典型石墨再磨設(shè)備的應(yīng)用進(jìn)展

劉之能

(北京礦冶研究總院)

典型石墨再磨設(shè)備的應(yīng)用進(jìn)展

劉之能

(北京礦冶研究總院)

著重?cái)⑹隽饲蚰C(jī)和攪拌磨機(jī)等應(yīng)用較為廣泛的石墨再磨設(shè)備，對攪拌磨機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和種類做了較詳細(xì)的介紹，并對石墨再磨設(shè)備的選型方法和原則進(jìn)行了分析。

石墨 再磨 球磨機(jī) 攪拌磨 選型

石墨是非金屬礦中的一種重要的國際戰(zhàn)略資源，按照其性質(zhì)和地質(zhì)成因，共分為鱗片石墨和土狀石墨2大類。

因石墨具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、潤滑性、穩(wěn)定性、可塑性且無毒、可涂敷性、易加工成型等特點(diǎn)，而被廣泛用作耐火材料、導(dǎo)電材料、耐磨潤滑材料、抗腐蝕材料、導(dǎo)熱材料、高溫冶金材料等，這些材料在科工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，在電力電子、航空航天、軍事領(lǐng)域更是十分重要的戰(zhàn)略性物資。基于石墨在國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化建設(shè)中的重要地位，因而享有“黑金子”的美稱，有專家預(yù)言——20 世紀(jì)是硅的世紀(jì)，21 世紀(jì)將是碳的世紀(jì)。

目前，我國已有石墨生產(chǎn)企業(yè) 300 余家，其中年產(chǎn)萬t以上石墨的大型礦山有 40 余家，已經(jīng)形成了雞西、蘿北、萊西與平度、盤石、魯塘和內(nèi)蒙古等幾大生產(chǎn)加工基地，這幾大生產(chǎn)加工基地的產(chǎn)量占全國石墨總產(chǎn)量的80%以上，代表著我國石墨行業(yè)的整體水平[1]。

石墨具有較好的天然可浮性，尤其是鱗片石墨，因而，石墨的選別通常采用浮選工藝。對鱗片石墨而言，在磨礦過程中加強(qiáng)對石墨鱗片的保護(hù)、在浮選過程中提高石墨回收率是國內(nèi)石墨加工中亟需解決的課題[2]。

目前，石墨選礦通常采用多段磨多段選工藝，以盡早選出實(shí)際應(yīng)用的大鱗片石墨。占我國30%石墨資源的雞西地區(qū)的石墨廠，采用7次左右的磨礦、10次左右的精選的階段磨選工藝情況十分普遍[3-4]，因此，石墨的磨礦是石墨回收的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 石墨再磨設(shè)備的應(yīng)用進(jìn)展

石墨的磨礦設(shè)備大致可分為球磨機(jī)和攪拌磨機(jī)2大類。

1.1 球磨機(jī)

球磨機(jī)是選礦廠應(yīng)用廣泛、歷史悠久、操作簡單、且生產(chǎn)成本較低的磨礦設(shè)備。格子型球磨機(jī)、溢流型球磨機(jī)均被廣泛采用[5]。圖1為某石墨選礦廠的再磨溢流型球磨機(jī)。

圖1 應(yīng)用于石墨再磨流程的球磨機(jī)

球磨機(jī)在石墨再磨流程中，主要用于一段磨礦或二段再磨，其裝機(jī)功率一般在80～120 kW，介質(zhì)充填率為30%～40%，單臺(tái)處理能力在10～40 t/h不等。

1.2 攪拌磨機(jī)

20世紀(jì)30年代，攪拌磨機(jī)開始應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，至今已有80多a，已經(jīng)發(fā)展成為了一類加工制造方便、操作簡單、種類齊全的磨礦設(shè)備。

攪拌磨機(jī)與球磨機(jī)最大的區(qū)別在于前者內(nèi)部有攪拌裝置。磨機(jī)工作時(shí)筒體固定不動(dòng)，攪拌裝置以一定的速度旋轉(zhuǎn)。攪拌磨機(jī)通過攪拌裝置的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)研磨介質(zhì)進(jìn)行自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生剪切、沖擊、摩擦作用，以達(dá)到對物料進(jìn)行細(xì)磨的目的。攪拌裝置的末端線速度一般為3～20 m/s。

攪拌磨機(jī)的常見攪拌裝置形式有螺旋式、圓盤式、棒式和葉輪式等[6]，石墨再磨流程中應(yīng)用較多或前景較為廣闊的有葉輪式和棒式2種，其中葉輪式可分為雙層葉輪式和多層葉輪式，其在國內(nèi)很多地區(qū)的石墨再磨流程中得到應(yīng)用。

1.2.1 雙層葉輪式攪拌磨

雙層葉輪式攪拌磨機(jī)由北京礦冶研究總院自20世紀(jì)90年代末自主研發(fā)。該設(shè)備充分吸收了國內(nèi)外已有設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，摒棄了相關(guān)設(shè)備的不足，產(chǎn)生了多項(xiàng)國內(nèi)攪拌磨機(jī)的創(chuàng)新性技術(shù)。應(yīng)用在石墨再磨流程中的主要有GJM10(GJ5×2)雙槽攪拌磨機(jī)和GJM5(GJ5/75)單槽攪拌磨機(jī)，上述2種設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 GJM型攪拌磨機(jī)基本結(jié)構(gòu)

GJM型攪拌磨機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、雙層葉輪攪拌器、槽體、排料篩、橡膠襯和電控柜等部分組成[7]。

GJM型攪拌磨機(jī)應(yīng)用于2段以后的再磨流程中，此設(shè)備在雞西地區(qū)的石墨再磨流程中應(yīng)用十分廣泛，圖3為GJM5(GJ5/75)單槽攪拌磨機(jī)在雞西某石墨選礦廠3段再磨中的應(yīng)用。

圖3 應(yīng)用于石墨再磨流程的GJM型攪拌磨機(jī)

雞西地區(qū)應(yīng)用的GJM型攪拌磨機(jī)的裝機(jī)功率一般為45～75 kW，單槽容積為5 m3左右，單臺(tái)設(shè)備處理量為1.5～3.0 t/h，磨礦濃度為18%～20%，研磨介質(zhì)為φ6～8 mm陶瓷球、玻璃球等，研磨介質(zhì)充填率在40%左右。

1.2.2 多層葉輪式攪拌磨

多層葉輪式攪拌磨機(jī)的攪拌裝置結(jié)構(gòu)型式與雙層葉輪式相似，只是攪拌裝置上有4～6層葉輪；磨機(jī)槽體為圓筒狀，其在雞西地區(qū)某石墨再磨流程中的應(yīng)用見圖4。

圖4 應(yīng)用于石墨再磨流程的多層葉輪式攪拌磨機(jī)

多層葉輪式攪拌磨機(jī)的裝機(jī)功率一般為15～35 kW，容積約為0.5 m3，4層葉輪結(jié)構(gòu)，研磨介質(zhì)為φ12 mm左右的陶瓷球或玻璃球，單臺(tái)設(shè)備的處理能力一般在0.8～1.5 t/h。

1.3 棒式攪拌磨機(jī)

棒式攪拌磨機(jī)于20世紀(jì)60年代由Svedala研發(fā)成功，并于1969年應(yīng)用于高嶺土磨礦工藝中，21世紀(jì)才開始應(yīng)用于石墨再磨流程中。

棒式攪拌磨機(jī)是一款流化立式攪拌磨機(jī)，其利用攪拌棒的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，使磨礦腔室中的介質(zhì)和料漿混合物產(chǎn)生高能運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生顆粒間的剪切、摩擦和擠壓力，形成細(xì)磨、再磨以及擦洗的理想磨礦環(huán)境[8]。

棒式攪拌磨機(jī)在國外的石墨再磨流程中應(yīng)用較多，圖5為國外某石墨礦棒式攪拌磨機(jī)的應(yīng)用情況。

圖5 應(yīng)用于國外石墨再磨流程的棒式攪拌磨機(jī)

棒式攪拌磨機(jī)的裝機(jī)功率一般為18.5～1 100 kW，但在石墨再磨流程中的應(yīng)用規(guī)格均較小，一般在18.5～185 kW，研磨介質(zhì)為陶瓷球，單臺(tái)設(shè)備處理能力一般為1.5～15 t/h。

2 石墨用再磨設(shè)備選型原則

綜合現(xiàn)有石墨再磨流程中所用的細(xì)磨設(shè)備，考慮石墨鱗片結(jié)構(gòu)的特殊性，在石墨再磨設(shè)備選型中應(yīng)著重注意以下幾點(diǎn)：

(1)在滿足石墨單體解離的情況下，應(yīng)盡可能保護(hù)產(chǎn)品中大鱗片石墨，盡量減少礦物顆粒的過磨現(xiàn)象。

(2)由于再磨段數(shù)較多，再磨設(shè)備應(yīng)具有功耗低、效率高等突出優(yōu)點(diǎn)。

(3)再磨設(shè)備所使用研磨介質(zhì)應(yīng)常見且成本低，同時(shí)設(shè)備的安裝維護(hù)成本也應(yīng)盡量低。

根據(jù)上述要求，分析石墨再磨流程中的現(xiàn)有設(shè)備，總結(jié)歸納出的石墨再磨設(shè)備選型的基本原則：

(1)一、二段磨礦由于處理量較大，可選用球磨機(jī)為磨礦設(shè)備，但必須注意到球磨機(jī)以沖擊破碎方式來達(dá)到細(xì)磨作用，對大鱗片石墨有破壞性，且球磨機(jī)的磨礦效率較低。因此，在經(jīng)濟(jì)成本允許的情況下，可考慮采用大規(guī)格棒式攪拌磨機(jī)來代替球磨機(jī)進(jìn)行一、二段細(xì)磨。

(2)對二段以后的再磨，由于處理量適中，可選擇葉輪式和棒式攪拌磨機(jī)作為再磨設(shè)備。該類設(shè)備具有功耗低、效率高、磨礦介質(zhì)消耗低、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其生產(chǎn)能力更強(qiáng)、操作更安全，且易于實(shí)現(xiàn)常規(guī)和優(yōu)化控制；最重要的是，該類設(shè)備能有效地保護(hù)大鱗片石墨，尤其是棒式攪拌磨機(jī)，對大鱗片石墨的保護(hù)更加有效，其對提高大鱗片石墨的產(chǎn)率和提升經(jīng)濟(jì)效益方面具有重要作用。

3 結(jié) 論

(1)在石墨的多段磨選中，球磨機(jī)和攪拌磨機(jī)都得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)也取得了較好的應(yīng)用效果，這些設(shè)備的配合使用，可以選別出品位高達(dá)95%以上的高純度石墨。

(2)從保護(hù)大鱗片石墨及降低磨礦能耗、節(jié)約成本等方面考慮，攪拌磨機(jī)(葉輪式和棒式)相對于球磨機(jī)具有顯著的優(yōu)勢，尤其是棒式攪拌磨機(jī)。

[1] 李傳華.雞西市石墨產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2008.

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[7] 孫小旭,盧世杰,楊俊平,等.GJM攪拌磨機(jī)在非金屬礦細(xì)磨中的應(yīng)用[J].礦山機(jī)械,2014(11)：80-82.

[8] Davey，Graham.Fine copper grinding using Metso's stirred Media Detritor [J].Mining Engineering，2004(4):33-35.

Equipments Application Status in Typical Graphite Ore Regrinding Operation

Liu Zhineng

(Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy)

Equipments, such as ball mill and stirred mill, used in graphite regrinding was emphasis analyzed. Basic structure and types of stirred mill was introduced in detail. Equipment's type selection methods and principles on graphite regrinding were analyzed.

Graphite, Regrinding, Ball mill, Stirred mill, Type selection

2015-05-18)

劉之能(1982—)，男，工程師，100160 北京市南四環(huán)西路188號。