GJM型棒式搅拌磨机工业试验研究.pdf

6 6 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第3 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 7 ．0 3 ．0 1 4 G J M 型棒式搅拌磨机工业试验研究 孙小旭 1 ．北矿机电科技有限责任公司，北京1 0 0 1 6 0 ；2 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 摘 要在介绍石墨资源储量分布和鳞片石墨选矿流程的基础上，描述了G J M 型棒式搅拌磨机的主要结构和工作原 理，详细叙述了磨机的空载试验、条件探索试验和连续带矿试验。试验过程中，考察了磨机给料、排料粒度，测定了精选3 浮选 精矿和精选4 浮选精矿品位。条件探索试验结果表明，磨机电机最佳运行频率为4 0H z 、充填率为3 0 ％；连续带矿试验结果表 明，相同工况下，经G J M 型棒式搅拌磨机再磨后，浮选品位提升幅度比原有设备高4 0 ％以上，研磨介质消耗仅为原来的5 0 ％， 设备节能2 5 ％以上。除此之外，设备整体运行平稳，可实现2 4h 以上带矿带介质满负荷启动，达到设计要求。总之，对于鳞片 石墨再磨而言，G J M 型棒式搅拌磨机是一款更为理想的设备。 关键字棒式；搅拌磨机；鳞片石墨；再磨；工业试验 中图分类号T D 4 5 3 ．9文献标志码A文章编号1 6 7 1 ．9 4 9 2 2 0 1 7 0 3 - 0 0 6 6 - 0 4 R e s e a r c ho nG J MB a rS t i r r e dM i l lT h r o u g hC o m m e r c i a lT e s t s U NX i a o x u J ．B G R I M MM a c h i n e r ya n dA u t o m a t i o nT e c h n o l o g yC o ．，L t d ．，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a ； 2 ．B e o i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a A b s t r a c t O nt h eb a s i so fi n t r o d u c i n gt h er e s e r v ed i s t r i b u t i o na n dm i n e r a lp r o c e s s i n gf l o ws h e e to fg r a p h i t e ， t h em a i ns t r u c t u r ea n dw o r kp r i n c i p l eo fG J Mb a rs t i r r e dr a i l lw a sd e s c r i b e d ，t h e na c c o u n t i n gt h en o ．1 0 a d t e s t ． c o n d i t i o n se x p l o r a t i o nt e s ta n dc o n t i n u o u so r et e s ti nd e t a i l ．D u r i n gt h et e s t ，t h ef e e d i n ga n do u t i n gm a t e r i a lo ft h e m i l la r ei n v e s t i g a t e d ，t h e nt h ef l o t a t i o nc o n c e n t r a t eg r a d eo ft h i r da n df o u r t ha r et e s t e d ．T h er e s u l t so fc o n d i t i o n s e x p l o r a t i o nt e s ts h o wt h ep r o p e rf r e q u e n c yo fm o t o ri s4 0 H za n dt h ef i l l i n gr a t i oo fg r i n d i n gm e d i ai s3 0 ％．D u r i n g t h es a m ec o n d i t i o n s ，t h er e s u h so fc o n t i n u o u so r et e s ts h o wt h ef l o t a t i o nc o n c e n t r a t eg r a d ep r o m o t i n g4 0 ％t h r o u g h t h er e g r i n d i n go fG J Mb a rs t i r r e dm i l l ，t h ec o s to fg r i n d i n gm e d i ai sh a l fa n dt h es a v i n ge n e r g yi su p p e rt h a n2 5 ％． B e s i d e s ，t h ee q u i p m e n to p e r a t e ss m o o t h l ya n ds t e a d i l y ，c a na c h i e v et h ef u l ll o a ds t a r ti n2 4h o u r s ，i tr e a c ht h e d e s i g nr e q u i r e m e n t s ．I nb r i e f ，G J Mb a rs t i r r e dm i l li sm o r ei d e a le q u i p m e n tf o rt h er e g r i n d i n go ff l a k eg r a p h i t e ． K e yw o r d s b a rt y p e ；s t i r r e dm i l l ；f l a k eg r a p h i t e ；r e g r i n d i n g ；c o m m e r c i a lt e s t 石墨是一种新兴战略性非金属矿产资源，可广 泛应用于航空航天、新兴材料、能源开发、国防建设 等领域，是我国继稀土外的又一优势矿产。我国作 为石墨资源储量最丰富的国家，已探明矿石储量约 为2 0 亿t 以上，占世界石墨储量的7 2 ％以上，其中 黑龙江省石墨资源储量占全国6 0 ％以上J 。 作为我国石墨储量大省的黑龙江，其资源主要 集中在鸡西、鹤岗两个地区，且主要以鳞片石墨资源 为主，原矿品位在8 ％～1 6 ％，但随着开采深入，部分 地区原矿品位已降至6 ％或以下，石墨精矿品位大都 在9 0 ％以上，粒度一般为一1 5 0 “m 占7 0 ％左右。受 限于石墨“分段磨矿、分段选别”的冗长工艺流程和 现有设备规格型式，每次再磨、浮选段精矿品位提升 幅度有限，且现有磨机对鳞片石墨的大鳞片结构破 坏较为严重，严格限制了石墨资源的利用价值和应 用领域。 针对鳞片石墨的特殊结构和“再磨再选”的选矿 工艺流程，基于G J M 型双叶轮式搅拌磨机、K L M 型 立式螺旋搅拌磨机的研发及应用经验[ 2 ] ，北矿机电 科技有限责任公司研制了G J M 型棒式搅拌磨机，并 在鳞片石墨选矿厂完成了工业试验，结果表明设备 整体性能稳定，效果良好，符合保护石墨大鳞片结构 收稿日期2 0 1 6 - 0 9 - 0 1修回日期2 0 1 7 - - 0 3 ．2 3 作者简介孙小旭 1 9 8 9 一 ，男，河北易县人，硕士，工程师，主要从事粉磨设备的研究与推广工作。 万方数据 2 0 1 7 年第3 期 孙小旭G J M 型棒式搅拌磨机工业试验研究 6 7 的要求，适用于鳞片石墨的特殊选矿工艺流程。 1 试验设备结构分析 G J M 型棒式搅拌磨机由电机装置、减速装置、槽 体部件、排料装置、介质添加装置和搅拌装置等零部 件组成‘3 刮，除此之外，在筒体部件上还设有给料装 置、放空装置等，图1 为其结构简图㈣。 刊帚一； 『U f 1 l 殳l 。 f 域谴∥f 、i 1I ‘牲⋯川 4 一槽体组件；5 一地基；6 一搅拌装置 图1G J M 型棒式搅拌磨机结构简图 F i g ．1 S t r u c t u r ed i a g r a mo fG J Mb a rs t i r r e dm i l l 由图1 可知，磨机槽体内的棒式搅拌装置在电 机减速机装置的带动下进行旋转，进而带动筒体内 部的研磨介质进行层级流动，矿浆从槽体组件下部 泵入，介质与矿浆在磨机槽体内进行相互摩擦，从而 使物料被再磨，满足再磨要求的合格矿物经由排料 装置溢流排出，进入下一阶段选别流程，不满足要求 的矿物继续再磨。 作为立式搅拌磨机的一种，G J M 型棒式搅拌磨 机与其它类型的搅拌磨机一样对矿物具有细磨和再 磨作用，能一定程度上提升矿物的单体解离度。但 由于搅拌装置结构和研磨介质的特殊性，可起到选 择性磨矿作用，重点剥离附着在矿物表面的脉石、细 泥和药剂等。因此，仅从结构上分析可知，G J M 型棒 式搅拌磨机对石墨矿物的鳞片结构具有选择性磨矿 作用，可尽量保护其原有结构，较优地提升此类矿物 的大鳞片产率，增加其产品的经济效益和应用领域。 为了能更清晰地显示此类型磨机对石墨矿物鳞片结 构的保护效果，特在鳞片石墨选矿厂进行了工业试 验研究。 2 设备空载性能测试 为了确定G J M 型棒式搅拌磨机的基本运行性 能，对设备进行了空载测试试验，试验过程中电机运 行电流，电机、减速机温度随时间变化如图2 所示。 ⋯川m l i l j 图2G J M 型棒式搅拌磨机空载运行关系图 F i g ．2 N o l o a do p e r a t i o nr e l a t i o n s h i pd i a g r a m o fG J Mb a rs t i r r e dm i l l 由图2 知，电机运行电流最终稳定在2 7 ．5A 左 右；电机、减速机的运行温度稳定在3 9 ．0 、4 2 ．0c C 左 右。试验过程表明，设备空载运行稳定，1m 处噪声 值不大于8 5d B ，符合设计要求，可进行工业试验。 3 工业试验研究 3 ．1 试验条件 3 ．1 ．1 试验流程 G J M 型棒式搅拌磨机工业试验在黑龙江某鳞片 石墨选矿厂进行，该选矿厂原矿处理量为10 0 0t ／d 左右，原矿品位在4 ％～7 ％，其原矿经一次粗选一次 扫选得到粗精矿，粗精矿经过1 1 次再磨1 3 次精选 后得到最终精矿，其品位可达9 5 ％以上，回收率可达 8 0 ％以上，中矿分两次集中返回。 该选矿厂鳞片石墨原矿中主要成分含量、粒度 分布特征如表1 和表2 所示‘6o 。 表1鳞片石墨矿物主要成分 T a b l e1 M a j o rc o m p o n e n to ff l a k eg r a p h i t e ／％ 盛坌望壁回窒堕堡垄坌 皇竺垒生竺 竺 Q竺 竺基丝 笪量 堑 墼翌 堑堑 i i i 丝 由表1 、表2 可知，该选矿厂石墨原矿品位较好， 大鳞片石墨的含量较高，是国内品质较为优良的鳞 片石墨矿。品质优良的大鳞片石墨对有效地评判设 万方数据 6 8 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第3 期 备性能至关重要，直接关系到试验的成败，且此选矿 厂石墨性质和粒度分布符合设备工业试验要求，故 可在此处进行工业试验。 表2鳞片石墨原矿粒度分布特征 T a b l e2P a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o no ff l a k eg r a p h i t eo r e ／％ 考虑到G J M 型棒式搅拌磨机适用于大鳞片石墨 精矿再磨的特点，综合选矿厂实际运行情况及试验 的可操作性等因素，最终选定精矿再磨3 为磨机试 验位置，在此位置试验设备与原有设备并联，这既保 证了试验的准确性又保证了现场生产的连续性。图 3 为设备试验处的工艺流程。 再磨2 排矿 图3 磨机试验位置流程图 F i g ．3 F l o w s h e e to fm i l lt e s tp o s i t i o n 3 ．1 ．2 取样方法 为了充分考察G J M 型棒式搅拌磨机的性能、对 比试验设备与原有设备的优劣，试验期间，对图3 中 的精选3 浮选精矿、精选4 浮选精矿以及再磨3 磨 机产品进行取样，取样间隔为2h ，对上述矿样有选 择性地测定粒度和品位 即碳含量 。 3 ．2 空载研磨介质试验 G J M 型棒式搅拌磨机的研磨介质可以采用河 砂、砾石、玻璃球、陶瓷球等多种形式和规格，本试验 中采用的研磨介质参数如表3 所示。 表3研磨介质基本参数 T a b l e3B a s i cp a r a m e t e r so fg r i n d i n gm e d i a 耋型塑堑二竺塞查鏖』 g 竺2 堡查鏖』 g 竺12 陶瓷球 o8 ～2 02 ．3 5 ～3 ．2 5 1 ．2 5 ～1 ．8 5 为探索电机功率与研磨介质充填率的匹配程 度，在1 0 ％一4 0 ％研磨介质充填率、1 0 ～5 0H z 电机 频率的条件下，对磨机进行了带水带介质试验，测定 了电机在不同条件下的性能参数，如图4 所示。 由图4 可知，磨机在电机频率5 0H z 、介质充填 率4 0 ％下，运行电流不超过8 0A ，远远小于电机额 定电流值，表明设备可进行带矿工业试验，侧面验证 了设备性能的稳定性。 图4 不同介质充填率下电机电流变化关系 F i g ．4 M o t o rc u r r e n tc h a n g er e l a t i o n s h i p o fd i f f e r e n tm e d i ac h a r g er a t i o 3 ．3 条件探索试验 对于G J M 型棒式搅拌磨机推荐用于工业试验的 电机频率为3 0 、4 0 、5 0H z ，研磨介质充填率为2 0 ％、 3 0 ％、4 0 ％；在不同电机频率、不同研磨介质充填率 条件下，进行了磨机带矿、带介质条件探索试验，试 验条件如表4 所示。 表4 F i g ．4 条件试验表 T a b l eo fc o n d i t i o nt e s t 试验过程中，在每个条件下设备均稳定运行2 4 h ，以浮选精矿品位提升幅度 精选4 浮选机精矿品 位和精选3 浮选机精矿品位的差值 作为判别依据， 对不同条件下的精矿品位提升幅度进行了记录、分 析，结果如图5 所示。 由图5 分析可知，对于不同电机频率和研磨介 质充填率而言，设备性能变化比较明显，即对于不同 条件，鳞片石墨精矿品位提升幅度变化较为明显。 根据曲线变化规律可知，在现有工艺流程和设备结 ] 厂0 ＼ 哇月曼 3 磨 篙 万方数据 2 0 1 7 年第3 期孙小旭G J M 型棒式搅拌磨机工业试验研究 6 9 构参数下，G J M 型棒式搅拌磨机最适宜的电机频率 为4 0H z ，介质充填率为3 0 ％，此时，精选4 浮选精矿 的碳品位较精选3 浮选精矿的碳品位可提升6 ．5 个 百分点左右。 图5 不同条件下品位提升幅度 F i g ．5 G r a d el i f t i n gr a n g eo fd i f f e r e n tc o n d i t i o n s 3 ．4 连续运行试验 在条件探索试验结果的支持下，选定在4 0H z 电机频率、3 0 ％充填率条件下进行连续带矿试验，评 判指标与3 ．3 节中所述相同，设备稳定运行7 2h 以 上。并在同样条件下，考察了相同时间段内原有设 备的运行参数和指标，具体对比结果如表5 所示。 表5对比试验结果 T a b l e5R e s u l t so fc o m p a r i s o nt e s t 参数G J M 型棒式搅拌磨机原有再磨设备 精选3 品位／％ 7 1 ．0 97 2 ．6 5 精选4 品位／％ 7 7 ．5 97 7 ．1 6 品位提升幅度／％ 6 ．5 0 4 ．5 1 产品一1 5 0 m 含量／％ 6 0 ．2 06 2 ．5 6 运行电流／A 5 5 ．2 07 6 ．7 0 介质消耗／ k g d 。1 1 4 0 ．0 03 0 0 ．0 0 由表5 可知，从精选4 浮选机精矿品位相对于 精选3 浮选机精矿品位的提升幅度来看，G J M 型棒 式搅拌磨机的品位提升效果明显优于原有再磨设 备，比原有提升幅度高4 0 ％以上；然而，设备运行电 流仅为原有设备的7 2 ％左右，研磨介质消耗也仅为 5 0 ％左右；除此之外，该设备的排矿粒度也粗于原有 设备，即从侧面反映了设备对大鳞片石墨的保护效 果。 3 ．5 带负荷启动试验 磨机是鳞片石墨选矿厂的重载设备，设备运行 的稳定性严重影响着选矿厂的正常生产，为了充分 考察设备性能，对G J M 型棒式搅拌磨机进行了多次 带负荷启动试验，试验结果表明，设备停机2 4h ，可 以实现正常满负荷启动，充分保证了选矿厂的正常 连续生产。 4 结论 通过研制G J M 型棒式搅拌磨机并在鳞片石墨精 矿再磨段完成工业试验，得到如下基本结论 1 G J M 型棒式搅拌磨机在试验过程中，整体运 转良好未出现明显故障，达到设计要求；磨机运行平 稳，给矿、排矿过程正常，没有明显给矿、排矿不畅的 现象发生；磨机再磨能力适中，槽体内没有矿浆死 区；此外，在满负荷停车2 4h 后可实现正常启动。 2 在现有鳞片石墨再磨工艺流程和设备结构参 数下，G J M 型棒式搅拌磨机最佳运行电机频率为4 0 H z 、充填率为3 0 ％。在此条件下，磨机比原有设备 再磨后浮选精矿品位提升幅度高4 0 ％以上，研磨介 质消耗仅为5 0 ％左右，比原有设备节能降耗2 5 ％ 以上。 综上所述，G J M 型棒式搅拌磨机是一款更为理 想的鳞片石墨精矿再磨设备，性能稳定，效果优良， 其必将为我国非金属行业的发展做出应有贡献。 参考文献 [ 1 ] 中国市场网．中国石墨行业发展现状分析与市场前景预 测报告 2 0 1 5 2 0 2 1 年 [ R ] ．2 0 1 5 ． [ 2 ] 袁树礼，吴建明，杨俊平．大型单槽高强度搅拌磨机的 研制及在石墨行业的应用[ J ] ．中国非金属矿工业导刊， 2 0 1 3 2 3 7 3 9 ． [ 3 ] 成大先．机械设计手册第1 卷第五版[ M ] ．北京化学 工业出版社，2 0 0 7 ． [ 4 ] R A D Z I S Z E W S K IP ．A s s e s s i n gt h es t i r r e dm i l ld e s i g ns p a c e [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ．2 0 1 3 4 1 9 - 1 6 ． [ 5 ] 孙小旭，卢世杰，何建成，等．G J M 型棒式搅拌磨机的研发 与应用[ J ] ．中国矿业，2 0 1 6 ，2 5 7 1 3 0 - 1 3 3 ． [ 6 ] 刘海营，劳德平，李崇德，等．黑龙江萝北鳞片石墨浮选新 工艺研究[ J ] ．中国矿业，2 0 1 5 ，2 4 增刊2 1 8 9 1 9 2 ． 万方数据