立式螺旋搅拌磨机的工业放大和选型研究.pdf

2 0 1 7 年增刊有色金属 选矿部分 3 1 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 ．z 1 ．0 0 6 立式螺旋搅拌磨机的工业放大和选型研究 张国旺，赵湘，黄礼龙，肖骁，龙渊，石立，李文明，桑艳伟 长沙矿冶研究院有限责任公司，长沙4 1 0 0 1 2 摘要对立式螺旋搅拌磨机的选型和工业放大进行了研究，即将立磨机与水力旋流器组成的闭路磨矿回路作为整体考 虑。方法中比能耗是进行立磨机选型放大的关键参数，即将物料的给矿粒度和磨矿产品粒度作为选型的输入数据，通过实验 室试验进行物料比能耗的测试，然后再与类似物料的工业运行数据相结合进行数值校正，最后根据处理量的要求进行设备的 选型放大。方法已成功地用于马钢集团东山选矿厂磁铁矿“提铁降硅”工艺流程中立磨机的工业选型和放大设计，两台 J M - 1 8 0 0 型 2 5 0k W 立磨机已在现场稳定运行3 a 多，指标达到设计要求。 关键词立式螺旋搅拌磨机；工业放大；细磨；再磨；比能耗 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 S O - 0 0 3 1 - 0 5 R e s e a r c ho nS c a l e ．u pa n dD e s i g nM e t h o do fV e r t i c a lS c r e wS t i r r e dM i l l Z H A N GG u o w a n g ，Z H A OX i a n g ，H U A N GL i l o n g ，X I A OX i a o ，L O N GY u a n ，S H IL i ，L IW e n m i n g ，S A NY a n w e i C h a n g s h aR 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 ，C h a n g s h a4 1 0 0 1 2 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep a p e rp r e s e n t sas c a l e u pa n dd e s i g nm e t h o do fv e r t i c a ls c r e ws t i r r e dm i l l ，i nw h i c ht h ec l o s e d c i r c u i to fm i l la n dh y d r o c y c l o n ew a sa s s u m e da so n ef a c t o r ，t h e o r e t i c a l l yr e g a r d l e s st h ea f f e c t si n s i d es y s t e mo ft h e m i l la n dh y d r o c y l o n e ．T h es p e c i f i ce n e r g yi sc h o s e na sas c a l e u pc r i t e r i o n ，b a s e do nt h ep r e m i s et h a tw h e nf e dt h e s a m ef e e dm a t e r i a l ，m i l l so fd i f f e r e n ts i z e sd e l i v e r i n gt h es a m es p e c i f i ce n e r g yw i l ly i e l dp r o d u c t s ．B a t c hg r i n d i n g t e s t sa r ec o n d u c t e dt od e t e r m i n et h es p e c i f i ce n e r g y ，a n dc o m b i n e dw i t hi n d u s t r i a lp r o d u c t i o nd a t a ，s c a l e u pa n d d e s i g no fv e r t i c a ls c r e ws t i r r e dm i l lf o ri n d u s t r i a lp r o d u c t i o na r ea c c o m p l i s h e d ．H a v i n gd e v e l o p e dt h i sm e t h o df o rt h e v e r t i c a ls c r e ws t i r r e dm i l lu s e di nr e g r i n d i n gd u t yo fi r o no r ei nM aS t e e l ，i th a sn o wb e e ns u c c e s s f u l l ya p p l i e di n o t h e ri n s t a l l a t i o n s ． K e yw o r d s v e r t i c a ls c r e ws t i r r e dm i l l ；s c a l e u pa n dd e s i g n ；r e g r i n d i n g ；f i n eg r i n d i n g ；s p e c i f i ce n e r g y 1概述 1 9 世纪5 0 年代，日本河端重胜博士发明了第一 台塔磨机，主要应用细磨或超细磨行业，并于1 9 8 7 年，成功应用于矿产行业。由于矿业行业磨矿的需 求，细磨设备快速发展，目前世界上矿用细磨或超细 磨机主要有以下代表机型美卓公司的V e r t i m i l l 磨 机及S t i r r e dM e d i aD e t r i t o r S M D 磨机，爱立许公司 的T o w e r m i l l 磨机，艾萨公司I S AM i l l 磨机及长沙矿 冶研究院的J MM i l l 立式螺旋搅拌磨机等。 J M 系列立式螺旋搅拌磨机是2 0 世纪8 0 年代末 长沙矿冶研究院研发的一种最具代表性的立式搅拌 超细磨机，磨机常与水力旋流器构成闭路磨矿分级 作业，上述几种磨机的磨矿工作原理基本相似。 不同种类的细磨或超细磨机，如何合理选择设 备型号，如何确定最佳工艺条件，如何进行设备工业 放大，这些非常重要。近年来，长沙矿冶研究院对 J M 系列立磨机进行了工业放大方法的研究，通过测 试其搅拌器的扭矩来测算出其比能耗，然后再与类 似物料的工业运行数据相结合进行数值校正，最后 根据处理量的要求来进行设备的工业选型和放大并 工业应用，已成功地用于马钢集团东山选矿厂磁铁 矿“提铁降硅”工艺中等多家立磨机的工业选型和放 大设计，指标达到设计要求。1 ‘8 1 。 2 比能耗试验及选型研究 2 ．1 试验原理、装置及方法 针对J M 系列立磨机的工业放大选型，主要先进 箨薯昌羿i 絮昌数1 3 1 9 6 3 ． ，男，湖南省宁乡，博士，教授级高工，立式磨、塔式磨、搅拌磨的研究和超细磨成套装备技术开发。作者简介张国旺 ． ，男，湖南省宁乡，博士，教授级高工，立式磨、塔式磨、搅拌磨的研究和超细磨成套装备技术开发。 万方数据 3 2 有色金属 选矿部分 2 0 1 7 年增刊 行试验室的研究，通过对矿样进行批次磨矿试验，测 算出磨矿的比能耗。试验过程即是设定矿样的磨矿 目标值，通过细磨至矿样的目标细度所需要的能耗 即可，通过比能耗，计算出工业应用设备所需要的装 机功率以便进行设备的放大。 试验室的细磨设备采用J M - 2 6 0 型立磨机，磨机 设置有变频调速装置及功率测定装置 图1 、表1 。 功率测定采用高精度功率表、扭矩传感器两种方式。 功率表是用于测定整个系统消耗功率，扭矩仪用于 测定立磨机搅拌轴扭矩从而计算出轴功率。 扭矩仪 变频调速 计算机系统 图1试验室立式螺旋搅拌磨机 F i g ．1 E x p e r i m e n t a lv e r t i c a ls c r e ws t i r r e dm i l l 表1试验室立式螺旋搅拌磨机参数 T a b l elT h ep a r a m e t e ro fe x p e r i m e n t a lv e r t i c a ls c r e w s t i r r e dm i l l 试验方法磨机简体内固定装有8 0k g 的磨矿介 质球，每次试验限定磨一定量的矿样 1 0k g ，即每 次按限定的球料比进行批次磨矿，磨矿浓度为 5 5 ％～6 5 ％，转速设定为8 0 ～2 0 0r ／m i n ，通过装置在 搅拌轴上的扭矩仪即可测算出磨矿能耗。 2 ．2 马钢集团铁矿细磨选型试验 针对马钢集团南山矿业东山选矿厂的铁矿样 品，来样粒度为D ，。为7 5 m ，要求立磨磨矿后产品 达到D 。，／ 7 5 “m ，该厂处理铁矿17 0 0t ／d 进行设备 选型。该铁矿矿样粒度筛分结果见表2 。 表2 T a b l e2 马钢集团东山铁矿粒度组成 P a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o no fM aS t e e l D o n g s h a ni r o no r ed r e s s i n gp l a n t 通过磨矿试验，测算出不同的磨矿细度所需要 的能耗，其对应的关系曲线见图2 所示。 f _ 工 ● 良 邑 耀 避 乏 舟 由图2 可以看出，当磨矿粒度达到D 粥 7 5 斗m 时，需要的比电耗为4 ．7 lk W h ／t 。根据处理量 7 1t ／h ，最后，确定采用两台J M 一1 8 0 0 B 型搅拌磨机， 单台装机功率为2 5 0k W 。 2 ．3 新疆鄯善铁矿细磨选型试验 新疆鄯善某铁矿厂为生产高纯铁精粉，需要对 矿样进行细磨后选别才能获得铁品位为7 1 ．5 ％以上 的合格产品。原铁矿样矿给料粒度一7 5 “m 占 6 6 ．9 7 ％，要求立磨机磨矿后产品达到D 帖／ 4 5t x m ， 处理量为4 0 0t ／d 铁矿，进行细磨设备选型。 该选场的铁矿矿样粒度筛分结果见3 ，从表中可 知，铁矿一4 5 m 百分含量3 9 ．1 4 ％。 表3铁矿矿物粒度组成 T a b l e3P a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o no fc o n c e n t r a t e so f S h a n s h a ni r o no r ed r e s s i n gp l a n t 9 8 7 6 5 4 3 2 1 万方数据 2 0 1 7 年增刊张国旺等立式螺旋搅拌磨机的工业放大和选型研究 3 3 通过批次磨矿试验，测算出比能耗与磨矿细度 的对应曲线，见图3 所示。 图3 新疆鄯善铁矿比电耗随细度变化曲线图 F i g ．3S p e c i f i ce n e r g yc o n s u m p t i o nw i t ht h eg r i n d i n g f i n e n e s so fS h a n s h a ni r o no r e 由图3 可以看出，当磨矿细度达到D 。5 4 5 斗m 时，磨矿的比能耗约为1 5 ．3 5k W h ／t 。因此，结合 处理量约4 0 0t ／d 即可计算出选型设备，最终选定采 用2 台J M 一1 5 0 0 型搅拌磨机，单台装机功率为 1 3 2k W 。 2 ．4 北方铜业铜尾矿细磨选型试验 北方铜业公司主要生产铜精粉为主，但是2 0 1 2 年以来，我国矿业经济低落，影响企业发展。因此， 2 0 1 3 年，该公司为提高选矿厂效益，对铜尾矿进行综 合回收其中的铁矿，尾矿因嵌布粒度较细，因此需要 细磨。该公司寄来尾矿磁选后的粗精铁矿样细度为 ～4 5 斗m 约占3 5 ％，需要细磨至D ∞ 1 4 5t x m ，该厂处 理量为3 0 0d ／t ，进行立磨机选性试验。 该选产的原粗精铁矿样的粒度筛析结果见表4 所示。 表4北方铜业粗精铁矿样粒度组成 T a b l e4P a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o no f r o u g h e r c o n c e n t r a t e so fN o a hC o p p e ri r o no r e d r e s s i n gp l a n t 从表4 中可以看出，该矿样一4 5 斗m 的含量为 3 3 ．8 1 ％。通过批次磨矿实验，测算出比能耗与磨矿 细度的对应曲线，见图4 所示。 从图4 可以看出，当磨矿细度达到D 9 0 4 5 岬时， 磨矿所需要的比电耗约为1 7 ．3 6k W h ／t 。该厂粗铁精 矿的处理量为3 0 0t ／d ，因此根据比能耗计算出选用2 台J M ．1 5 0 0 型立磨机，装机功率为单台1 3 2k W 。 4 05 06 07 08 09 0 1 0 0 4 5 m 百分含量，％ 图4 北方铜业粗精铁矿比电耗随细度变化曲线图 F i g ．4S p e c i f i ce n e r g yc o n s u m p t i o nw i t ht h eg r i n d i n g f i n e n e s so fN o r t hC o p p e ri r o no r e 3立磨机工业应用实践 3 ．1 马钢集团铁矿立磨机工业应用实践 马钢集团南山矿业东山选矿厂选铁系统流程如 图5 所示，通过立磨机，磨矿细度稳定达到一7 5 斗m I 9 5 ％，铁矿品位达到6 4 ％一6 5 ％。在加入立磨机 之前，铁品位一直徘徊在6 1 ％～6 2 ％。立磨机的加 入，对铁矿选矿指标的提高，起到了良好的作用。此 外，通过对现场能耗的测算 图6 ，得到立磨机处理 每吨矿需要的电耗为4 ．9 7k W h ／t ，与试验室选型 能耗相近。其现场技术指标见表5 所示。 筻堕 旋流器 磁滚l 筒 厂 球磨机n ＼√ 螺旋分1 绒机 磁滚筒 小一 { kn旋流器 一 人 盘式磁选机 磁滚l 筒立磨机U 厂 、 厂 ＼一 厂 、一 『 精矿 尾矿 图5马钢集团铁选矿厂工艺流程图 F i g ．5 F l o w s h e e to fM aS t e e l1 o n g s h a i r o no r ed r e s s i n gp l a n t h一 加 坫 m 5 0 3 一。_1．11．参量糕避迥斟 、＼ 。～ ， 6 m r ，冒 ～ 分 ／ 盘 一 铽飞 气 m m M 坦m 。6 矿复旷嬲 万方数据 3 4 有色金属 选矿部分 2 0 1 7 年增刊 表5 T a b l e5 马钢集团东山选矿厂现场技术指标 P r o d u c t i o na n dt e c h n i c a li n d i c a t i o no fM aS t e e lD o n g s h a ni r o no r ed r e s s i n gp l a n t 3 ．2 新疆鄯善铁矿立磨机工业应用实践 新疆鄯善铁选矿厂的工艺流程图见图7 所示， 该厂主要生产超纯超细铁精粉，用于新型材料，选矿 厂通过立磨机与旋流器行程闭路磨矿，磨矿细度能 表6 T a b l e6 稳定达到一0 ．0 4 5m i l l ／- 9 6 ％，单台立磨机的处理能 力为8 ～8 ．5t ／h ，通过现场能耗测试发现 图8 ，处 理每吨矿所需要的能耗约为1 5 1 6k W h ／t 。与实 验所测试的数据相近。其现场技术指标见表6 所示。 新疆鄯善选矿厂现场技术指标 P r o d u c t i o na n dt e c h n i c a li n d i c a t i o no fS h a n s h a ni r o no r ed r e s s i n gp l a n t 图6 马钢集团东山铁矿“提质降杂” 立磨机应用现场 F i g ．6 P i c t u r eo fJ Mv e r t i c a ls c r e ws t i r r e dm i l li nM a S t e e lD o n g s h a ni r o no r ed r e s s i n gp l a n t 3 ．3 北方铜业铜尾矿选铁厂立磨机工业应用实践 北方铜业尾矿选铁厂的工艺流程图见图9 所 示，该厂每天处理铜尾矿2 00 0 0t ，铜尾矿中磁性铁 品位为0 ．5 ％～0 ．7 ％。实行两开一备，应用3 台J M 一 1 5 0 0 型立磨机。通过现场考察得到，磨矿分级后旋 流器溢流细度稳定达到一4 5u m ≥9 0 ％，实现了铁 精矿品位达到6 0 ％以上，每日铁精矿产量为1 3 5 ～ 1 5 0t 。单台立磨机的处理能力约为6t ，得到处理每 吨矿所需要的电耗约为1 7 ．6k W h 与选型时所测 试比能耗接近。其现场指标结果见表7 所示以及现 场磨机工业应用见图1 0 所示。 4结论 通过实验室立式螺旋搅拌磨机比能耗的测试试 验，然后再与类似物料的工业运行数据相结合进行数 r i 蒂球州L , 铁精矿} { 图7新疆鄯善选矿厂工艺流程图 F i g ．7 F l o w s h e e to f ’S h a n s h a ni r o n r ed r e s s i n gp l a n t 图8新疆鄯善铁选矿厂工业应用现场 F i g ．8 P i ’f L U ’eo fJ Mv e r t i - a lS C I ’P ws t i r r e m 川i nS h a n s h a nir o no r e 万方数据 2 0 1 7 年增刊张国旺等立式螺旋搅拌磨机的工业放大和选型研究 3 5 铜尾韧 } ￡矿 图9 铁精矿 北方铜业铜尾矿选铁选矿工艺流程 F i g ．9 F l o w s h e e to fN o a hC o p p e r i r o no r ed r e s s i n gp l a n t 图1 0 北方铜业铜尾矿选铁立磨机工业应用 F i g ．1 0 P i c t u r eo fJ Mv e r t i c a ls c r e ws t i r r e d m i l li nN o r t hC o p p e ri r o no r e 值校正，最后根据处理量的要求来进行设备的选型 放大，均取得了良好的应用效果。 通过实验室数据与工业数据进行对比发现，其 比能耗值差别不大，进而可以得出，该通过测试比能 耗的方法是一种正确有效的立式螺旋搅拌磨机工业 放大设计方法。 该方法已成功用于马钢集团东山选矿厂磁铁矿 “提铁降硅”工艺流程中立式螺旋搅拌磨机的工业选 型和放大设计，两台J M 一1 8 0 0 型 2 5 0k W 立式螺旋 搅拌磨机已在现场稳定运行3 a 多，指标达到设计要 求。 参考文献 [ 1 ] 陈雯．贫细杂难选铁矿石选矿技术进展[ J ] ．金属矿山， 2 0 1 0 ，4 0 7 5 5 5 - 5 9 [ 2 ] G A OMW ，Y O U N GMF ，A L L u MP ．I s a M i l lf i n eg r i n d i n g t e c h n o l o g ya n di t si n d u s t r i a la p p l i c a t i o n s a tm o u n ti s am i n e s [ A ] ．／／O t t a w a ，C a n a d a ，3 4 t hA n n u a lM e e t i n go f t h e C a n a d i a nM i n e r a lP r o c e s s o r s ，2 0 0 2 ． [ 3 ] 张国旺．超细粉碎设备及其应用[ M ] ．北京冶金工业出 版社，2 0 0 5 ． [ 4 ] R U L ECM ．E n e r g yc o n s i d e r a t i o n s i nt h ec u r r e n tP G M p r o c e s s i n gf l o w s h e e tu t i l i z i n gn e wt e c h n o l o g i e s [ J ] ．／／T h e J o u r n a lo ft h eS o u t h e r nA f r i c a nI n s t i t u t e o fM i n i n ga n d M e t a l l u r g y ，2 0 0 9 ，1 0 8 3 9 - 4 6 ． [ 5 ] Z H A N GGW ，Z H A OX ，L IZQ ，e ta 1 ．R e s e a r c ha n d A p p l i e t i o no fV e r t i c a lS c r e wS t i r r e dM i l l [ A ] ．／／B r i s b a n e ， Q L D ，A u s t r i l i a ，X X V I n t e r n a t i o n a lM i n e r a lP r o c e s s C o n g r e s sI M P C2 0 1 0P r o c e e d i n g s ，2 0 1 0 ． [ 6 ] X I A OX ，Z H A N GGW ，F E N GQM ，e ta 1 ．T h el i b e r a t i o n e 自f e c to fm a g n e t i t ef i n eg r o u n db yv e r t i c a ls t i r r e dm i l la n d b a l lm i l l [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 1 2 ，3 4 6 3 4 5 9 ． [ 7 ] 顾敏华，胡黄毛．J M l 8 0 0 立式螺旋搅拌磨矿机在东山选 矿厂的应用[ J ] ．现代矿业，2 0 1 5 9 2 1 2 - 2 1 3 ，2 2 0 ． [ 8 ] 兰希雄，李品福，何庆浪．都龙锌锡多金属矿再磨工艺的 研究及应用[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 2 5 2 8 3 1 ． 万方数据