠近螺旋叶片的介质速度矢量最大，研磨效果最强，而远离螺旋叶片和上层的介质研磨效果最差。内部介质运动一定时间后会达到平衡的运动状态，保证了研磨效果与研磨时间的对应性；介质的动能和克服摩擦力所做的功是能量耗散的两个方面。磨机工作时，介质的总动能不是常数，而是在一定数值范围内上下波动。

非球形研磨介质的运动特性明显不同于球形研磨介质。首先，非球形介质的冲击强度比球形介质弱，筒体内的有效研磨体积减小，恶化了研磨效果。其次，非球形介质的流动性差增加了搅拌叶片和圆筒内壁的磨损。

对矿浆粘度的研究表明，高粘度的矿浆会减缓介质的运动，但有助于捕获介质球体之间的颗粒。当粘度较低时，流体会润滑介质，从而降低研磨效率。高浓度适合细磨，低浓度适合磨粗矿。

3.3申请进度

立式搅拌磨已成功地用于金、钼、铁、铜和镍矿石的细磨和再磨过程。应用表明，它具有介质消耗低、维护要求低、使用寿命长、设备基础简单、安装周期短、安装成本低、占地面积小、工作噪音低等优点。

立式搅拌磨规格从0.4kW到2240 kW不等，最大功率2240 kW的磨机最大产能可达2000t/h，该磨机已于2010年安装在澳大利亚Newerest公司的CadiaValley铜金矿。

澳大利亚Hellyer选矿厂的矿物成分复杂，有铜、银、铅、锌四种产品，必须细磨到20m才能解离出所有单体。Hellyer选矿厂选择立式螺旋搅拌磨作为细磨设备。实验室试验选型前期，塔磨比细磨球磨机节能40%。

立式螺旋搅拌磨机用于墨西哥的选矿厂。介质消耗从821g/t下降到429g/t，介质消耗下降了48%。这主要是由于搅拌磨和球磨机的研磨机理不同，改变了介质间的碰撞形式，大大减少了碎球量，保持了研磨介质的原有形状和研磨效率。

江西铜业集团银山矿业有限公司银山选矿厂引进两台600kW左右的立式螺旋搅拌磨机进行粗精矿再磨，产品粒度P80为45  m，使用统计表明，该磨机节能效果明显，在同等生产条件下比球磨机节能40%左右，单位钢球消耗约0.2 kg/t，预计每年可节约运行成本约300万元。

山东黄金矿业有限公司焦家金矿精炼厂引进了一台功率约1000kW的塔式磨机。该厂给矿粒度为-74m50%，产品粒度为-38m95%，可处理金矿石量约1200t/a，取得了良好的经济效益。

4 SMD轧机

4.1结构和工作原理

SMD(搅拌介质粉碎器)磨机是一种立式搅拌磨机，以径向直杆作为搅拌器。它首先应用于非金属矿物工业，旨在对颜料等易磨材料进行超细研磨。美卓矿业公司开发的最大SMD轧机达到了1100kW。该机型的磨矿粒度比立式螺旋搅拌磨和Isa磨更细。该机型使用的研磨介质为1 ~ 3 mm，磨机出料P80通常在10  m以下。

该磨机的整体结构与立式螺旋搅拌磨机相似，由驱动装置、传动装置、工作部件和机筒组成，如图3所示。枪管横截面为八角形，高径比为1，333，601。磨机工作时，搅拌器尖端的速度约为11m/s。磨机依靠一组筛孔尺寸为300m的筛网将砂介质保持在磨机中。

1.马达2。驱动装置3。4号气缸。圆筒

图3 3 SMD轧机结构图

4.2研究和应用进展

澳大利亚ZinifexCentury锌矿安装了21台装机容量为355kW的SMD磨机，其中15台用于超细磨矿，给料粒度F80=34m，磨矿产品粒度P80=6.6m，另外6台用于再磨工艺。研磨介质为美国科罗拉多斯普林斯直径1 ~ 2mm的河砂，研磨单位能耗为34 ~ 37(kWh)/t。

澳大利亚塔斯马尼亚铜矿的开采量约为280万t/a，主要产品为黄铜，铜品位为27.5%，回收率为92%。SMD磨机作为扫选精矿和精选铜尾矿的再磨设备，最终精矿品位提高2.3%，铜回收率提高1%。

2000年底，在澳大利亚昆士兰州的Seranga铜矿安装了一台185kW  SMD磨机，用于再磨最终的粗选和扫选精矿。该磨机给料粒度约F80=60m，产品粒度P80=40m，最终铜精矿品位提高1.7%，回收率提高1.5%，选矿厂处理能力由90t/h提高到120t/h，提高了1/3。

5结论

高强度、耐磨性和可靠性是磨机在金属矿山成功应用需要突破的关键问题。首先，搅拌磨设备需要有足够的规格来满足金属矿山的加工能力，以高产量降低生产成本，提高生产效率；其次，搅拌磨各工作部件的耐磨性是制约设备使用寿命的关键因素。球磨机的钢耗和球耗都是长期使用过程中的重要运行成本，搅拌磨在工作部件损耗方面的优势有待提高。再次，金属矿山恶劣的工作环境要求设备具有工作可靠性，以便在维护、更换备件、添加介质等方面尽量减少工作量，缩短作业时间。

随着计算机技术的不断进步，以离散元法为核心的搅拌磨介质运动规律的研究逐渐发展起来，但目前还没有权威的破碎理论来揭示搅拌磨的破碎机理。助磨剂的研究在一定程度上有助于提高搅拌磨的研磨效率；球磨机、立式螺旋搅拌磨、Isa磨和SMD磨在处理不同粒度的矿物时各有优势。研究不同类型磨机在粉磨过程中的最佳磨矿粒度对节能降耗具有深远的意义。

来源：矿机之家

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