粉碎技术进展.pdf

2 0 1 3 年增刊有色金属 选矿部分 l 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 3 ．z 1 ．0 0 1 粉碎技术进展 吴建明，袁树礼，周宏喜，孙小旭，何建成 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 摘要评述国际粉碎工程领域的最新进展、主要发展动向和特点，内容涉及破碎、粉磨、筛分、分级、细磨和再 磨等，论述目前国内、外粉碎领域最重要的进展，最先进的和最大规格设备的关键技术特点和应用情况，介绍这一领域内 新的现代先进研究方法和结果。 关键词粉碎；破碎；综述；粉磨；筛分；分级；细磨；再磨 中图分类号T D 9 2 1 ．2文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 3 S 0 - 0 0 0 1 - 0 7 1 粉碎节能 多年来，粉碎效率一直是选矿节能的焦点。据 统计，采矿工业电耗占全球电耗的7 ％～1 0 ％，其中 5 0 ％左右消耗于选矿粉碎过程，占全球总电耗的 3 ．5 ％～5 ．O ％。2 0 0 4 年全球电耗是1 55 0 0T Ⅳh ，按 上面统计数字计算，消耗于选矿粉碎过程的电耗可 达5 4 0 。7 7 5T W h 。全球有色金属矿石粉碎过程每年 消耗2 3 0 万t 粉磨介质，按钢球消耗0 ．7k g ／t 计算， 粉磨的总矿量约为3 2 ．8 6 亿t 。如果粉磨的平均单 位能耗是2 5k W h ／t ，并考虑5 ％的能量损失 大型 磨机 ，则消耗的总能量为8 7T w h ，占全球总能耗 的0 ．5 6 ％。在8 7T W h 中，消耗于金矿石和铜矿石 粉碎的能量分别为3 3 ％和5 3 ％，因此应重点针对 金矿石和铜矿石的粉碎过程开展节能工作。 粉碎节能的措施有6 个方面。1 实现多碎少 磨。目前细碎粒度已可达1 ～4m m ，允许使用更小 直径的钢球和更小规格的磨机，进一步减少能耗和 介质消耗。2 采用更高效和产品更细的破碎技术， 如高压辊磨机和立式冲击破碎机等。3 采用更有 效的粉磨技术，如I s a M i l l 搅拌磨机和V e r t i m i l l 搅 拌磨机等。一些设备制造厂家正寻求仅仅采用高压 辊磨机和高效细磨技术的新流程。4 在破碎或粉 磨之前利用筛分或拣选方法粗粒抛尾和预选。5 一些矿物在破碎阶段 1m m 就已解离，可采用 重选、闪速浮选或重介质分选方法在细磨之前尽早 选出有用矿物或抛尾，以减少粉碎能耗。6 力争 较粗的粉磨。粉碎流程的最终产品粒度对能耗有明 显影响，在矿物学分析表明矿石在较粗粒度已经解 离的情况下，应在流程设计中尽可能利用这一特 性。 在一个项目的初期应考虑以下问题⋯试验 工作研究了矿物和尾矿在各种破碎和粉磨粒度下的 解离和回收吗 试验工作能否提供详细的矿物学资 料 矿物和尾矿的最粗解离粒度是多少 矿石能否 在粉磨前被拣出 是否存在更经济有效的破碎和粉 磨新技术 2 破碎 2 ．1 旋回破碎机 芬兰M e t s oM i n e r a l s 公司开发了新的S u p e r i o r 6 0 1 I O E 初碎旋回破碎机。该机重新设计了星形 架，采用整体下部机体和新的物料驻留边衬。该机 摆频从原51 4r ／m i n 增加到6 0 0r ／m i n ，在保持生产 能力不变的情况下质量减少2 0 ％，并减少了安装和 运输成本。该机还采用了新的专利支承环，可释放 动锥固定螺母的压力，避免动锥固定螺母的损坏， 只需更换一个更便宜的部件E 2 ] 。 太原重工股份有限公司2 0 1 0 年9 月开始为太 钢袁家山铁矿设计和制造一套大型半移动破碎站。 该破碎站主要包括芬兰M e t s oM i n e r a l s 公司最新开 发的S u p e r i o r6 0 1 I O E 液压旋回破碎机、T R l 2 5 0 型履带运输车、主体钢结构、剪叉式升降平台、液 压碎石机、旋臂起重机、排料皮带输送机、抑尘系 统、电控系统和消防设施等。旋回破碎机最大给料 箨薯晷羿i 吴2 0 建1 3 - 明1 0 - 2 0 1 9 5 1 一 ，男，北京人，研究员，博士，主要从事粉碎技术等方面的研究。侄者简夼吴建明一 ，男，北京人，研究员，博士，主要从事粉碎技术等方面的研究。 万方数据 2 有色金属 选矿部分 2 0 1 3 年增刊 粒度为14 0 0m m ，额定处理能力为76 5 0t ／h ，最 大处理能力为91 8 0t ／h ，安装功率为10 0 0k W 。 该破碎站主要用于年产20 0 0 万t 以上的大型露天 矿山的开采，投产后将是世界上产量最大的半移动 式破碎站之一[ 3 ] 。 近年杭州山虎机械有限公司制造了P X Z 一1 6 0 0 重型液压旋回破碎机，用于某石料厂，是目前国内 最大规格的旋回破碎机，其特点是采用双电动机 驱动[ 4 | 。 2 ．2 圆锥破碎机 目前世界最大规格的圆锥破碎机是芬兰M e t s o M i n e r a l s 公司制造的M P l 2 5 0 圆锥破碎机，安装功 率为9 3 2 ．5k W 。其次是丹麦F LS m i d t hE x c e l l 公司 的R a p t o rX L l1 0 0 圆锥破碎机，其最大安装功率为 8 9 5k W ，最大给料粒度为6 2 0m m ，在闭合边排料 口为3 5m m 的情况下生产能力可达20 0 0t ／h 。瑞 典S a n d v i k 集团最新推出的C H 8 9 0 和C H 8 9 5 也属于 世界上规格较大的设备之一，安装功率均为7 4 6 k W 。前者用于第二段破碎，后者用于第三段和砾 石破碎。其特点是底部单缸液压支承、陡锥、高摆 频、小偏心距、主轴简支梁支承形式、顶部星型架 结构、采用先进的自动控制系统等。河北丰宁保利 隆欣矿业公司已订购了C H 8 9 0 圆锥破碎机『5 ] 。 芬兰M e t s oM i n e r a l s 公司开发的新一代N o r d b e r g H P 系列圆锥破碎机，继2 0 0 6 年完成H P 4 、2 0 1 0 年 前后完成H P 5 之后，2 0 1 1 年又完成了H P 3 。最新 的H P 3 规格介于H P 2 0 0 和H P 3 0 0 之间，更大的偏 心距与优化的转速相配合，可产生目前最大的破碎 比，因此能力更强，产品粒度更细，可以减少破碎 阶段，降低投资和节省能量㈨。 国内金属矿山使用的圆锥破碎机还是国外先进 设备占统治地位，特别是在大型矿山选矿厂、物料 难破碎或要求产品粒度较细的场合。国内多家企业 正在参照国外先进设备自行研究和开发具有先进水 平的圆锥破碎机。郎宝贤和郎世平对芬兰M e t s o M i n e r a l s 公司N o r d b e r gH P 系列和瑞典S a n d v i k 集 团C H 系列两种国际先进圆锥破碎机的发展过程进 行深入分析，指出无论他们各自的发展途径如何， 最终都发展到高能层压破碎的技术路线上。通过对 两种破碎机优缺点的分析，提出在高能层压破碎技 术路线基础上，吸取H P 系列性能优越和C H 系列 结构简单的特点，抛弃二者的缺点，开发具有大底 锥角、大摆程、高摆频、优化的破碎腔型和内部结 构的圆锥破碎机的创新之路一一。 2 ．3 颚式破碎机 国内最大规格的复摆颚式破碎机是2 0 0 6 年上 海建设路桥机械设备有限公司制造的P E Y l5 0 0 m m 18 0 0m m 液压复摆颚式破碎机，用于破碎钢 渣。该机主要特点是在传统复摆颚式破碎机肘板后 并列设置了两个液压缸作为保险装置，结构如图1 所示。破碎机正常工作期间，液压缸提供足够破碎 力，保持预设的排料口。破碎腔内落入、 2 5 0m m 的不可破碎物时，液压缸的活塞后退，排料口打 开，使不可破碎物排出，随后液压缸恢复到正常位 置。当破碎腔内落人2 5 0 ～3 5 0m m 的不可破碎物 时，破碎机自动停机，由人工取出不可破碎物。该 机最大给料粒度为13 0 0m m ，排料口调整范围为 7 0 ．。13 0m m Is ] 一 H 9 图1P E Y l5 0 0m m 18 0 0m m 液压复摆颚式破碎机 l 一固定颚衬板；2 - - 动颚衬板；3 一动颚；4 偏心轴； 5 一皮带轮，飞轮；6 一机架；7 一液压缸；8 - - 肘板；9 - - 活塞 2 ．4 辊式破碎机 山东能源临沂矿业集团莱芜煤机公司开发的 2 P G C L 一1 5 0 0 x 3 0 0 0 型大型双齿辊破碎机2 0 1 2 年4 月2 6 日负载试车成功。该机主要由齿辊、防爆电 动机、液力耦合器、减速器、齿式联轴器、机体、 集中润滑系统和防爆电控装置等部分组成，入料粒 度达l5 0 0m m ，最大处理能力达60 0 0t ／h 。该机 采用特殊设计的大齿实现选择性剪切破碎，具有产 品粒度均匀、过粉碎少、运转平稳、噪声低、设备 高度矮和便于维修等优点，适用于金属矿石、煤 炭、石灰石、黏土、滑石和焦炭等物料的破碎[ 9 ] 。 3 粉磨 3 ．1用正电子辐射颗粒跟踪技术测定筒式磨机驱 动功率 南非C a p eT o w n 大学等单位采用正电子辐射颗 万方数据 2 0 1 3 年增刊吴建明等粉碎技术进展 3 粒跟踪技术 P E P T 进行测定筒式磨机驱动功率 的研究。试验在B i r m i n g h a m 大学正电子成像中心 进行，利用其P E P T 照相机 A D A Cf o r t e 平行板照 相机 获得磨机中示踪物颗粒的运动状态。P E P T 照相机有一对平行设置的4 0c m x 5 0c m 的长方形探 测器，二者最大间距7 5c m 。示踪物是磨机负荷中 的一个玻璃微珠、陶瓷微珠或矿石颗粒，将其置于 B i r m i n g h a mM C 4 0 回旋加速器中，用3 3 ～3 6k e V 的 ，H e 粒子流轰击，其上的少数氧原子转变为1 8 F ， 以1 0 9m i n 的半衰期辐射正电子，辐射后的正电子 快速地湮灭为一个电子，并产生一对方向相反的 5 l lk e V 的 y 射线，形成一条以示踪物颗粒为中点 的直线。将试验磨机置于P E P T 照相机的一对探测 器之间，P EP I 照相机捕获磨机内示踪物颗粒产生 的几条互成一定角度的 y 射线，根据其三角形关系 即可确定示踪物所在位置，同时获得其他运动状态 数据。P E 门技术的优点是可以在其他方法无法应 用的封闭且存在强烈运动的环境中获得丰富的负荷 运动状态数据。 图2P E P T 照相机及其内的试验磨机 试验磨机简体内部尺寸为∞．3m x 0 ．2 7m ，临 界转速率为5 0 ％，6 0 ％和7 5 ％，采用直流调速电机 通过减速器驱动，传动轴上装有扭矩传感器。图2 为P E P T 照相机及其内的试验磨机。负荷为球形玻 璃微珠，单一直径3m m 或5m m ，密度2 ．7g ／c m 3 ， 质量9 ．6 6 2k g ，充填率为31 ．2 5 ％。磨机以干式分批 方式工作。P E P T 技术获得的示踪物颗粒运动状态 数据经计算机处理绘制成磨机工作断面图，该图被 划分成5 0 x 5 0 个方格，认为每个方格内沿轴向运动 状态数据相同。根据每个方格的负荷质量、驻留时 间、与磨机轴线的距离和运动速度等运动状态数 据，可以计算出各个方格内负荷的功率。将各个方 格的功率相加，即得到磨机负荷的总驱动功率。以 扭矩传感器测定的驱动功率为标准，采用P E P T 技 术得到的驱动功率与之具有统计学的一致性，是一 种适宜的磨机功率测定方法。P E P T 技术获得的磨 机工作断面图见图3 C 10 【。 3 ．2 静压滑履轴承支承的大型水泥球磨机 中信重工机械股份有限公司研制了世界首台纯 静压滑履轴承支承的大型水泥球磨机，突破了国内 建材磨机行业“动、静压轴承”最适合建材磨机简 体支承的观念。该机规格为西4 ．2m 1 3m ，转速 1 5 ．6r ／m i n 。静压轴承摩擦系数是动压轴承的 1 ／1 0 0 至1 ／10 0 0 ，磨机电耗可降低1 0 ％。1 5 ％[ J 川。 4筛分 山东新汶矿业集团新巨龙公司选煤厂是一个新 建的设计能力6 0 0 万“a 、系统配置能力可达10 0 0 万妇的大型选煤厂，主要采用国外先进设备，其 中原煤筛分采用了美国C O N N W E L D 公司的3 ．6m 7 ．3m 大型单层香蕉筛，见图4 。该筛分机主要由 筛箱、激振器、挠性联轴器、万向轴、带传动装 置、电动机、筛面和螺旋弹簧等零部件组成。筛面 从上到下分为分别与水平面成3 4 0 、2 1 。、1 7 。、4 。 和0 0 角的5 段。上部两段筛孔为5 0m m 的圆孑L 和 胶囊形孑L ，中间一段筛孔由5 0m m 和3 0 0m m 的孔 相混合，下部两段筛孔为3 0 0m m 的圆孑L 。该机结 构见图4 。该机具有运行稳定、处理能力大、筛分 图3P E P T 技术获得的磨机工作断面图 ，3 o 佗 ， ∞ ∞ O 0 0 0 ■露Ⅸ黼爆 万方数据 4 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年增刊 效率高和筛板寿命长等优点。然而，使用中出现了 大块物料堵塞筛孑L 和冲击输送带的问题，通过在筛 面上方加装棒条筛和在排料端安装倾斜角为6 0 。的 钢板等措施进行改造，成功解决了出现的问题[ 挖] 。 图4 美国C O N N W E L D 公司香蕉筛结构 1 一筛箱；2 一激振器；3 挠性联轴器；4 一万向轴； 5 带传动装置；6 一电动机；7 一筛面；8 螺旋弹簧 5分级 首钢水厂铁矿1 9 9 2 年投产后，一段磨矿长期 使用2 F L G 30 0 0 x 1 20 0 0m m 高堰式双螺旋分级机 分级，存在分级粒度粗、分级效率低、下部轴承易 损坏和占地面积大等缺点和问题。2 0 1 0 年1 0 月起 在新选矿厂进行了用F X 7 1 0 一G T P 型水力旋流器替 代原螺旋分级机的改造。改造初期进行了不同给料 压力和沉砂口尺寸的试验，确定了沉砂口直径 ①1 1 0m m 、给料压力0 ．0 8M P a 的最佳工艺条件。 采用旋流器的1 系列与采用螺旋分级机的4 系列相 比，球磨生产能力从1 5 8t ／h 提高到1 6 4t ／h ，溢流 中一7 4 斗m 含量从2 8 ．6 7 ％提高到3 0 ．6 8 ％，分级质效 率从3 0 ．7 2 ％提高到2 4 ．7 1 ％，获得明显的改善[ 1 3 ] 。 山东黄金矿业股份有限公司三山岛金矿也使用 了1 台威海海王公司制造的F X 7 1 0 型水力旋流器， 用于第二段球磨，与一台西2 ．7m x 3 ．6m 溢流型球 磨机闭路工作，溢流粒度为一7 4 “m5 7 ．2 ％，分级 效率为4 3 ．0 6 ％，溢流浓度为3 8 ．0 ％，生产能力 达30 0 0t ／d 。其给料压力仅为0 ．0 5 ～0 ．0 7M P a ，不 但有利于降低磨矿分级作业的能耗，还可减轻泵、 管路和旋流器的磨损⋯] 。 6 超细磨和再磨 6 ．1I s a M i l l 搅拌磨机 6 ．1 ．1I s a M i l l 搅拌磨机试验研究和模拟 由于I s a M i l l 搅拌磨机应用越来越广泛，对其 进行的试验研究和计算机模拟研究也越来越多。 6 ．1 ．1 ．1 介质运动规律 南非C a p eT o w n 大学等单位采用正电子辐射颗 粒跟踪技术 P E P T 进行I s a M i l l 搅拌磨机介质运 动规律的试验研究。试验设备是一台简化的M 2 0 型I s a M i l l 搅拌磨机，筒体内部尺寸为q b 2 3 2m m x 2 0 4m m ，只有三个尺寸为中1 8 0m m x l 5m m 的磨 盘，没有产品分离器，筒体封闭。采用5k W 电机 驱动，传动轴上装有扭矩传感器。试验中，使用玻 璃微珠 直径3m m ，密度2 ．7g ／c m 3 或M T l 陶瓷 微珠 直径3 ．5m m ，密度3 ．7g ／c m 3 介质作为负 荷，磨盘圆周速度为3 ．8 ～1 7 ．0m ／s ，介质充填率为 2 0 ％一9 0 ％。利用P E P T 技术成功地获得了I s a M i l l 搅 拌磨机内高速运动介质的位置、速度和加速度等运 动数据，模型将磨腔划分成在横断面内面积为 4m m x 4m m 、轴向与筒体长度相同的立方体格子， 将每个格子内的数据取平均值。试验表明，介质工 作时紧贴筒体内壁形成环形，在高速下这一现象更 加明显，陶瓷介质形成的环一般没有玻璃介质明 显，在低速下明显呈悬浮状态。沿轴向，4 0 ％充填 率时简体两端介质较多，磨盘之间较少，而8 0 ％时 介质分布较为均匀，磨盘之间多于两端。径向介质 速度从主轴到磨盘孔逐渐提高，然后向筒体内壁逐 渐降低。在相同的主轴转速下，介质速度随着充填 率的提高而降低。低转速时重力作用较大，使得介 质在上升一侧的速度低于下降一侧的速度。靠近筒 体的介质速度低于磨盘半径以内的介质速度。介质 最高速度在转盘孔处。陶瓷介质的速度低于玻璃介 质的速度，表明影响陶瓷介质的运动比影响玻璃介 质的运动更难。磨盘外圆周处的介质速度与磨盘圆 周速度成正比，比例系数与介质类别和充填率有 关。介质加速度随着转速的增加而增大，随着充填 率或者介质密度的增加而减小，最高介质加速度出 现在磨盘区域内，特别是磨盘孔处，这表明由磨盘 传递给介质的大部分运动是借助于盘上的孑L 。玻璃 介质的最大加速度几乎是陶瓷介质的两倍，但质量 大约是陶瓷介质的一半，这意味着磨盘施加于两种 介质的加速作用力相近[ b ] 。 这项研究对于深入了解I s a M i l l 搅拌磨机的工 作过程，从而对结构和操作进行优化改进具有一定 指导意义。 6 ．1 ．1 ．2 I s a M i l l 搅拌磨机工作过程模拟 澳大利亚新南威尔士大学等单位将计算流体力 学 C F D 与离散单元法 D E M 相结合，模拟 I s a M i l l 搅拌磨机的工作过程，并与P E V r 技术试验 万方数据 2 0 1 3 年增刊 吴建明等粉碎技术进展 5 结果进行对比。C F D D E M 模拟和P E P T 试验基于 前面简化的M 2 0 型I s a M i l l 搅拌磨机，模型将磨腔 划分成在横断面内面积为4m m x 4 m m 、轴向与筒体 长度相同的立方体格子，将每个格子内的数据取平 均值。在建立的C F D D E M 模型中，磨机内的流动 由D E M 模拟的离散颗粒流和C F D 模拟的连续液体 流组成。D E M 计算出每个颗粒的位置和速度等数 据，C F D 使用这些数据确定液体流场，并计算出各 个颗粒与液体的相互作用力。将力的计算结果代入 D E M ，得出各个颗粒的运动数据，用于下一步计 算。下一步计算前，设想将磨盘旋转1 0 0 。不断重 复上述步骤直至达到稳定状态。将模拟计算结果与 P E P T 技术测试结果进行的对比表明，二者具有合 理的一致性。虽然存在一些差异，但在可以接受的 范围内，表明C F D D E M 模型可以产生I s a M i l l 搅 拌磨机内流动的微观动力学信息，有助于理解其基 本物理学现象[ 16 | 。 6 ．1 ．1 ．3I s a M i l l 搅拌磨机介质粒度和机械特性对磨 矿效率和介质消耗的影响 美国Z i r c o a 公司等单位试验研究介质粒度和力 学特性对粉磨效率和介质消耗的影响。粉磨效率和 功率消耗试验设备为X s t r a t a 技术公司的M 4 型 I s a M i l l 搅拌磨机，转速为21 0 0r ／m i n ，使用密度分 别为3 ．8g ／c m 3 、5 ．3g ／c m 3 和6 ．2g ／c m 3 的三种陶瓷介 质，数量为2L 。物料样品为铂浮选尾矿，粒度 P 舳为11 0 ～1 3 0t r m ，浓度为4 0 ％。试验采用湿式循 环粉磨方式，通过磨机的流量为2 ．6L ／m i n ，每3 0 m i n 全部物料通过磨机一次。介质磨损试验设备为 N e t s z c h 公司的L M Z 一0 3 型搅拌磨机，转速35 0 0r ／ m i n ，介质种类同上，粒度 2m m ，数量为2 0 0 m L 。每项磨损试验持续1h ，试验前后称量介质， 计算磨损量。试验研究表明，适当粒度的高密度介 质可以使粉磨效率提高约3 0 ％，摩擦系数较低、直 径较小的介质能耗较低，高密度介质会明显降低介 质和磨损件的磨耗，高密度大直径的介质能够处理 较粗的给料。在选择介质的时候，不仅要考虑成 本，还要考虑磨耗、节能和磨损件磨损等方面的因 素[ 17 | 。 6 ．1 ．2I s a M i l l 搅拌磨机向粗磨发展 最初为超细再磨开发的I s a M i l l 搅拌磨机近几 年进入了原来以球磨机和V e r t i M i l l 搅拌磨机为主 的粉磨流程中。2 0 0 5 年，澳大利亚M c A r t h u r 河铅 锌矿为提高粗磨能力进行实验室试验，接着于 2 0 0 6 年使用M 2 0 型，2 0L 、1 8k W 的I s a M i l l 搅拌 磨机进行半工业试验获得理想结果。于是该矿在粗 磨流程中采用两台M 3 0 0 0 型，3m 3 、1 ．1M W 的 I s a 磨机，使用最大粒度5 ～6m m 的陶瓷介质，将 P 舳为2 4 7 ～2 5 3i x m 的给料开路粉磨到氏为3 6 ～4 3 l x m ，处理量分别为3 8 ．7 和3 9 ．6t ／h ，单位电耗分别 为1 5 ．1 5 和1 5 ．5 1k W h ／t ，使全厂生产能力提高了 2 7 ％，还减小了粗浮选给料粒度分布。为延长磨盘 寿命将其直径适当减小[ 1 8 ] 。 6 ．2 塔磨机Ⅳe r t i M i l l 搅拌磨机 随着塔磨机／V e r t i M i l l 搅拌磨机开发和应用的 发展，对其进行的试验和计算机模拟研究越来越多。 6 ．2 ．1 塔磨机内物料流动的计算机模拟 澳大利亚联邦科学与工业研究组织 C S I R O 等单位采用计算机模拟的方法对塔磨机内物料的流 动进行研究。用离散元 D E M 模型模拟粉磨介质 的运动和分布，将其孔隙度和速度单向耦合到光滑 颗粒流体动力学 S P H 流体模型，模拟塔磨机内 流体的分布和矿浆流动方式。研究表明，螺旋内固 体含量的降低会提高渗透性，使液相的流动性更 强。螺旋输送流体的效率取决于其黏性，因此低黏 度的矿浆借助于螺旋中的介质低效率地提升。由于 液相对于细粒排出磨机有重要作用，这会增加细粒 的驻留时间。对于不同的粒级，取决于其粉磨是否 充分，较长的驻留时间可能有利于进一步减小其粒 度或导致其过磨。在螺旋叶片的边缘周围可观察到 漩涡结构，这一漩涡由从叶片的上表面沿径向向外 的流动和从叶片的下表面向内返回的流动组成。流 体径向流动的速度高于介质流动的速度，并且沿高 度相同。漩涡流动结构对粉磨的影响远没有搞透 彻，需要进一步的研究。矿浆流的最高切向速度出 现在存在固体负荷的不同径向位置。液相的最高速 度出现在紧邻螺旋边缘的内侧。这与粉磨特性存在 什么关系目前还不清楚。聚集在螺旋顶部上方的负 荷上部的矿浆是静止的，很大程度上不受螺旋转动 的影响。这将影响到细粒在一定排料结构下多么有 效地排出磨机。对于溢流型磨机，由于细粒在这一 静止区倾向于重力沉降，其提取会更加困难。对于较 大的细粒，这很可能会增加滞留时间，取决于一定 给料的特定操作特性，不是有益的就是产生过磨。 矿浆黏度强烈影响着流动及其输送速度。压力 分布和流场都表现出易受黏度的影响。在低黏度下 例如0 ．0 1P a s ，压力分布更主要地属于静压， 液相流动性更好，更加不受固体负荷影响地流动。 向上流动的液体集中在螺旋顶部的狭窄带形区域 万方数据 6 有色金属 选矿部分 2 0 1 3 年增刊 内，以高速靠近磨机内壁向下流动。在高黏度下， 压力更低并且更均匀。矿浆在介质问缓慢运动决定 了其被围绕磨机的固体负荷拖曳。向上的流动具有 类似的速度，因此黏度较低，但流动区域更宽，导 致更大的体积循环速度。向下的流动更均匀，但更 缓慢，出现在更大的磨机横断面积上[ 19 f 。 这项研究对于正确操作塔磨机，以及为使负荷 运动最佳化改进塔磨机结构具有一定指导意义。 6 ．2 ．2 塔磨机中介质形状对磨矿过程影响的计算机 模拟 澳大利亚联邦科学与工业研究组织 C S I R O 等单位采用离散元 D E M 模型模拟塔磨机中介质 形状对磨矿过程的影响。模型是基于一台3 9L 的 半工业塔磨机，磨腔直径高度为q O ．2 4m x l ．2m 。 搅拌器为双头钢螺旋，其直径为0 ．1 4m ，螺距为 0 ．1 8m ，驱动功率为1 ．5k W ，转速1 0 0r ／m i n 。使 用球形介质 凹一1 4m m 和三种粒度与球形介质 相当、带圆角的立方体形介质，材料均为陶瓷。物 料粒度在一1 0 0 斗m 级别。模拟结果表明，在球形介 质的情况下，螺旋运动提升介质，同时螺旋的旋转 使介质产生切向速度，推动介质向磨机内壁运动， 在螺旋外形成紧贴磨机内壁的密集的环形区，环形 区内存在向下的螺旋运动。在螺旋外圆周附近可以 观察到狭窄的、由上下对流形成的高剪切能量的环 形区，给料颗粒在这一区域内受到介质之间相对滑 动的剪切，构成塔磨机的主要粉磨机理。剪切过程 还导致介质局部膨胀，碰撞能量水平不随介质在塔 磨机内的高度变化，这是塔磨机特性与其他类型搅 拌磨机类似的关键原因。对于非球形介质，其形状 越接近球形，粉磨特性与球形介质越接近，形状越 偏离球形 越不规则 ，下列现象越显著介质循 环速度降低；轴向的剪切速率不变，但轴向剪切区 变窄；在剪切区内切向剪切速率提高；在介质的形 状不规则，因而难以在螺旋间流动的情况下，进入 螺旋间的介质较少；形状更不规则的介质导致剪切 区扩大，因为介质旋转需要更大的空间。由于介质 之间的孔隙更大，导致给料颗粒移动范围加大，逃 脱介质之间碰撞的可能性增加，从而降低了磨矿效 率。紧贴磨机内壁的自生环形区负荷密集，运动缓 慢，有时停滞。其内温度较低，几乎整体受到较低 的碰撞，实际是流体静压力。剪切区是高颗粒温度 区，存在强烈的湍流运动。最高颗粒温度随介质的 不规则性增加，同时温度范围变窄，介质不规则时 剪切区的压力降低，在螺旋内和围绕螺旋外圆周的 粉磨区内介质强烈膨胀，同时容积密度降低，磨机 的驱动功率明显降低，于是只有更少的能量可用于 粉碎。在剪切区内法向和切向碰撞功率消耗更高。 与轴向剪切区变窄的方式类似，最高碰撞功率的区 域也变窄，向螺旋外圆周靠近。负荷外层中带角 的、狭长的介质移动减少，导致螺旋外圆周和磨机 内壁之间的碰撞功率大幅度降低。其降低的幅度比 剪切区内功率消耗上升的幅度大得多，导致总驱动 功率大幅度降低。不规则介质增加了螺旋外缘的磨 损速度，使螺旋叶片的棱更快的磨出圆角。紧靠磨 机内壁的自生介质层由于其内的介质运动大幅度减 少，从而起到保护磨机内壁的作用[ 2 0 ] 。 6 ．2 ．3 塔磨机应用 澳大利亚N e w c r e s t 公司C a d i aV a l l e y 铜金矿使 用了一台芬兰M e t s o 集团的V T M 一3 0 0 0 一W B 型 V e r t i M i l l 搅拌磨机，用于第三段粉磨。该机是目前 世界上最大规格的塔磨机，安装功率22 4 0k W 30 0 0h p ‘2 | 。 国内应用的最大规格的塔磨机是日本E i r i c h 公 司E T M 一1 5 0 0 型塔磨机，其安装功率为12 0 0k W ， 攀钢集团攀枝花新白马矿业有限责任公司和昆钢玉 溪大红山矿业有限公司各使用了3 台。 山东黄金矿业 莱州 有限公司精炼厂使用了 一台日本E i r i c h 公司K W 一1 2 5 0 型塔磨机，其安装 功率为10 0 0k W 。该机用于金矿石细磨，给料粒 度为一7 4 斗m5 0 ％，产品粒度为一3 7 斗m9 5 ％，处理 量为5 3 ．7 5t ／h 。 江西铜业集团银山矿业有限责任公司银山选矿 厂引进了2 台芬兰M e t s oM i n e r a l s 公司制造的 V T M 一8 0 0 型V e r t i M i l l 搅拌磨机，每台安装功率约 6 0 0k W ，用于铜硫混合浮选一粗精矿再磨铜硫 分离流程中的再磨，设计再磨产品粒度为一4 5I ．L m 8 0 ％。该机2 0 1 1 年1 2 月开始运转，初步统计结果 较球磨机节电4 0 ％，钢球消耗约为0 ．2k g ／t 原矿， 每年可节省操作成本3 0 0 万元[ 2 1 | 。 6 ．3 机械粉磨法制备氧化铁纳米颗粒 马来西亚理科大学材料和矿物工程学院进行了 机械粉磨法制备氧化铁纳米颗粒的研究。原料是含 9 7 ％F e O ，的高纯赤铁矿粉末，比表面积为4 A 7m 2 ／g ， 粒度约为2 5 3n m 。粉磨设备为行星磨机，简体内 部容积为5 0c m 3 ，钢球与原料质量比例为3 1 。在 2 0 0 、4 0 0 和6 0 0r ／m i n 的磨机转速和1h 、5h 和1 0h 的粉磨时间下进行干式分批试验。粉磨产品粒度在 纳米范围，比表面积为1 4 ．9 6m 2 ／g 。所有磨后样品 万方数据 2 0 1 3 年增刊 吴建明等粉碎技术进展 7 都显示了机械化学效应，结晶度为9 ．3 7 ％～4 9 ．8 ％。 在6 0 0r ／m i n 的转速下粉磨1 0h ，获得了最小产品 粒度7 6 ．6n m ，最小微晶粒度为1 7 ．1n m ，结晶度为 9 ．3 7 ％，单位能耗为4 6 ．1k W h ／k g 。这项工作表明， 机械粉磨法可以成功地制备氧化铁纳米颗粒，并且较 化学方法更加经济有效和有利于环境㈤。 7 废弃物粉碎 2 0 0 8 年，北方重工集团有限责任公司设计制 造了国内首台P F Y 2 0 0 0 x 2 6 0 0 大型废钢破碎机，用 于辽宁汇丰炉料股份有限公司年产4 0 万t 废钢的 破碎生产线上。该机外观见图5 ，主要结构见图6 。 其破碎部分由转子和砧座组成。转子规格为①2 ．0m X 2 ．6I T I ，其上装有6 排共3 9 个锤头。外部机架上， 与转子相隔一定距离处固定安装了一排砧座。工作 时，转子高速旋转，废钢件经给料机的压辊压扁后 被给料辊送人转子和砧座之间撕裂成碎块，接着被 带入转子和下部筛板之间受到挤压和揉搓，小于筛 孑L 的碎块通过筛孑L 排出成为产品，大于筛孑L 的碎块 继续受到挤压和揉搓，直至小于筛孔而排出。该机 安装功率2M W ，可破碎最大外形尺寸为5 ．0m 2 ．6m x l ．2m 、组成钢板最大厚度为6m m 的废钢 件，破碎产品尺寸小于1 5 0m m x l 5 0m m x 6m m ，产 量约为6 0 汕，设备质量约3 7 0t [ 引。 [ 2 ] [ 3 ] 图5 废钢破碎机外观 藕 参考文献 D a n i e lMJ ，L e w i s G ra yE ．C o m m i n u t i o ne f f i c i e n c y a t t r a c t sa t t e n t i o n [ J ] ．T h eA u sI M MB u l l e t i n ，2 0 1 1 5 2 0 一2 4 ．3 0 ． E d i t o eK e yc r u s h e ru p d a t e sa tM e t s olJ j ．M i n i n gM a g a z i n e ， 2 0 1 0 ，2 0 1 4 4 ． 武建强，杜世渊，李爱峰．半移动破碎站的结构分析及 移设探讨[ J ] ．机械管理开发，2 0 1l 5 5 l 一5 2 ． 7777_ 图6 废钢破碎机结构 1 一转子；2 一捶头；3 一给料辊；4 一废气和粉尘；5 一压辊； 6 一废钢件；7 一给料机；8 一砧子；9 一筛板；l O 一破碎产品 [ 4 ] 郎世平，兰宪斌，郎宝贤．旋回破碎机现状及发展趋势 [ J ] ．矿业装备，2 0 1 2 5 4 8 5 1 ． 15jE d i t o r ．F LS m i d t hi n t r o d u c e sw o a d ’Sl a r g e s tc o n ec r u s h e r l JJ ．M i n n i n gE n g i n e e r i n g ，2 0 0 9 11 2 5 ． 16jE d i t o r ．T h en e wH P 3 l e s sc r u s h i n gs t a g ea n dm o r ef l e x i b l e p e r f o r m a n c e lJJ ．A TM i n e r a l sP r o c e s s i n g ，2 011 ，5 2 8 5 6 5 8 ． [ 7 ] 郎世平，郎宝贤．圆锥破碎机的创新之路[ J ] 有色金属 选矿部分 ，2 0 1 1 增刊1 1 0 0 1 0 2 ． [ 8 ] 赵金辉．P E Y l 5 0 0m m x l 8 0 0m m 大型液压复摆颚式破碎 机关键技术探讨[ J ] ．装备机械，2 0 0 9 1 1 6 2 0 ． [ 9 ] 崔鑫，苗成标．临矿集团莱芜煤机公司大型破碎机负 载试车成功[ J ] ．煤矿机械，2 0 1 2 ，3 3 8 1 2 0 ． [ 1 0 ] B b o s aLS ，G o v e n d e rI ，M a i n z aAN ，e ta 1 ．P o w e r d r a we s t i m a t i o ni n e x p e r i m e n t a lt u m b l i n g m i l l s u s i n g P E F r rl J j ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 1 1 ，2 4 3 ／4 3 1 9 - 3 2 4 ． [ 11 ] 科技1 3 报．我国研制世界首台大型纯静压水泥磨机[ J ] 有色设备，2 0 1 0 1 5 6 5 7 ． [ 1 2 ] 陈艳波，刘焕胜．C O N N W E L D 公司香蕉筛在龙固选 煤厂的应用[ J ] ．煤矿机械，2 0 1 2 ，3 3 1 1 9 4 1 9 6 ． [ 1 3 ] 李贵斗．一次磨矿应用F X 7 1 0 一G T P 旋流器试验研究 [ M ] ／／中国采选技术十年回顾与展望．北京冶金I 业 出版社，2 0 1 2 6 6 6 6 6 9 ． [ 1 4 ] 张振平，高永生，郭忠田，等．大直径旋流器在三山 岛金矿磨矿分级中的应用[ J ] ．现代矿业，2 0 0 9 1 1 1 1 0 1 1 1 ． 【1 5JV a nd e rW s t h u i z e nAP ，G o