大型立式螺旋搅拌磨机应用现状*

卢世杰，孙小旭

(北京矿冶研究总院，北京 100160)

1 引言

众所周知，工业矿物加工的细磨以前主要采用球磨机来完成，但是随着矿物资源的变化以及加工成本的上升，人们更加注重细粒嵌布共生矿物的高效解离上。传统球磨机很难达到目标要求，因此人们试图寻找和发明更高效、更节能、更超细的粉磨设备。在此背景下，立式螺旋搅拌磨机就应运而生了。20世纪40年代，国外开始研制搅拌磨机，1948年高速搅拌磨机(Du Pont砂磨机)问世，1952年日本河端重胜博士发明了塔磨机。直到上世纪60年代，各种搅拌磨机才开始迅速出现［1－2］。现如今，国内外已经有多种类型的立式螺旋搅拌磨机。

2 立磨机结构及工艺流程分析

2.1 Metso VERTIMILL

美卓(Metso)公司的立磨机(VERTIMILL)研发于1980年，为一种大型立磨机，此磨机是一款机械结构非常简单的设备，磨矿腔室内挂有一个搅拌螺杆，利用球面滚柱轴承予以支撑，并采用一台定速电机和一套行星齿轮减速器进行驱动。如图1所示为一台标准配置的大型立磨机及其主要组件。

图1 VERTIMILL标准配置及主要组件

如图1所示，美卓公司的大型立磨机主要有垂直筒体、螺旋体、分级设备及驱动装置等部分组成。此款立磨机使用垂直安装于磨腔内的螺旋式搅拌器对介质和矿浆进行搅拌，搅拌器边缘线速度约为3m/s～5m/s，研磨介质一般为高密度钢质或陶瓷球。使用此款磨机处理粗颗粒矿石时，介质的最大直径可达30mm，正常情况下介质直径在12mm左右。矿浆从立磨机的上部给矿口给入后，经筒体内介质研磨后，立磨机产品从立磨机的顶部溢出，溢出产品流入分级罐，经过分级罐的简单分级后，再经水力旋流器进行分级，旋流器溢流即为合格产品，分级罐底部及旋流器沉砂返回磨机再磨［3］。同时，为了方便维修以及节省停机时间，此款大型立磨机的筒体被设计成侧开门式。

2.2 Eirich Tower Mill

爱立许(Eirich)公司塔磨机/立磨机(Tower Mill)的研发始于19世纪50年代，此款磨机也是一种大型立磨机。此型磨机与美卓公司的产品比较类似，是由干法磨矿设备发展演变而来的，主要结构如图2所示。

图2 Tower Mill主要结构

由图2分析可知，爱立许公司设计的塔磨机主要由驱动装置、筒体、螺旋体以及粗分离器等部分组成。其主要应用于湿式细磨/超细磨领域，据称相对于普通球磨机，其在磨矿过程中可以降低30%～40%的能耗且节约70%左右的空间。且其搅拌器的边缘线速度也在3m/s～5m/s左右，其研磨介质主要为高密度钢质球。其磨矿工艺会根据给料粒度的不同而不同，当其给料粒度小于100μm时，磨机配置中不需要粗分离器这个部件，且其给矿先经过旋流器分级后再由磨机底部进入磨机;但是当其给料粒度大于100μm时，不但需要粗分离器，而且给料要从磨机顶部进入。其具体的工艺流程如图3所示。

图3 塔磨机基本工艺流程

2.3 JM系列大型立磨机

JM系列大型立磨机是20世纪80年代末期由长沙矿冶研究院研发的一款大型立式螺旋搅拌磨机。此款磨机在国内是比较据有代表性的一款，该磨机的主要外形结构如图4所示。

图4 JM系列立式螺旋搅拌磨机结构［4］

如图4所示，此磨机主要由传动装置、螺旋搅拌器、立式筒体和支座等部分组成，磨机筒体内径高比为1∶5～1∶6。传动装置采用三角皮带和齿轮减速器进行减速;筒体内部衬有不锈钢、工程陶瓷、聚氨酯或合金耐磨钢等材料;螺旋搅拌器一般采用不锈钢或合金耐磨钢等材料制作［5］。正常工作时，工业矿物调浆后用泵将其打入磨机内部，对于较粗颗粒的矿物可以从上部给入，对于较细颗粒的物料一般从磨机下部给入，此种工艺流程与爱立许的大型塔磨机工艺流程十分相似。

磨机筒体内部一般充满诸如钢球、砾石等类型的磨矿介质，螺旋搅拌器在电动机经减速机减速后的驱动下慢速旋转，磨矿介质和物料在筒体内部做整体的自转运动以及多维的循环运动，物料在磨矿介质重力和螺旋搅拌器产生的回转挤压作用力的作用下，被摩擦力、少量的冲击挤压力以及剪切力所有效地粉磨［6］。

2.4 KLM系列大型立磨机

KLM系列大型立磨机是由北京矿冶研究总院研发的立式螺旋搅拌磨机，该磨机的三维模型如图5所示。

图5 KLM系列大型立磨机

如图中所示，KLM系列大型立磨机主要由电机装置、减速机、螺旋体以及筒体部件等部分组成，此磨机可广泛应用于工业矿物的再磨、细磨和超细磨领域。

3 应用现状分析

大型立磨机因其具有节能、处理量大、可以连续粉碎物料、振动小、噪音低、发热低、结构简单等显著的优点，故其已经广泛地应用于有色金属、黑色金属以及非金属工业矿物的二段磨矿、再磨、细磨以及超细磨等领域，并且取得了十分显著的成果。

3.1 VERTIMILL 应用现状

美卓大型立磨机是目前国内外应用十分广泛的一种立磨机，该款磨机的给矿粒度可以达到6mm左右，其产品粒度可以达到20μm以下。该款磨机的优点是磨矿效率高，一般较同种规格的球磨机能耗能降低30% ～35%左右，其能耗对比如图6所示。同时其磨矿介质消耗较低，维护保养要求较低，作业率可达到98%，噪声低于85db;其运行安静，实用性高，操作安全。

图6 立磨机与球磨机能耗对比(Metso)

美卓立磨机的一些应用情况如表1所示。

表1 Metso立磨机部分应用［7］

美卓大型立磨机的应用主要集中在金属矿物的再磨领域，主要是与小直径的旋流器组成闭路，以尽可能的达到较细的给料粒度，从而生产出更细的产品。如澳大利亚某铅锌选厂使用立磨机与150mm旋流器组成闭路系统，该系统的给矿粒度F80=17.4μm，旋流器溢流的产品粒度为 P80=12.7μm;对于立磨机自身而言，其给矿粒度F80=24.1μm，溢流产品粒度为 P80=18.3μm，立磨机的能耗为31.3kW·h/t。其具体应用情况如图 7 所示［8］。美卓大型立磨机在非金属矿物的应用中主要集中在石灰石的熟化等方面，目前已应用的较大规格的为VTM－800－LS，其装机功率为447.4KW。其入料为含有5% ～20%砾石的石灰石，粒度为25mm～0mm，产品粒度为－325目占80% ～95%，产品中固体百分比为18% ～22%，磨机体内温度为74℃ ～85℃。其熟化流程及实际应用如图8所示。

图7 VERTIMILL应用

图8 石灰熟化流程及应用

现今，已处于应用阶段的美卓立磨机的最大规格VTM－3000－WB，其装机功率为2240KW，最大处理能力可达2000t/h，应用于澳大利亚纽克雷斯特矿业公司(Newcrest Mining Ltd)卡地亚瓦利运营公司(Cadia Valley Operations)金－铜矿的三段再磨作业。

到目前为止，美卓立磨机在国内外已经安装300多台，总安装功率超过160MW。该款设备安装功率的规格从11kW到2240kW，目前正在研制的设备型号为VTM－4500－C，装机功率为3310kW，其将应用于哈萨克斯坦的Altay Polimetally公司新建的金铜矿石的选矿中，其预计给料粒度F30小于3mm，产品粒度P30小于75μm，计划于2014年第二季度完成交货。在国内，美卓立磨机应用也较为广泛，最大规格的为鞍山集团订购的VTM－1500，其平均处理能力为635t/h，将应用于鞍山新建的矿石项目，预计于2014年3月完成交货、2014年7月开始运行生产。

3.2 Tower Mill应用现状

爱立许大型立磨机也是国内外应用较为广泛的一种磨机，该款磨机的给矿粒度可以达到10mm以下，其产品粒度可以达到亚微米级。与同规格球磨机相比，该款磨机能耗可降低30% ～40%左右，其具体能耗情况节约情况如图9所示。同时，该套设备具有噪声低、结构简单、坚固耐用、占地面积小、节约空间以及便于维护升级等特点。

图9 塔磨机与球磨机能耗对比(Eirich)

此款磨机在工业和矿山行业得到了广泛的应用，特别是在反应性研磨，烟气脱硫石灰石研磨以及废物回收再利用研磨等方面。其在国内外的部分应用如表2所示。

表2 Eirich大型立磨机部分应用情况

爱立许大型塔磨机在金属领域的应用主要集中在矿石及矿石残渣的再磨中，如铅/锌矿石、铁矿石、铜矿石、锌残渣、镍残渣等的搅拌性研磨等。2009年，爱立许公司为卡拉拉矿业提供的5套ETM－1500大型塔磨机，用来将给矿粒度F80=100μm的矿物细磨至产品粒度P80=35μm，大型塔磨机及其它精选设备于2012年1月安装完毕，且于2012年6月投入生产［9］。此款磨机在澳大利亚某金属选矿厂的应用如图10所示。

图10 ETM－1500在澳大利亚的应用

爱立许塔磨机在非金属矿中的应用领域主要集中在生石灰熟化、熟石灰渣研磨以及石灰石脱硫等方面。其应用的规格一般较小，基本上为ETM－700以下规格系列，处理能力大概在35t/h，而其ETM－1500规格的塔磨机在非金属矿的应用据称处理能力可达到65t/h。

到目前为止，爱立许塔磨机在全球已经被定制300余台套，其规格从15kW至1120kW。在国内，爱立许塔磨机应用的最大规格为ETM－1500，装机功率为1120kW，应用于四川省某铁矿中，其应用情况如图11所示。

图11 ETM－1500在国内应用

3.3 JM系列立磨机应用现状

JM系列大型立磨机是长沙矿冶研究院研制的新型细磨或超细磨设备，获得了国家专利，此磨机与日本的塔磨机十分类似，如图12所示。该款立磨机的给矿粒度可以达到5mm以下，其产品粒度可以达到－200目占90%左右。与同规格球磨机相比，据称该款磨机能耗能降低50%左右，且具有效率高、噪音低、设备基础安装简单等优点。

图12 JM系列大型立磨机

JM系列大型立磨机在金属矿中的应用主要集中在铜矿再磨、钼矿再磨擦洗、铝土矿再磨、铅锌矿再磨等诸多领域。其中，在洛钼集团，大型立磨机代替溢流型球磨机进行细磨作业。同时，大型立磨机与水力旋流器组成闭路，水力旋流器溢流产品粒度可达 －200目占95%，且钼精矿品位从46.12%提高至49.88%，回收率从79.79%提高至84.19%［10］。

3.4 KLM系列立磨机应用现状

KLM系列立磨机具有节能、高效等显著优点，其在给矿粒度－200目占45% ～65%的情况下，产品粒度可以达到－400目占85%以上。该系列立磨机最大型号的安装功率为630kW，处理能力最大可达50t/h。

KLM系列立磨机型号从KLM－3至KLM－1250，装机功率从3kW到1250kW，处理能力从3t/d到2200t/d不等，能广泛地适用于工业矿物的再磨、细磨及超细磨领域。

4 结语

(1)大型立磨机因其具有高效、节能、结构简单、投资少、基建费用低等诸多优点，其无论在有色金属单体解离还是在非金属矿的超细磨上都得到了十分广泛的应用。

(2)大型立磨机设备超大型化技术也越来越受到重视和关注，故其进一步发展需要设备研发人员和工艺人员高度地配合，以期大型立磨机在矿物资源的综合利用和矿物加工的节能降耗中发挥更大的作用。

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［3］ Anonymous.Vertical Mills Gain Size While Drives Get Simpler［J］.Engineering and Mining Journal，2010(5):56.

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［10］ 张国旺，李自强，赵湘，等.大型立式螺旋搅拌磨机在有色金属选矿中的应用［J］.中国矿业，2012(21zk):136 －139，160.