新型陶瓷球在立式搅拌磨上的应用

张辉

（淄博启明星新材料股份有限公司，淄博 250000）

1 引言

搅拌磨机研磨介质的质量直接决定了它对物质的粉碎效果。而新型陶瓷球比传统的合金球硬度更高，意味着它对物质的磨碎能更加彻底。抗磨蚀性也比合金球高出好几倍，这说明它的消耗成本不高。新型陶瓷球的种种性能都足以证明它的优越性，所以将新型陶瓷球应用在立式搅拌磨机上的应用前景应该也是很广泛的。

2 立式搅拌磨机的工作原理

立式搅拌磨机是一种广泛应用在化学工业、水泥搅拌、矿山等行业中的设备，主打的是节能环保，而且比传统的球磨机、粉磨机更加的高效，操作也简单许多，寿命相比之下更长，这极大满足了人们的需要。世界上第一台立式搅拌磨机是由德国制造出来的，此后经过几十年的发展，立式搅拌磨机的种类是越来越多，如德国莱歇公司的LM 立式搅拌磨机、山东淄博的启明星LJM 系列立式搅拌磨机等都是人们信赖的品牌。以LGM 湿法立式搅拌磨机为例它的结构大抵如图1 所示：

图1 LJM 湿法立式搅拌磨结构

如图所示，LJM 立式搅拌磨机主要筒体、传动主轴装置、电机和上机体装配等部件组成。机器采用先进的粉磨原理，设计独特、无污染、噪音小、高效双冷却、寿命长。具体还采用了双速电机驱动，内衬聚氨酯（氧化铝或氧化锆），配循环泵循环研磨，与物料接触部分均为聚氨酯、耐磨陶瓷或不锈钢材质无污染。合理的棒型结构和转速能将物料研磨到1μm，下顶料循环方式研磨室实际利用率100%，可以配混料桶循环生产，更经济。

粉磨原理就是当启动机器后，研磨介质在筒体旋转产生的惯性和离心力作用下一起旋转，并被带到一定的高度，在这样的高度并在一定的转速及重力作用下，像抛射线运动一样落下，物料因此被击碎。此外研磨介质受到别的力产生滑动和滚动，使研磨介质、衬板、被搅拌物质三者之间产生粉碎和研磨作用，使物料磨细，直至成粉末，最终完成粉磨作业。

3 新型陶瓷球有哪些种类

能作为立式研磨机新兴的一种研磨介质，新型陶瓷球必定是有它的过人之处。新型陶瓷球与传统材料相比在常温下更具有硬度高、韧性好、耐磨性能好、耐高温、耐腐蚀、流动性好，研磨效率高等优点。最主要的其磨矿效果更好，磨耗及使用成本也低了很多。所以才受到人们的青睐。随着近年来的研究发展，新型陶瓷球的种类也越来越多，下文介绍几种。

3.1 氧化锆陶瓷球

氧化锆陶瓷球形状如图2 所示。本身密度为6.00g/cm3，在常温下具有高的强度和高韧性、耐磨性好、耐高温耐腐蚀、刚度高、不导磁、电绝缘。而且哪怕温度达到600℃也不会改变它的强度以及硬度。自身重量较轻，所以旋转起来不会轻易破坏承载壳体。氧化锆陶瓷球自身对苛性碱、熔融金属、有机溶剂和大多数酸会展现一个化学惰性的状态，而且在受到压力时还能增加它的韧性，这些使得它成为立式搅拌磨机研磨介质的首选。

图2 氧化锆陶瓷球

氧化锆陶瓷球也是有缺点的，就是它因自身组成成分原因无法抵抗氢氟酸和硫酸的侵蚀，碱性太高的地方也不适合保存。

3.2 氮化硅陶瓷球

氮化硅陶瓷球形状如图3 所示。整体以炭黑色为主，是世界上最坚硬的材质之一。氮化硅陶瓷球是在非氧化气氛中高温烧结的精密陶瓷，具有高强度, 高耐磨性,耐高温,耐腐蚀、耐酸、碱、可在海水中长期使用，并具有绝电绝磁的良好性能。在800℃时，强度、硬度几乎不变，其密度为3.20g/cm3，几乎是轴承钢的1/3.重量，这意味着它旋转时能有效抑制高速旋转产生的离心力. 可以实现高速运转而不伤承载壳体。还具有自润滑性，它可以使用到无润滑介质的环境中。这也使它成为陶瓷轴承,混合陶瓷球轴承的首选材质。

图3 氮化硅陶瓷球

图4 碳化硅陶瓷球

氮化硅陶瓷球的缺点是比较致命的，就是它的断裂韧性系数低，相比其它陶瓷球更加容易碎裂，消耗的成本也会相对高一点。

3.3 碳化硅陶瓷球

碳化硅陶瓷球形状如图2.3 所示。碳化硅陶瓷球产品性能稳定，所有新型陶瓷球中当属它的综合性能最佳。与钢比较，质量比钢轻，摩擦系数小，运动性能佳，弹性模量比钢大50%，热膨胀系数小于钢的25%，高温下在1000℃以前能保持高强度和硬度，耐腐蚀，不生锈，无磁性，可在无油润滑条件下工作。有数据表明碳化硅陶瓷球的耐磨性相当于266 倍的锰钢或者相当于1741 倍的高铬铸铁，耐磨性上面是非常好的。

碳化硅陶瓷球的缺点也是断裂韧性系数低，脆性高，所以如果拿来当复合材料也是很好的选择，加入一些增加韧性和强度的物质，效果会好很多。

目前市场上新型陶瓷球就这三个种类的陶瓷球，相信在以后的研究中也会有更多的陶瓷球问世，它们的性能也会一代比一代的更出色，而且会广泛的运用到更多的行业中，推动各自行业更高效的发展。

4 新型陶瓷球的应用分析

究竟新型陶瓷球应用到立式搅拌磨机上有什么效果，举例分析：

在吉林某铜矿再磨作业中采用的是先分级再磨矿的工艺。搅拌磨机采用的是立式搅拌磨机。一开始工作还能顺利进行，可随着工作的深入问题就逐渐显现出来。首先就是原铜矿中所需要的黄铜与其它矿物质密切共生，嵌布粒度非常细，这就导致比较难正在磨碎中分离出来。其次就是成本消耗太高，光是作为研磨介质的钢球就要更换好几次。基于这些问题，项目部引进了新型陶瓷球来作为立式搅拌磨机的研磨物质，结果就是黄铜里面其他矿物质含量大幅降低，完全达到了一开始定下的技术指标。所以接下来就具体数据来分析下新型陶瓷球应用到立式搅拌磨机中的几项优点。

4.1 节能降耗优势明显

如表1 所示，引进前使用钢球作为研磨介质的用电单耗是1.8 kw·h/t，单位成本是0.53 元/吨。引进新型陶瓷球作为研磨介质后的用电单耗是0.8 kw·h/t，单位成本是0.53 元/吨。引进前和引进后对比分别就下降了1.0 kw·h/t 和0.27 元/吨。引进新型陶瓷球的节能降耗效果可谓十分明显。

表1 引进前后能耗对比

4.2 成本消耗低

如表2 所示，引进前使用钢球作为研磨介质的日产补球量是60 kg/d，介质单耗是0.053 kg/t，单位成本是0.261 元/吨.引进新型陶瓷球后立马就降下来了，日常补球量降到了2 kg/d，单位成本更是降到了0.044 元/吨。从数据来看新型陶瓷球要比钢球耐磨损，而且初始的装球量比钢球的低，每天补球量也不用多，起到的效果却比钢球要好，最主要就是成本消耗降低了，这也是人们引进后最希望改善的一点。

表2 引进前后研磨介质使用情况对比

4.3 研磨效果更好

如表3 所示，在研磨相同浓度的矿石中采用新型陶瓷球的要比采用钢球的合格产率更高，意味着新型陶瓷球的研磨效率要比钢球好。在研磨过程中也少出现过粉碎现象。

表3 引进前后研磨效果对比

4.4 噪音小

噪音有明显的减小。采用钢球研磨时所产生的噪音很大，达不到国家规定的噪声标准，还经常惹得居民投诉。引进新型陶瓷球后，噪音有了明显降低，已经在国家规定噪音的标准线内。因为陶瓷球本身较轻，硬度高，在高速旋转下能快速粉碎被搅拌物质，摩擦系数低，所以发出的噪音不会很大。

4.5 缩短检修时间

因为每次立式搅拌磨机研磨后都要停下来检修下，这时候需要把研磨介质取出来。因为钢球与被搅拌物质混合后变得形状不一，不规则，很难快速排除承载体外。而新型陶瓷球就不一样了，本身硬度高，所以碰撞后仍可以保持圆滑形态，就很容易排除来，这样就不会把时间浪费在检修上，影响进度。

4.6 减少对产品的污染

研磨矿石还好说，要是研磨别的物质的话，钢球易磨损，一磨损就容易释放铁元素，铁元素作为杂质就会依附在产品上，产家还要给产品做除铁处理，费时费人又费钱。用新型陶瓷球就不会出现这种情况了，健康无污染，主打环保卫生就是这么来的。

4.7 延长设备寿命

新型陶瓷球自身耐磨蚀。所以消耗成本不高，关键它对部件的寿命长短也起到决定作用。例如螺旋搅拌器采用钢球作为研磨介质时搅拌磨机的寿命只能维持一年，一个月要维修一次。换成新型陶瓷球后寿命至少还能延长多达七个月左右，这就节省了一比费用，效率还高。

以上就是在立式搅拌磨机中应用新型陶瓷球的种种好处，二者强强联合，混合在一起就会产生令人满意的效果，以后可能会有更先进的设备被生产出来，但是也要按照这个方向去设计，力求更简便更高效，所以在立式搅拌磨机中应用新型陶瓷球的应用前景一片坦途。

5 部分立式搅拌磨机无法应用新型陶瓷球

目前新型陶瓷球想要在立式搅拌磨机领域实现全覆盖还是有困难的。因为现在市场多数立式搅拌磨机采用的磁性橡胶板来作为支撑研磨介质和物质碰撞的耐磨材料。其自身优势是当研磨物质是钢球时可以吸附一定数量的钢球充当保护层，这样可以延长自己本身的寿命，降低消耗成本。但替换成陶瓷球后。无法吸收钢球补充保护层。等到原先的钢球保护层磨损后无法吸附新的补充，自身衬板就会暴露在研磨过程中。一旦自身衬板遭受磨损寿命就会大幅降低，而且磁性橡胶板本身制作价格昂贵，替换陶瓷球后性价比就低了。目前针对这一情况就重新进行了研究创新，研究出了聚氨酯衬板等新型衬板来代替原先的磁性橡胶衬板，而且实验效果是良好的。就是还没有大力推广，没这么大影响力，但随着经济发展，终有一天会有更多人使用这个新型衬板搭配新型陶瓷球的组合方式的。

6 结语

将新型陶瓷球应用于立式搅拌磨机中，从上述应用分析来看，新型陶瓷球由于耐磨蚀所以自身消耗不大，设备的消耗成本也随之降低。但新型陶瓷球想要在立式搅拌磨机领域全覆盖还是要经过慢慢摸索的，虽然有方向，但有问题还是要解决。因为陶瓷球现在的硬度标准就那样，能适合使用的行业比较少，遇到一些密度比较大的被搅拌物质就不好研磨了；合理级配陶瓷球也是个问题；而且原先使用的磁性衬板不在适合新型陶瓷球的应用。所以解决这些问题的关键还是要创新。创新是引领发展的第一动力，也是能成为推动新型陶瓷球在立式搅拌磨机应用方向的动力。有了这些终有一天会实现投入低，成效高的目的。