超细立磨在非金属矿超细加工中的应用

方苍舟，杜仁忠，苏 宁，方 斌

【矿物加工】

超细立磨在非金属矿超细加工中的应用

方苍舟，杜仁忠，苏 宁，方 斌

（合肥水泥研究设计院，安徽 合肥 230051）

应用料层高压研磨粉碎和涡流超细分级相结合的原理，使ATL新型超细立磨可以进行非金属矿的超细加工，其具有显著的节能效果，缓和了超细微粉细度、产量和能耗之间的矛盾，超细立磨越来越受到客户的青睐，已成为非金属矿超细微粉行业的主流设备。本文介绍的ATL超细立磨工艺系统以及在超细重钙领域的成功应用，证明了其在非金属矿超细加工领域具有优质性能和较高应用价值，其生产指标和产品性能指标均达到台湾同类超细立磨的标准。

非金属矿；超细立磨；分级；超细加工

当前全球对非金属矿粉体的需求日益旺盛，仅仅对重钙的消费在过去的10年内需求量从3 500万t增长到现在的近9 000万t，年平均增长率近9.5%，预测在未来的10年内全球对非金属矿粉体的年需求量仍将保持高的增长率。在追求产品质量稳定、粒径分布均匀的同时，市场对非金属矿粉体产品加工的节能降耗也要求迫切，对生产设备也提出更高的要求。

本文以在广西贺州某粉体公司的ATL1100超细立磨生产为例，论述ATL新型超细立磨生产工艺的价值和性能，展望ATL超细立磨在非金属矿的应用前景。

1 超细非金属矿生产设备的现状

我国规模化、工业化的超细粉体加工及超细粉碎与精细分级设备始于改革开放后，迄今为止，我国超细粉碎技术与装备经历了从引进国外技术、装备与国内仿制到具有知识产权或发明专利的演变。其设备的处理能力、单位产品能耗、耐磨性、工艺配套和自动控制等综合性能显著提高，与国外先进技术和设备综合性能的差距逐渐缩小。

目前，我国的非金属矿干法超细粉碎研磨工艺设备主要有雷蒙磨、搅拌磨、振动磨、环辊磨、球磨机和立式磨等。近年来，国家大力推行节能减排政策，节能降耗的设备环辊磨应运而生。

根据立式磨在水泥行业卓越的性能表现，使其成为理想的非金属矿加工设备之一，它可以很好地满足产品加工所要求的运行可靠、产量大、产品质量稳定、节能显著等性能(较球磨节能30%～40%)。近年来，立磨在非金属矿行业也得到了一些应用，但是我国目前普通立磨生产的重质碳酸钙(简称重钙)产品都在600目(d97＞23μm)以下，满足不了市场对1 250目(d97=10μm)超细粉体的规模化生产需求。日本企业在1990年开发出小型超细立磨，后来台湾设备企业又从日本引进，并在此基础上改进开发了超细立磨，可以一次性生产1 250目超细非金属矿产品。进入21世纪以来，在非金属矿领域，台湾超细立磨在大陆市场一直处于垄断地位。

合肥水泥研究设计院超细微粉技术部在传统的水泥立磨基础上，将涡流超细分级系统技术推广到立磨行业，将其与立磨研磨系统技术有机结合，成功研发立磨生产超细重钙工艺系统。该超细立式磨生产系统可加工200～1 500目的超细粉体，800目产品可以达到7t/h，能耗较低(800目产品能耗约为90kW·h/t，而球磨机工艺能耗达120kW·h/t)。常用干法工艺能耗及产能，见表1。

为了进一步说明，以生产1 250目重钙为例，分别从给料粒度、最佳生产细度范围、粉碎机理、1 250目吨产品电耗、1 250目吨产品单机生产规模等生产技术性指标的角度，对不同干法工艺的实际运行参数进行比较，比较结果见表2。

通过表1和表2中可以看出，对上述几种干法工艺的比较可见：

表1 常用重钙干法加工系统能耗分析

表2 常用重钙生产设备产能比较

(1) 从超细产品的单机生产规模看，冲击磨、干式砂磨机和环辊磨的单机生产能力都偏小，相比较而言，球磨机和立式磨在同等情况下可以获得更高的产量，易于实现重钙规模化加工。

(2) 超细立式磨在重钙超细加工时，最大特点是可以以较低的电耗(生产1 250目以下产品时)、较大的规模生产重钙产品。

(3) 球磨的单机产能最大，在生产1 250目以上的产品时，性能更突出。

新型超细立式磨可以一次性生产1 500目以下的粉体，尤其是在生产400～1000目重钙产品时节能效果比较明显。

2 ATL新型超细立磨及其工艺技术特点

2.1 基于设备与工艺结合的磨辊研磨

ATL超细立磨磨辊研磨设计与市场上其他同等规格普通磨机有明显不同。如图1所示正在使用中的磨盘和磨辊，其主要特点有：

(1) 特殊的双曲弧面设计，更大的接触面积，研磨区域粉磨压力高度集中。

(2) 由普通双辊设计更变为三辊设计，提高粉磨效率。

图1 使用中的磨辊研磨

(3) 每个磨辊使用双油缸斜拉设计，高的研磨压力使物料更易粉碎。

由于离心力和倾斜的磨床将物料导向挡料环，ATL超细立磨具有物料层均匀的优点，其他磨辊平坦型磨床会造成挡料环前物料堆积，降低粉磨效率。

2.2 特殊的机械设计和材料选择

(1) 磨辊压力。尽管粉磨压力被降至1 000kN/m3，合成峰值粉磨压力为220MPa，该压力比市场上其他任何立磨都要高。这种高粉磨压力是由外直径上狭窄的粉磨区域产生的，因此保证了最高的粉磨效率。

(2) 磨损。耐磨部件采用耐磨合金材料，衬套以及衬板的磨损率范围是2～3g/t。因其可反复补焊被认为是“绿色方法”，即使当耐磨部分使用寿命结束时也可循环利用。这是一种比使用任何类型的陶瓷材料(陶瓷材料很难修复利用，被认为是无生命的材料)更环保的途径。

2.3 基于涡流分级的超细分级机

与此前的单转子立式分级机相比，超细立磨特制的ADW10005NG多转子涡轮分级机，NG型叶片使分级工艺效率显著提高，同时分级背压降低了近25%，从而使系统阻力下降20%，相应主风机电耗下降15%以上。经过优化的分级机更易于控制粒径分布(PSD)。

2.4 直接添加化学助剂实现表面改性

立磨的另一个优势是可以在生产中直接对粉体进行改性活化处理。通过特殊的工艺设计，严格定量添加化学助剂和控制磨内温度，经过在ATL1100立磨上反复试验，化学助剂充分包覆在无机非金属粉体表面得以实现。

采用这种直接添加化学助剂一次性实现表面改性，无需另外购买专门的改性设备，大大简化了工艺流程，减少了投资成本。这种方法生产的功能型粉体，广泛应用于超细重钙的人造大理石市场。

3 实施案例

3.1 基本概况

位于广西贺州旺高工业园的贺州某粉体公司是一个年生产能力达10万t的重钙企业。采用了一套ATL1100超细立磨系统，其主机设备配置见表3，合计功率515.5kW。

表3 ATL1100主机规格及装机

3.2 工艺流程

本套系统的工艺流程设计见图2。

图2 ATL1100工艺流程示意

来自原料储库的方解石原料由喂料机定量喂入ATL1100立式磨中进行闭路研磨分级，加入原料的同时加入改性剂和水的混合物，产品细度200～1 250目任意可调。细产品与气流一起直接进入高浓度脉冲收尘器一次性收集，成品经收尘器锁风下料器出料，直接进入其下部的成品仓中待包装。在立磨运行过程中，有部分粗颗粒自动排出机外，这部分颗粒由螺旋输送机加入斗提机，再次送入磨中研磨。

整个ATL1100立磨系统配置一套计算机DCS系统，用于启停和监控立磨生产系统设备，电脑屏幕显示主要操作参数和运作状态。采用先进的气流监测技术，对生产系统的主要操作参数进行实时检测。操作参数根据粒度检测情况，以人工键盘输入参数的方式进行干预，使生产系统的工作保持在最佳状态。

表4 贺州ATL1100超细立磨生产重钙系统性能参数

3.3 ATL1100运行性能指标

该系统自2014年8月份调试成功并且考核验收以来，其运转率高达95%，生产的人造大理石专用超细碳酸钙粉体，各项指标均达到优质人造大理石的专用碳酸钙标准，得到客户的肯定，市场需求旺盛。表4显示该套系统的性能指标以及其产品的分析情况(表中参数要求：①原料：方解石或大理石，莫氏硬度3，进料粒度≤15mm；②粒径分布：以英国MALVERW公司Micro镭射绕线射粒径分析仪测定；③水分：放50g样品于水分分析仪测定，在摄氏150℃下6min，测量检定)。

4 结语

随着使用经验更加丰富，设备设计与制造与工艺系统更加融合，设备为工艺提供解决方案，工艺为设备创造良好的工作条件，加之新技术、新工艺不断被开发出来，设备的可靠性和系统的稳定性已经不为用户担心，超细立磨粉磨超细粉体工艺已越来越得到市场的认可。立式辊压磨利用碾压粉碎原理，可以及时将达到粉碎粒度要求的颗粒随气流带走，避免了过研磨情况，从而达到了节能的目的。

ATL超细立磨系统在生产超细重钙领域的成功应用，证明了其在超细研磨生产领域具有优质性能和较高应用价值，其生产指标和产品性能指标均达到台湾同等超细立磨的指标。

理论和实践说明，立磨可以满足非金属矿的大型化超细加工，其设备性能可靠、粉体质量稳定 ，同时其节能效果非常显著。因此，立磨有望成为非金属矿加工行业的主要选择，其前景十分广阔。

[1]苏宁，方苍舟，杜仁忠.规模化干法生产超细重钙工艺分析[J].中国非金属矿工业导刊，2012(6)：37-39.

[2]方苍舟，杜仁忠，苏宁.超细重质碳酸钙干法加工技术与设备简评[J].中国非金属矿工业导刊，2010(5)：48-51.

[3]王军伟，韩敏芳.重质碳酸钙的制备工艺及应用前景[J].中国非金属矿工业导刊，2004(S1)：58-60.

[4]郑水林.中国非金属矿深加工技术现状、机遇、挑战和发展趋势[J].中国非金属矿工业导刊，2000(5)：1-8.

Application of the Superfine Vertical Grinding Mill in Non-metallic Minerals Ultra-fine Processing

FANG Cang-zhou, DU Ren-zhong, SU Ning, FANG Bin
(Hefei Cement Research & Design Institute, Hefei 230051, China)

With high pressure grinding the materials and vortex superfine classifying the materials, the ATL new type superfine vertical grinding mill can be used for ultra-fine processing in the non-metallic minerals. The new type vertical grinding mill has feature of energy-saving and it also eases the contradiction of the superfine power fineness, productivity and the energy consumption to some extent. The superfine vertical grinding mill is more and more popular. Nowadays, it is the main equipment for superfine grinding the non-metallic minerals. In this article, we will introduce the ATL vertical grinding mill processing system, such as the successful application of the vertical mill in the superfine calcium carbonate production, which proves that the vertical grinding mill has better performance and higher application value. It has the same production index and the product performance index with Taiwan's superfine vertical grinding mill.

non-metallic minerals; superfine vertical grinding mill; classifier; superfine process

TD921.4；TD985

A

1007-9386(2014)06-0025-03

2014-08-22