355kW立磨機在鋁土礦細磨中的應用

劉建強 周宏喜

摘 要：本文主要介紹立磨機的基本結構和工作原理，重點闡述裝機功率為355 kW的KLM-355型立式螺旋攪拌磨機（簡稱立磨機）用于云南某鋁土礦細磨作業中的工藝概況。在入磨粒度-74 μm約占70%、系統新給礦濃度為25%～40%的條件下，最終產品粒度-74 μm的占比高于97%，且設備運行平穩、機械性能穩定，磨礦性能達到了生產要求。355 kW立磨機用于鋁土礦的細磨作業，可以提高礦物單體解離度，為后續燒結作業提供合格的原料。

關鍵詞：立磨機;鋁土礦;細磨

中圖分類號：TD453文獻標識碼：A文章編號：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，石油支撐劑隨同高壓溶液進入地層充填在巖層裂隙中，起到支撐裂隙不因應力釋放而閉合的作用，從而保持高導流能力，使油氣暢通，增加產量。20世紀80年代初，我國石油壓裂支撐劑采用天然石英砂。20世紀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90年代中期，燒結陶粒在我國部分地區開始應用，其主要由生鋁礬土燒制而成。對于含鐵較高的鋁土礦除鐵去雜后產出與天然石英砂類似的人造燒結石油支撐劑，可實現我國貧、細、雜礦產資源的高效綜合回收利用。

傳統臥式球磨機存在占地面積大、噪聲高以及效率低等缺點，應用于礦山選礦廠二段磨礦流程或細磨作業中，使得能耗高、過磨及欠磨的缺點更加突出，難以滿足貧、細、雜礦物細磨的迫切需求。近年來，立磨機在金屬礦的再磨、細磨作業中得到了廣泛應用。同等條件下，立磨機比球磨機節能30%～50%，介質消耗節約40%～50%，同時具有噪聲低、占地面積小以及故障率低等優點。

1 立磨機的工作原理及結構

立磨機工作時帶動螺旋攪拌機構旋轉，促使研磨介質與物料間產生有序的多維循環運動。在螺旋葉片的上表面，研磨介質在螺旋上做螺旋式上升和離心運動;在磨機腔體內側和螺旋葉片的空隙間，研磨介質螺旋式下降。礦物顆粒和研磨介質間受力不均產生速度梯度，使得礦物被強力擠壓、磨削及微剪切等，從而實現礦物顆粒的高效碎磨[1-4]。KLM型立磨機及基本結構組成如圖1所示，主要包括電機、減速機、支架、筒體及螺旋體。

立磨機通常與水力旋流器組成閉路磨礦系統，通過調節旋流器與磨機間的循環負荷比，可以改變物料在磨機腔體內的停留時間，實現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。待磨礦物和新補水先給入調漿槽調制成合適的入磨濃度，之后從磨機上部的給礦口進入磨機腔體內。入磨機后，細粒物料從上部溢流口排出并進入水力旋流器的給礦泵池，之后進入旋流器分級。粒度合格的物料進入下一作業，粗粒礦物則從旋流器沉砂口返回磨機的給料攪拌槽，并返回磨機內部繼續研磨，直至合格為止。

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

2 355 kW立磨機在鋁土礦細磨中的應用

云南某鋁業公司對現有的石油壓裂支撐劑項目生產線進行改造，新建一鋁土礦選廠。該地區鋁礬土原礦具有高鋁、高鐵以及低硅特點。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，需經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2436球磨機粗磨后，再經一弱三強磁選作業回收-200目的鐵精礦，其余物料經再磨系統細磨處理，工藝流程如圖3所示。再磨作業采用一臺北礦機電研制的KLM-355型立磨機，裝機功率為355 kW。該機與FX-125×20旋流器組構成閉路磨礦系統，設計時的處理量為18 t/h，給料粒度-74 μm占55%～60%，溢流產品粒度-38 μm含量大于98%。

圖4（a）為再磨系統采用底部自流給礦。旋流器沉砂通過高位自流進入立磨機的底部，經高強度研磨后，物料從上部排出并進入旋流器的給礦泵池，經礦漿泵給入旋流器分級處理。旋流器溢流為粒度合格的產品，然后繼續進行濃縮處理。圖4（b）為北礦機電科技有限責任公司生產加工制作的KLM-355立磨機現場使用場景。

2.2 立磨機機械性能考察

2017年9月設備安裝完畢具備調試條件。9月20—26日設備連續開機運行，初始添加研磨介質量減少至正常添加量的70%。設備運行期間，主電機軸承、減速箱高速端軸承、主軸滾動軸承和滑動軸承的溫升均不超過15 ℃，減速箱油溫的溫升不超過15 ℃。圖5為主要轉動部件在帶礦運行時的噪聲監測數據，可見1 m范圍內測得噪聲都低于90 dB（A）。其中：高速端聯軸器為齒式結構，工作時噪聲較大;行星減速箱的噪聲最低，數值都在82 dB（A）以下，與傳統球磨機相比，噪聲低20～30 dB（A），大大提高了設備操作人員的工作舒適性。設備整體運行平穩，機械性能穩定。

2.3 立磨機磨礦性能考察

立磨機完成空載試運行，帶載試運行的機械性能考察合格后，給入礦漿進行磨礦性能考察。因后續支撐劑生產線無法同步調試，同時考慮到產品生產成本、市場需求等因素，對鋁土礦精礦粒度要求下調至-74 μm占95%[5]。設備調試期間因給礦不穩定，出現幾次停機情況，且設備停機后沒有排出內部的礦漿和磨礦介質，具備開機條件后均實現了帶載啟動[3]。

帶礦運行基本穩定后，對細磨系統的物料濃度和細度進行考察分析。圖6和圖7為某一取樣時間段內再磨系統新給礦（旋流器給礦）與旋流器溢流的礦漿濃度和粒度數據。從圖6可以看出：再磨系統新給礦（旋流器給礦）的給礦濃度在25%～40%變化，穩定性不佳;給料中-74 μm含量在70%上下浮動，粒度相對穩定。經過立磨機研磨和旋流器分級后，溢流產品的粒度-74 μm含量基本在97%以上，溢流產品的濃度在10%～15%，如圖7所示?，F有的工藝條件下，產品中-74 μm含量提高了25%，物料細度滿足生產需求?？蛻艨筛鶕a品的需求適時調整立磨機的工藝參數，以達到最佳的磨礦效果，提高立磨機的入磨漿料濃度和研磨介質的添加量，進而提高磨礦效果。設備投入運行一年多，機械性能良好，運行穩定，沒有出現異常情況，磨礦指標完全滿足現場生產要求。

3 結論

①立磨機與臥式球磨機相比具有占地面積小、振動小、噪聲低等優點，更適用于物料的細磨。同等條件下，它比球磨機至少節能30%，介質消耗節約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%，細磨后最終產品的粒度-74 μm占97%，產品中-74 μm的含量平均提高25個百分點。

③KLM型立磨機具備帶負載啟動的能力，設備停機后無須卸球，可顯著提高設備的作業率，大大降低了操作人員的勞動強度。

綜上所述，北礦機電科技有限責任公司研發的KLM型立磨機在鋁土礦細磨中應用效果表明，KLM型立磨機設計合理、機械性能穩定、安全可靠，能夠滿足金屬礦山再磨和細磨作業的生產要求。

參考文獻：

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

[2]周宏喜，盧世杰，何建成.立磨機磨礦機理研究[J].中國礦業，2014（5）：146-153.

[3]MATTHEW D S，PAUL W C，ROB D M.Is media shape important for grinding performance in stirred mills[J].Minerals Engineering，2011（24）：138-151.

[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內介質運動學研究進展[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型立磨機在金屬礦中的應用[J].有色金屬（選礦部分），2019（3）：73-77.