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| 超细搅拌磨的研究现状以及在选矿中的应用 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2015-09-16 10:58:25 浏览次数： |
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近年来，随着易选矿石资源的不断消耗，矿产资源普遍趋于贫、细、杂，难选矿的开发利用比例逐年增加。同时，随着我国选矿技术水平的不断提升，开发利用微细粒嵌布难处理金属矿和选矿厂尾矿成为可能。因此，要实现目的矿物的有效分选，必须对其进行细磨或超细磨以使其充分单体解离。搅拌磨是一种高效的细磨和超细粉磨设备，与普通卧式球磨机相比，该机有一个固定的磨矿室，应用更小的磨矿介质，借助高速旋转的搅拌器能以更少的能量消耗获得更高的磨矿效率和更大的处理量，在选矿领域越来越引起人们的关注，给微细粒嵌布难处理金属矿的分选带来了显著的经济效益和社会效益。
1 搅拌磨机工作原理
搅拌磨机主要是由筒体、搅拌装置、传动装置和机架构成，通过搅拌轴的旋转，搅动筒体内充填的磨矿介质( 钢球、氧化锆球、瓷球、刚玉球和砾石等) 和物料，使其在筒体内作多维循环运动及自转运动。被研磨物料主要受研磨( 剪切和挤压) 和冲击作用: 冲击力由磨矿介质在筒体内连续不规则撞击作用产生，剪切力由径向方向不同半径上作圆周运动的磨矿介质和物料相互作用产生，挤压力由搅拌轴旋转作用下物料和磨介同转螺旋产生。搅拌磨机具有能量利用率高、排料新生比表面积大等特点。
2 搅拌磨的类型及作用特点
搅拌磨机有多种分类方式: 从安放方式分可为立式( 也叫塔式搅拌磨机) 和卧式; 从搅拌器几何形式可分为圆盘式、棒式、环隙式等; 从工艺方式可分为间歇式、连续式、循环式; 从工作环境分为干式、湿式。
2.1 从安放方式分类
立式搅拌磨的结构特点是配有水力分级机，直立的筒体内充填磨矿介质，物料在搅拌轴带动磨矿介质冲击、剪切和挤压作用下被细磨或超细磨。细磨或超细磨后的细粒级物料由筒体溢流进入水力旋流器分级后，粗颗粒物料向下沉降，经由砂泵返回机体再磨。
卧式搅拌磨重心较低，运转更加平稳，能耗更低，使用直径为1.5～5 mm 的钢球为磨矿介质。近年来国内外学者对卧式湿法搅拌磨的研磨机理、影响研磨效果和能量利用率的因素进行了DEM 模拟、实验探究和优化。在诸多超细卧式搅拌磨机中，国内外研究最多、应用最广并且使用效果最好的是卧式砂磨机与艾萨搅拌磨( IsaMill)。
2.2 从搅拌器几何形状分类
圆盘搅拌器的圆盘中镶嵌孔、槽、狭缝等，通过搅拌轴旋转带动磨矿介质和物料在筒体内运动使物 料粉碎，由于圆盘式搅拌器旋转速度高，筒体内壁磨损较为严重，发热量大，外壳须安装冷却装置; 棒式搅拌器主要通过搅拌力使磨矿介质和物料运动，在相同转速条件下，棒式搅拌磨的功率密度比圆盘式搅拌磨更大，因此磨矿效率更高; 环隙式搅拌器在搅拌磨机中应用最广泛，包括单锥、双锥式和单柱、双柱式等类型，通常和棒式搅拌器联合使用，以期获得最大的磨矿效率。值得注意的是，环隙搅拌磨机内磨矿介质在排矿前容易产生累积和阻塞，会对正常磨矿作业产生不利影响。
2.3 从工艺方式分类
(1) 间歇式搅拌磨。主要由筒体、搅拌器和循环卸料装置组成。循环卸料装置既可以保证物料在研磨过程中循环混合，又可以确保最终产品及时排出，主要应用于精细陶瓷、电子材料、粉末冶金等行业。当配备大容积循环罐和多台搅拌磨串联使用时，可以分别用于循环磨矿和连续磨矿。
(2) 循环式搅拌磨。其结构特点是筒体直径较小，循环罐的容积较大，并且筒体上部装有滤网。工作过程是物料在筒体和循环罐内快速循环，直至产品粒度合格。这种搅拌磨的特点是矿浆连续快速通过研磨介质层和滤网，合格细粒级产品能够及时排出，能有效避免因过磨而产生的粉体团聚，磨矿效率高; 循环罐还具有混合与分散功能，工作时在循环罐内添加分散剂。此外，由于矿浆在研磨筒内停留时间短，从循环筒内泵入的矿浆足以平衡研磨筒内的温升，无需安装冷却装置，节能高效。
(3) 连续式搅拌磨。常采用圆盘式搅拌器，其工作过程是矿浆物料从筒体下部给料口泵入筒体，在高速搅动磨矿介质的剪切、挤压、冲击作用下，物料被粉碎，粉碎后的细粒浆料经过出料口从上部的溢流口排出。通过控制给料速度的快慢控制物料在筒体内的停留时间，给料速度越慢，停留时间越长，产品粒度就越细; 反之，产品粒度就越粗。该机可单机使用外，还可以多级串联使用。多级串联使用时，研磨介质尺寸从大至小，产品粒度由粗至细。
2.4 从工作环境分类
目前，以湿式搅拌磨为主，已广泛应用在陶瓷、涂料、化工和微生物等行业，在湿式搅拌磨中还可同时实现物料的粉碎、浸出和萃取。干式搅拌磨机借助旋风分离器和鼓风机实现粉碎产品的分级。干式搅拌磨超细粉碎时，由于物料颗粒粒度减小，其表面能剧增，自发团聚现象增加，致使物料处于粉碎与团聚的动态平衡中，排料粒度比同类型湿式搅拌磨粗; 同时，在连续剪切和冲击作用力下，热量积聚，筒体内温度升高，会导致磨矿效率下降，因此干式搅拌磨也需配设冷却装置。干式搅拌磨主要应用于石灰石、白云石和滑石等非金属矿的超细粉碎。
3 工艺参数对搅拌磨效果的影响
影响磨矿效率的工艺参数主要有矿浆浓度、搅拌速度、球矿比、磨矿介质尺寸等。
( 1) 矿浆浓度即矿浆中固体质量分数，只有在适宜的矿浆浓度下，磨矿效率才能达到最佳值，这是因为适当增大矿浆浓度，磨矿介质和物料之间相对碰撞、研磨的机率增加，有利于物料的粉磨。而当浓度过大时，物料在磨机内流动缓慢，被磨时间延长，容易发生过粉碎。另外，浓度较大的矿浆中粗粒不易下沉，易随矿浆流走，造成“跑粗”; 矿浆浓度较小时，物料流动速度快，研磨时间缩短，亦会造成“跑粗”，同时密度大的矿粒易沉积于矿浆底层，产生过粉碎现象。因此，要选取适宜的矿浆浓度，一般粗磨为75% ～ 85%，细磨为65% ～ 75%。
(2) 搅拌速度。增大转子转速，搅拌磨内磨矿介质运动加剧，磨矿介质对物料的冲击和研磨作用加强，也使得单位时间内，磨矿介质对矿浆物料的作用次数增加，在较高的转速条件下，磨矿效率更高。但过高的转速使得搅拌器与筒体内衬磨损加剧，磨矿介质消耗增加，同时，搅拌器高转速运行会增加磨机的能耗。因此，在实际操作过程中，为保证设备稳定高效运转，搅拌器的转速应该适中。
(3) 球矿比( 磨矿介质与被研磨物料的质量比)小，磨矿介质撞击、研磨作用于物料的机率也小，粉磨效果差; 反之，则粉磨效果好。当球矿比过大，磨矿介质的量达到阻碍搅拌器有效驱动时，介质撞击、研磨的机率及强度随之降低，导致研磨效率降低。
(4) 研究表明，磨矿介质尺寸对研磨效率的影响与物料的细度密切相关。粉磨粗颗粒物料时，主要用到冲击力的作用，采用直径较大的磨矿介质的磨矿效率高; 粉磨细粒级物料时，需要有较强的研磨( 剪切力、挤压力) 作用，直径较小的磨矿介质磨矿效率高，且不易造成过粉碎。
4 国内外研究现状
近年来，细磨和超细搅拌磨机在矿业领域取得了一系列的突破性进展。国外应用最普遍的搅拌磨机有立磨机( Vertimill)、SMD( Stirred Media Detritor) 磨机、艾萨磨机( ISAMill) 和Maxxmill，其中立磨机、SMD 磨机和Maxxmill 为立式搅拌磨机，艾萨磨机为卧式搅拌磨机。美国美卓( Metso) 矿业公司生产的立磨机和SMD 磨机，在矿业领域已广泛应用于中矿产品再磨，涉及铜、铅、锌、金、镍、铂族等金属矿物; 澳大利亚Mount Isa 与德国Netzsch-Feinmahhechnik 共同研发的艾萨搅拌磨机，已经成功应用于铜、铅、锌、金、钼及铂族金属矿石的细磨，并可实现开路磨矿; 由德国爱立许公司生产制造的MaxxMill 磨机，磨介尺寸在3 ～ 10 mm，填充率为80%，当入料粒度小于5 mm时，该设备粉磨效果最好，可用于粉碎陶瓷原料、石灰石、石英等。
我国超细搅拌磨的研发从20 世纪70 年代开始，到目前为止已取得了很大进步。80 年代初，长沙矿冶研究院等开发了各种类型的超细搅拌磨机，经过不断地完善与改进，在金属矿、非金属矿、化工、涂料和粉末冶金等行业得到了广泛应用; 20 世纪90年代末，清华大学研制的GJM1000 型干式连续搅拌磨和徐州采掘机械厂制造的SJM1500 型湿法搅拌磨，使国产的搅拌磨在生产能力上有了很大程度的提高; 2002 年，武汉理工大学非金属矿研究设计所研制LQM300 型立式离心自磨机，产品粒度可达0.1～3μm。近年来，以张国旺为代表的研究人员对搅拌磨的研发做出了巨大的贡献，其研制的3600L 大型立式超细搅拌磨机，用于生产亚微米级超细重质碳酸钙，产品细度-2μm 含量大于68%，生产能力最高时达4．6 t /h。吴建明等研发了GJ52 型双槽高强度搅拌磨，产品粒度-2μm 含量可以达到85%～88%，生产能力1.5 t /h 左右。
5 搅拌磨在选矿中的应用
近年来，随着选矿技术水平的提升，尤其是搅拌磨技术的日益成熟和广泛应用，为实现微细粒嵌布难选金属矿石如铁、铜、铅、锌、钼、金、银等有效分选提供了条件。
5.1 黑色金属矿选别
鞍钢齐大山选矿厂浮选尾矿回收赤铁矿细磨粒度要求达到-0.044 mm 含量大于90%，采用普通卧式球磨机进行磨矿时，其生产能力低，成本高。利用立式搅拌磨有效改善了磨矿产品粒度分布，将浮选尾矿细磨至-0.037 mm 占90% 以上，可比普通卧式球磨机节能50% 以上。该选矿厂浮选尾矿经弱磁、强磁选别获得的粗精矿适宜的磨矿细度为-0.044 mm占95%，在此磨矿细度下的粗精矿再经弱磁—强磁—反浮选选别，获得了铁品位64.04%、回收率43.86% 的精矿。为提高二次资源利用率，充分回收尾矿中有用矿物，实现经济效益与资源环境效益双赢，提供了科学技术支持。
柳晓等采用搅拌磨超细粉磨后经重磁选联合流程回收脱硫扒渣中有用组分。结果表明，可以获得铁品位86. 32%、铁回收率78. 78%、硫品位0. 21%的精矿和铁品位16. 76%的尾矿产品。包钢集团选矿厂反浮选尾矿铁品位28. 1%、FeO 含量9. 6%，铁主要以磁铁矿形式存在，分布率为33. 53%，其次为赤铁矿，分布率为3. 31%; 细度为-0. 074 mm 占90. 00%、-0. 040 mm 占60. 00%; 铁矿物单体解离度60. 00%～70. 00%。采用弱磁预选—搅拌磨细磨—弱磁选流程对其进行选别，在细磨粒度为-0. 037 mm 占94. 5% 时，磁铁矿单体解离度由细磨前的59. 6%提高至86. 2%，获得了精矿铁品位66. 18%、回收率63. 18%的优良指标，显著提高了资源利用率和经济效益。
2012 年，江西万国矿业选矿厂对现场浮选尾矿进行了铁回收工艺改进。将长筒型球磨机改为立式搅拌磨用于细磨，搅拌磨与水力旋流器构成闭路作业，矿浆经研磨分级后细度达到-0. 074 mm 占95%以上，然后经弱磁选精选，获得的精矿铁品位从62. 54%提高到64. 27%，铁回收率从79. 79% 提高到了84. 19%。
5.2 有色金属矿选别
德兴铜矿的铜钼混合粗精矿再磨作业一直制约着铜钼分离指标，用立式螺旋搅拌磨替代普通卧式球磨机后，现场生产钼精矿钼品位可达47%，钼综合回收率在74% 左右，相比于改造前有了大幅提升，并降低了钼精矿中的铜含量。都龙某铜锌矿石金属矿物共生关系密切、嵌布粒度细，铜、锌粗精矿再磨粒度要求-0. 038 mm 含量分别为85%、78%，采用普通卧式球磨机难以实现有效细磨。北京矿冶研究总院根据铜、锌粗精矿再磨工艺试验研究成果，改用立式螺旋搅拌磨机进行铜、锌粗精矿再磨后，铜精矿铜品位提高了3. 14个百分点、回收率提高了12. 52 个百分点; 在原矿锌品位下降的情况下，锌精矿锌品位仍然提高了0. 62个百分点、锌回收率提高了0. 29 个百分点，经济效益显著。
5.3 贵金属矿选别
土耳其某银厂尾矿试验样品中，银含量为83 g /t、金含量为1. 5 g /t，银主要赋存在自然银、深红银矿、黝铜矿、辉银矿和淡红银矿中，与重晶石、石英、白云石和长石等脉石矿物紧密共生，需要细磨才能充分单体解离。Celep 等利用实验室型立式搅拌磨机，通过三水平Box-Behnken 效应面设计，研究了磨矿介质球径( 2～4. 5 mm) ，搅拌速度(200～800 r /min) ，球介比( 50%～80%) 对磨矿细度的影响。结果表明: 在磨球直径为2 mm、搅拌速度为800 r /min、球介比为80%、磨矿时间为15 min 条件下，能有效提高再选尾矿中银的单体解离度，尾矿银的浸出率从细磨前( d80 = 100μm) 的36%提高到了细磨后( d80 = 1. 2 μm) 的84%。
董颖博等以山东某金矿的金精矿为试样，莫来石为磨矿介质，在实验室利用立式搅拌磨机，在金精矿品位44. 43 g /t、磨矿细度-0. 02 mm 占97%条件下进行氰化浸出，与现场普通卧式球磨机磨矿细度( -400 目占97%) 的实验室氰化浸出指标进行对比。结果表明，通过优化搅拌磨磨矿以及金精矿氰化浸出的各种因素，金的浸出率提高了0. 49 个百分点; 碱石灰、氰化钠的用量分别降低1 kg /t 和1. 47 kg /t; 浸渣含金量降低至0. 21 g /t，并有效缩短了浸出时间。
6 结语
(1) 搅拌磨作为一种细磨和超细磨设备，与普通卧式球磨机相比，具有磨矿效率高、工艺简单、产品粒度细且分布均匀、能耗低等优点。
(2) 影响搅拌磨磨矿效率的主要工艺参数有:矿浆浓度、转子速度、球矿比、磨矿介质尺寸等。
(3) 针对细粒嵌布难选铁、铜、铅、锌、钼、金、银矿石选别，采用搅拌磨应用于再磨作业，能有效提高磨矿效率和目的矿物的单体解离度，降低生产成本，提高经济效益。
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