355kW立磨機(jī)在鋁土礦細(xì)磨中的應(yīng)用

劉建強(qiáng) 周宏喜

摘 要：本文主要介紹立磨機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，重點(diǎn)闡述裝機(jī)功率為355 kW的KLM-355型立式螺旋攪拌磨機(jī)（簡稱立磨機(jī)）用于云南某鋁土礦細(xì)磨作業(yè)中的工藝概況。在入磨粒度-74 μm約占70%、系統(tǒng)新給礦濃度為25%～40%的條件下，最終產(chǎn)品粒度-74 μm的占比高于97%，且設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)、機(jī)械性能穩(wěn)定，磨礦性能達(dá)到了生產(chǎn)要求。355 kW立磨機(jī)用于鋁土礦的細(xì)磨作業(yè)，可以提高礦物單體解離度，為后續(xù)燒結(jié)作業(yè)提供合格的原料。

關(guān)鍵詞：立磨機(jī);鋁土礦;細(xì)磨

中圖分類號(hào)：TD453文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）14-0067-04

Abstract： In this paper， the basic structure and working principle of the vertical mill are introduced， and the process of the KLM-355 vertical spiral agitating mill with installed power of 355 kW used in the fine grinding of a certain bauxite in Yunnan Province is described. Under the conditions that the particle size of the final product is -74μm is higher than 97%， the equipment runs stably and the mechanical properties are stable， and the grinding performance meets the production requirements. The 355 kW vertical mill used for fine grinding of bauxite can economically improve the degree of mineral monomer dissociation and provide qualified raw materials for subsequent sintering operations.

Keywords： vertical mill machine;bauxite;fine grinding

石油開采時(shí)，石油支撐劑隨同高壓溶液進(jìn)入地層充填在巖層裂隙中，起到支撐裂隙不因應(yīng)力釋放而閉合的作用，從而保持高導(dǎo)流能力，使油氣暢通，增加產(chǎn)量。20世紀(jì)80年代初，我國石油壓裂支撐劑采用天然石英砂。20世紀(jì)80年代中期，我國石油壓裂支撐劑主要采用電熔噴吹鋁礬石。20世紀(jì)90年代中期，燒結(jié)陶粒在我國部分地區(qū)開始應(yīng)用，其主要由生鋁礬土燒制而成。對(duì)于含鐵較高的鋁土礦除鐵去雜后產(chǎn)出與天然石英砂類似的人造燒結(jié)石油支撐劑，可實(shí)現(xiàn)我國貧、細(xì)、雜礦產(chǎn)資源的高效綜合回收利用。

傳統(tǒng)臥式球磨機(jī)存在占地面積大、噪聲高以及效率低等缺點(diǎn)，應(yīng)用于礦山選礦廠二段磨礦流程或細(xì)磨作業(yè)中，使得能耗高、過磨及欠磨的缺點(diǎn)更加突出，難以滿足貧、細(xì)、雜礦物細(xì)磨的迫切需求。近年來，立磨機(jī)在金屬礦的再磨、細(xì)磨作業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。同等條件下，立磨機(jī)比球磨機(jī)節(jié)能30%～50%，介質(zhì)消耗節(jié)約40%～50%，同時(shí)具有噪聲低、占地面積小以及故障率低等優(yōu)點(diǎn)。

1 立磨機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)

立磨機(jī)工作時(shí)帶動(dòng)螺旋攪拌機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，促使研磨介質(zhì)與物料間產(chǎn)生有序的多維循環(huán)運(yùn)動(dòng)。在螺旋葉片的上表面，研磨介質(zhì)在螺旋上做螺旋式上升和離心運(yùn)動(dòng);在磨機(jī)腔體內(nèi)側(cè)和螺旋葉片的空隙間，研磨介質(zhì)螺旋式下降。礦物顆粒和研磨介質(zhì)間受力不均產(chǎn)生速度梯度，使得礦物被強(qiáng)力擠壓、磨削及微剪切等，從而實(shí)現(xiàn)礦物顆粒的高效碎磨[1-4]。KLM型立磨機(jī)及基本結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，主要包括電機(jī)、減速機(jī)、支架、筒體及螺旋體。

立磨機(jī)通常與水力旋流器組成閉路磨礦系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)旋流器與磨機(jī)間的循環(huán)負(fù)荷比，可以改變物料在磨機(jī)腔體內(nèi)的停留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)大顆粒物料高效研磨。一般的工藝流程有上部給礦、上部排礦和下部給礦、上部排礦兩種，如圖2所示。

圖2（a）為上部給礦、上部排礦工藝。待磨礦物和新補(bǔ)水先給入調(diào)漿槽調(diào)制成合適的入磨濃度，之后從磨機(jī)上部的給礦口進(jìn)入磨機(jī)腔體內(nèi)。入磨機(jī)后，細(xì)粒物料從上部溢流口排出并進(jìn)入水力旋流器的給礦泵池，之后進(jìn)入旋流器分級(jí)。粒度合格的物料進(jìn)入下一作業(yè)，粗粒礦物則從旋流器沉砂口返回磨機(jī)的給料攪拌槽，并返回磨機(jī)內(nèi)部繼續(xù)研磨，直至合格為止。

圖2（b）為下部給礦、上部排礦工藝。待磨礦物和新補(bǔ)水先進(jìn)入水力旋流器的給礦泵池，之后進(jìn)行粒度分級(jí)。合格的產(chǎn)品從旋流器的溢流口排出進(jìn)入下一作業(yè)，粗粒礦物則從旋流器沉砂口排出，再從磨機(jī)下部的給礦口進(jìn)入磨機(jī)腔體中。經(jīng)高強(qiáng)度研磨后，細(xì)粒級(jí)物料從上部的溢流口排出，再次返回旋流器給礦泵池進(jìn)行粒度分級(jí)。

2 355 kW立磨機(jī)在鋁土礦細(xì)磨中的應(yīng)用

云南某鋁業(yè)公司對(duì)現(xiàn)有的石油壓裂支撐劑項(xiàng)目生產(chǎn)線進(jìn)行改造，新建一鋁土礦選廠。該地區(qū)鋁礬土原礦具有高鋁、高鐵以及低硅特點(diǎn)。礦石中，Al2O3品位約為55%，鐵品位為18%～19%。作為石油壓裂支撐劑的生產(chǎn)原料，要求鋁礬土原料中的Fe含量不超過6%，故該原礦無法直接用于生產(chǎn)，需經(jīng)選別處理后得到滿足石油壓裂支撐劑制作的原料。

2.1 再磨系統(tǒng)工藝流程

原礦處理量為25 t/h。碎礦采用兩段一閉路工藝，磨礦工藝為兩段，經(jīng)2436球磨機(jī)粗磨后，再經(jīng)一弱三強(qiáng)磁選作業(yè)回收-200目的鐵精礦，其余物料經(jīng)再磨系統(tǒng)細(xì)磨處理，工藝流程如圖3所示。再磨作業(yè)采用一臺(tái)北礦機(jī)電研制的KLM-355型立磨機(jī)，裝機(jī)功率為355 kW。該機(jī)與FX-125×20旋流器組構(gòu)成閉路磨礦系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)的處理量為18 t/h，給料粒度-74 μm占55%～60%，溢流產(chǎn)品粒度-38 μm含量大于98%。

圖4（a）為再磨系統(tǒng)采用底部自流給礦。旋流器沉砂通過高位自流進(jìn)入立磨機(jī)的底部，經(jīng)高強(qiáng)度研磨后，物料從上部排出并進(jìn)入旋流器的給礦泵池，經(jīng)礦漿泵給入旋流器分級(jí)處理。旋流器溢流為粒度合格的產(chǎn)品，然后繼續(xù)進(jìn)行濃縮處理。圖4（b）為北礦機(jī)電科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)加工制作的KLM-355立磨機(jī)現(xiàn)場(chǎng)使用場(chǎng)景。

2.2 立磨機(jī)機(jī)械性能考察

2017年9月設(shè)備安裝完畢具備調(diào)試條件。9月20—26日設(shè)備連續(xù)開機(jī)運(yùn)行，初始添加研磨介質(zhì)量減少至正常添加量的70%。設(shè)備運(yùn)行期間，主電機(jī)軸承、減速箱高速端軸承、主軸滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承的溫升均不超過15 ℃，減速箱油溫的溫升不超過15 ℃。圖5為主要轉(zhuǎn)動(dòng)部件在帶礦運(yùn)行時(shí)的噪聲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可見1 m范圍內(nèi)測(cè)得噪聲都低于90 dB（A）。其中：高速端聯(lián)軸器為齒式結(jié)構(gòu)，工作時(shí)噪聲較大;行星減速箱的噪聲最低，數(shù)值都在82 dB（A）以下，與傳統(tǒng)球磨機(jī)相比，噪聲低20～30 dB（A），大大提高了設(shè)備操作人員的工作舒適性。設(shè)備整體運(yùn)行平穩(wěn)，機(jī)械性能穩(wěn)定。

2.3 立磨機(jī)磨礦性能考察

立磨機(jī)完成空載試運(yùn)行，帶載試運(yùn)行的機(jī)械性能考察合格后，給入礦漿進(jìn)行磨礦性能考察。因后續(xù)支撐劑生產(chǎn)線無法同步調(diào)試，同時(shí)考慮到產(chǎn)品生產(chǎn)成本、市場(chǎng)需求等因素，對(duì)鋁土礦精礦粒度要求下調(diào)至-74 μm占95%[5]。設(shè)備調(diào)試期間因給礦不穩(wěn)定，出現(xiàn)幾次停機(jī)情況，且設(shè)備停機(jī)后沒有排出內(nèi)部的礦漿和磨礦介質(zhì)，具備開機(jī)條件后均實(shí)現(xiàn)了帶載啟動(dòng)[3]。

帶礦運(yùn)行基本穩(wěn)定后，對(duì)細(xì)磨系統(tǒng)的物料濃度和細(xì)度進(jìn)行考察分析。圖6和圖7為某一取樣時(shí)間段內(nèi)再磨系統(tǒng)新給礦（旋流器給礦）與旋流器溢流的礦漿濃度和粒度數(shù)據(jù)。從圖6可以看出：再磨系統(tǒng)新給礦（旋流器給礦）的給礦濃度在25%～40%變化，穩(wěn)定性不佳;給料中-74 μm含量在70%上下浮動(dòng)，粒度相對(duì)穩(wěn)定。經(jīng)過立磨機(jī)研磨和旋流器分級(jí)后，溢流產(chǎn)品的粒度-74 μm含量基本在97%以上，溢流產(chǎn)品的濃度在10%～15%，如圖7所示?，F(xiàn)有的工藝條件下，產(chǎn)品中-74 μm含量提高了25%，物料細(xì)度滿足生產(chǎn)需求?？蛻艨筛鶕?jù)產(chǎn)品的需求適時(shí)調(diào)整立磨機(jī)的工藝參數(shù)，以達(dá)到最佳的磨礦效果，提高立磨機(jī)的入磨漿料濃度和研磨介質(zhì)的添加量，進(jìn)而提高磨礦效果。設(shè)備投入運(yùn)行一年多，機(jī)械性能良好，運(yùn)行穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)異常情況，磨礦指標(biāo)完全滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)要求。

3 結(jié)論

①立磨機(jī)與臥式球磨機(jī)相比具有占地面積小、振動(dòng)小、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，更適用于物料的細(xì)磨。同等條件下，它比球磨機(jī)至少節(jié)能30%，介質(zhì)消耗節(jié)約40%～50%，且物料過磨和欠磨問題顯著降低。

②鋁土礦再磨流程中，給礦粒度-74 μm占70%，細(xì)磨后最終產(chǎn)品的粒度-74 μm占97%，產(chǎn)品中-74 μm的含量平均提高25個(gè)百分點(diǎn)。

③KLM型立磨機(jī)具備帶負(fù)載啟動(dòng)的能力，設(shè)備停機(jī)后無須卸球，可顯著提高設(shè)備的作業(yè)率，大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

綜上所述，北礦機(jī)電科技有限責(zé)任公司研發(fā)的KLM型立磨機(jī)在鋁土礦細(xì)磨中應(yīng)用效果表明，KLM型立磨機(jī)設(shè)計(jì)合理、機(jī)械性能穩(wěn)定、安全可靠，能夠滿足金屬礦山再磨和細(xì)磨作業(yè)的生產(chǎn)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧世杰，周宏喜，何建成，等.大型立式螺旋攪拌磨機(jī)研究及CFD數(shù)值模擬分析[C]//2014年全國選礦新工藝、新技術(shù)、新裝備集成創(chuàng)新交流成果會(huì)論文集.北京：中國有色金屬學(xué)會(huì)，2014.

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[4]何建成，盧世杰，周宏喜，等.基于離散單元法立式螺旋攪拌磨機(jī)內(nèi)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)學(xué)研究進(jìn)展[J].有色金屬（選礦部分），2018（1）：90-93.

[5]周宏喜，盧世杰，何建成，等.KLM型立磨機(jī)在金屬礦中的應(yīng)用[J].有色金屬（選礦部分），2019（3）：73-77.