新型磨矿设备（韩跃新）.ppt

磨矿分级技术进展,东北大学矿物工程研究所韩跃新2007年11月浙江杭州,一、自然资源对人类的意义,自然资源对于人类社会具有永恒的价值。在物质财富的生产中，无论创造的财富属于哪一门类，其起始点必定是自然资源。自然资源是国计民生的根本依托，是国家安全的重要保障，是人类社会可持续性发展的不可缺少的基本条件。虽然高新技术发展可以推动社会生产力的巨大发展，但一切科学技术都需要同物质资源的结合才能成为社会财富。我国95％的能源、80％的工业原材料、70％的农业生产资料来自矿产资源。,我国矿产资源的特点,我国矿产资源大矿少、小矿多，富矿少、贫矿多，单一组分矿床少、共生伴生矿床多，人均资源相对少，单位GDP矿耗相对很高。近年来，因为追求GDP的增长，我国成为单位GDP能耗、矿耗最高的国家之一。我国虽然已经成为世界主要资源消耗国，但资源利用率与发达国家相比存在加大差距，单位GDP的金属消耗量明显高于美国、日本等发达国家，甚至比印度、巴西等发展中国家高出很多，2003年，我国每万美元GDP消费铜、铝、铅、锌、镍等有色金属达到85.7kg，而美国等发达国家均在20kg以下，印度等发展中国家也在30kg左右。,中国铁矿石的大量进口,,,我国经济的高速发展需要大量的矿产资源作为支撑；我国矿产资源的特点，决定了选矿工程在矿产资源开发中的重要地位；节能降耗、强化综合回收，提高矿产资源的利用效率，选矿科技工作者责无旁贷；所有从事矿产资源开发与利用的人员应感谢这个伟大的时代提供我们的机会,二、磨矿分级在节能降耗中的重要意义,我国GDP仅占世界GDP总量的5.5，但我们消耗了世界15％的能源、30％的钢铁和54％的水泥。据统计，目前我国每万元生产总值的能耗是美国的3倍、日本的6倍、韩国的4.5倍；钢耗是美国的5.8倍、日本的2.7倍。破碎磨矿是选矿厂能耗最高的作业，约占选矿厂能耗的60－80％，破碎磨矿在节能降耗方面任重道远。,三、破碎磨矿－提高选别指标事半功倍,“要想选得好，先要磨得好”，适宜的磨矿粒度（产品的粒度，粒度分布，最适宜选别的粒度区间）是取得良好选别指标的前提，没有好的磨矿就没有好的分选指标（1）只有球磨机没有分级机；（2）球磨机给矿粒度50mm以上。,四、磨矿分级技术设备的主要进展,（1）新型磨矿、分级设备的使用（2）球磨机的大型化（2）自磨机的使用（3）磨矿分级过程的自动控制（4）磁性衬板的广泛使用（5）助磨剂的使用,1、磨矿设备的大型化,设备大型化是节能降耗的途径之一。挪威Sydvarangers铁矿选矿用φ6.5m9.65m球磨机与小规格球磨机对比表明，其单产电耗低22.7％，单产钢耗低14％，衬板单耗低33％。澳大利亚ANI集团生产的φ6.706m13.106m球磨机是目前世界上最大的球磨机，它的装机功率10MW。我国目前采用的最大球磨机为鞍钢调军台选矿厂引进美国的φ5.49m8.83m球磨机（功率4500KW）和德兴铜矿三选厂引进美国Fuller公司的φ5.49m8.53m球磨机。,调军台选矿厂磨矿分级系统,2、磨矿过程的优化,梅山铁矿选矿厂为满足生产能力提高的需要，针对该矿矿物种类多，矿物硬度差别大的特点，新增了1套棒磨－螺旋分级－球磨－旋流分级流程。洪家薇等通过对磨矿介质形状、充填率以及介质尺寸的试验研究，优化了磨矿机介质参数，提高了磨矿机的生产率。德兴铜矿通过对磨机给料皮带、筒体衬板和传动机构的改进，采用更换皮带及其附属设施、将条形衬板改为波形衬板、将直齿传动改为斜齿传动等措施，有效地提高了四洲选矿厂球磨机的生产能力。尖山铁矿选矿分厂对球磨机润滑系统、格子板、进料衬套密封及分级机大轴进行了改造。改造后使设备故障率大大降低，球磨机利用系数达到4.08t/m3h。狮子山铜矿为了增加球磨机的台效，采用利用微阶段化磨矿技术后，提高球磨机处理能力7，同时电耗下降，取得了较好的经济效益。合理的装球及补加球制度是提高球磨机生产能力的重要途径之一。攀钢矿业公司设计研究院在2001年进行了新型自动加球机的研制。,3、磨机磁性衬板的广泛采用,磨矿机衬板，从材质上区分，基本上划分成三大类型金属型、非金属型和复合型。金属磁性衬板使用寿命长、质量轻、厚度薄、磨矿粒度细、噪音小、节球、节电、作业率高、无故障、无螺栓固定、安装轻便快捷、不漏矿浆、减轻工人劳动强度、工作环境好、零维护、投资回收期小于1a，经济效益和社会效益显著，是矿山增效降耗低成本战略的最佳途径与选择。悍马牌金属磁性衬板，解决了金属磁性衬板端盖的磨损与掉块问题。,4、磨矿过程的自动控制,通过自动控制，提高粉体材料产品质量及粉体质量的稳定性，这也是我国粉体产品与国外产品差距较大的主要方面。弓长岭矿山公司选矿厂通过实施磨矿分级过程的自动化，磨矿处理能力提高10左右，每年多产品位67.5以上的铁精粉30万吨左右，提高了企业的经济效益，提高了矿产资源的利用效率。,先进控制策略（如自适应模糊控制、优化控制、智能控制、预测控制等）的开发与应用是当前磨矿系统自动控制研究的发展趋势。磨矿分级过程机理及模型研究。东北大学自动化中心，丹东东方测控集团在国内选矿厂的控制方面进行了大量的工作，均有很多成功的实例。,5、助磨剂与选择性磨矿,助磨剂是在磨碎过程中向磨机系统添加的化学药剂的总称。其作用主要是提高磨矿效率、加快矿石颗粒的破碎速度，并由于药剂的分散作用，而改变矿浆的流变学特征；新型助磨剂的研制曹丽云等利用曼尼奇反应原理，制备了多胺基磷酸钠矿石助磨剂；曾冬铭等研究了用无机矿物作载体的AS复合助磨剂；姚丕强等报道了一种水泥高效助磨剂9911系列高效助磨剂；,铝土矿的选择性磨矿与助磨剂,铝土矿在磨矿过程中存在明显的选择性磨矿行为，A12O3在粗粒级富集，而SiO2在细粒级富集。在磨矿过程中加入助磨剂后，这一过程可得到强化，与未加助磨剂相比A/S大于9的产品产率可进一步提高9，A12O3回收率提高10以上。东北大学研究了铝土矿在球磨机和振动磨机中的选择性磨矿效果，并采用助磨剂强化铝土矿的选择性磨矿效果，研究了助磨剂对铝土矿选择性磨矿的作用，并分析了助磨剂的作用机理。,,,助磨剂对铝土矿选择性磨矿的影响,,,,,,,,,DC-40对低品位铝土矿选择性磨矿的影响,,,当药剂用量为1时，磨矿产品中-200目含量最多提高9.39个百分点。,6、新型高频细筛,Derrick重叠式高频细筛是一种高效率的细粒筛分设备,具有处理能力大、筛分效率高和经济效益显著等特点。我国某铁矿山在技术改造过程中采用一台2SG48-60W-5STK重叠式高频细筛,取代原2段磨矿工艺中的旋流器和尼龙细筛,将磨矿工艺由2对1改为3对1,把原2段磨矿节省下来的一台球磨机用在3系列作为1段磨矿设备。工艺改造以后,筛分效率大幅度提高,由尼龙细筛的46.59提高到85～90,2段磨机新生-200目生产能力从原来的1.1t/hm3提高到目前的1.6t/hm3。,应用Derrick细筛改造前后的指标变化,德瑞克DERRICK高频细筛,德瑞克重复造浆的高频振动细筛工作原理,德瑞克重叠式高频细筛,德瑞克多路给料高频振动细筛工作原理,国产电磁振动细筛,近几年,为满足市场对性价比高的细粒、微细粒筛分设备的强劲需求,长沙矿冶研究院GPS系列和唐山陆凯公司的电磁振动细筛发展十分迅速。GPS系列在筛网寿命、开孔率及筛网维护更换技术方面有重大进展,攀枝花选矿厂“九五”期间研发成功的组合分级工艺在筛分设备选型方面进行了4年的对比选型试验,于2005年确定选择新型GPS系列高频振动细筛进行全厂16个系列年处理能力达1350万t的技术改造。不论是哪种细筛,国内筛网与国外都存在一定的差距,开孔率和磨损寿命远低于德瑞克公司公布的数据。,1柱磨机,柱磨机的结构示意如图1所示，由皮带轮、变速箱、主轴、进料装置、出料装置、撒料盘、箱体、辊轮和衬板组成。它是采用中速中压和连续反复脉动的辊压粉碎原理，由机器上部的减速装置带动主轴旋转，主轴带动数个辊轮在环锥形内衬中碾压并绕主轴公转又自转（辊衬之间隙可调）。物料从上部给入，靠自重和推料在环锥形内衬中形成自行流动的料层，该料层受到辊轮的反复脉动碾压而成粉末，最后从磨机下部自动卸料并输送至分级设备，细粉成为成品，粗粉返回柱磨机再磨。,,由于辊轮只做规则的公转和自转，且料层所受作用力主要来自弹性加压机构，从而避免了辊轮与衬板因撞击而产生的能耗、磨损及机件损伤。另外辊轮与衬板的材质是高合金的耐磨钢，从而最大限度的减少了易损件的磨耗。与其它的粉碎设备相比，其节能降耗等综合性能十分显著。柱磨机工作原理及结构示意图见图2。,,（1）节能降耗幅度大。由于辊轮不仅做规则的公转，同时还自转，因此料层厚度可随物料颗粒的大小而柔性波动，辊轮与衬板之间没有接触，有效的避免了辊轮与衬板因撞击而产生的能耗。采用超细碎工艺，将球磨机一部分粉磨工作交给柱磨机，系统能耗可降低30以上，作终磨可节电3050。,（2）提高系统产量3050以上。物料被柱磨机粉碎时，因受到几个辊轮连续反复碾压，粉磨物料呈现2个特征①大小颗粒内部已产生微裂纹，界面出现应力集中现象；②颗粒大部分呈长菱形和不规则形（破碎机出机物料呈圆形，二段粉磨易磨性差）。因此，经柱磨机碎磨的物料二段粉磨的易磨性好，为粉磨或超细磨的增产莫定了良好的基础。经柱磨机碎磨的物料小于5mm占90左右，其中小于200目的达到20。在预粉磨工艺中，可减少球磨机介质的平均直径，在充填率相同的情况下，介质个数增加，则总表面积增大，因而增加了研磨体的粉磨能力，提高球磨机产量。,（3）易损件耐磨。辊轮和衬板采用高耐磨合金钢经特殊热处理工艺制造，能磨莫氏硬度达9级的物料。工作时，辊轮和衬板不接触，避免了刚性碰撞而产生的磨损。（4）粒度分布集中。物料粒径5mm200目的占80以上，其中1mm200目的占40。且辊轮与衬板间隙可调，可根据实际需求得到不同粒径的产品。,,（5）环保。辊轮在料层上做中速的公转与自转，不与衬板接触，无刚性碰撞，噪音低（80dB）；机内无鼓风机装置，基本无扬尘。（6）设备运转率高。柱磨机设计粉磨莫氏硬度为9级物料。柱磨机结构简单，但工作原理科学，结构设计合理，工作压力低，转速较慢，因而其故障率极低。,,辽宁保国铁矿。于2003年使用3台ZMJ900A型柱磨机，该厂具有较高的管理水平及雄厚的技术实力，柱磨机的效能在该厂得到了充分发挥，其使用情况见下表。,广东云浮硫铁矿集团。该公司的硫精砂选矿系统，使用1台ZMJ1150柱磨机用于粉磨自磨机难磨的硫铁矿粒子（致密块状，硬度大，具韧性），设备运转稳定（运转率达95以上），生产效率高，能耗低，维护方便。其使用情况见表3。,2、广义磨,广义磨为立式结构，由传动系统、给料装置、粉磨工作腔、出料装置等组成。传动系统一般采用低速电机直接用皮带轮减速，使传动稳定可靠。粉磨工作腔由碾辊装置、耐磨衬板等构成，碾辊装置通过花盘和销轴与主轴连结在一起。设限位装置，使磨辊与耐磨衬板之间保持一定间隙，结构见图1。,工作时，传动装置使主轴旋转从而带动碾辊装置同步旋转。物料从上部进入主机后，被撒料盘撒向中机体之内壁，在重力作用下沿内壁下落进入耐磨衬板之内壁，磨辊则在摩擦力及物料阻力作用下与摇臂之外壁产生相对转动，从而碾压物料，被粉磨的物料，从出料口排出。,广义磨的喂料、出料依靠离心力和重力，不象雷蒙机要依靠铲刀和风机风力。广义磨的耐磨衬板安装在不旋转的机座上，转速的高低不会对下料产生影响。广义磨的碾压力来自于由转动产生的离心力和弹簧作用力叠加而成的合力。改变转速或调整弹簧力即可很方便地调整粉磨力大小。下料速度、料层厚度及产品粒级构成可通过耐磨衬板内壁的角度、磨辊与耐磨衬板之间的间隙大小、物料出口的流速等影响因素进行控制。,3离心磨机,离心磨机是一种高效率超细磨设备，按照磨机筒体安装的特点可分为立式和卧式两种。根据管的数目，前者又可分为单管和三管（行星式）离心密机。这种磨机可进行干式或湿式作业。图2-29为单管式离心磨机的构造示意图该机用铸铁、铸钢或钢板焊成的圆筒，它与两端盖相连，筒内壁铺有高锰钢衬套。主轴支承在上下两端盖上的滚轴承内，其上装有带叶片的圆盘，它将筒体分成多个破碎室。,在分室中只装数量不多的钢球或棒。当电动机使竖轴、圆盘及叶片作高速回转时，球或棒因离心力作用沿筒壁重叠起来，受叶片的推力贴着磨壁滚动。由给矿口加入的矿石，也受离心力作用而沿着磨壁分布，因此，可使入磨矿石在沿筒壁滚动的球与衬套之间被磨细。磨细了的矿石沿衬套内壁与圆盘之间的环形缝间落至下面一室，依次经多段落到排矿口，然后排出机外。,,离心磨机的主要优点是；结构简单，易于制造，占厂房面积小，耗电低，效率高，生产率大等。其主要缺点是轴承、转动，叶片等磨损严重，检修工作量大。该种磨机可用于矿石、矿物原料、冶金和化工等产品的细磨或超细磨。,鲁奇公司选用Ф4.28.5m的常规球磨机与Ф1.01.2m离心磨机对比表明，离心磨机仅需球磨机厂房面积的55，地基费用的52，钢结构费用的65，总投资费用的74。前苏联采用Ф500300mm离心磨机取代精矿或中矿再磨的常规球磨机，收到了增产和减少泥化的效果。一台容积2m3的离心磨机可代替一台容积为20m3的球磨机，而且钢介质消耗比常规球磨机也小。,4振动磨矿机,振动磨矿机它是在振动强度（振动加速度）为310g（g为重力加速度）的条件下，主要靠磨矿介质（钢球、钢棒）在筒体中作高频率的强烈冲击和研磨作用而将矿料粉碎。它的独特优点是，介质充填率和振动频率（10001500次/分）很高，单位筒体容积的生产能力大；无需采用分级机进行闭路磨矿，生产流程大为简化；磨矿筒体便于密闭，可以进行超低温磨矿，这对于易燃、易爆等固体矿料的粉磨尤为可贵。,,磨矿效率高，如每吨矿料输入28kWh的同样能量达到同样磨矿效果，球磨机需要59分钟，而振动磨机仅需9分钟；在磨矿吨位和能耗相同的磨矿情况下，球磨机的细粉率只有振动机的一半。,目前振动磨机已基本系列化。我国生产的振动磨机有惯性单筒式、双筒式和三筒式三种基本机型，筒体容积为2001000升。目前在管式振动磨机的基础上，柏林技术大学研制了旋转腔室管式振动磨机。该机与常规振动磨机相比，处理能力提高0.51倍，单位能耗降低2040，破除了常规管式振动磨机直径不能超过650mm的论点。振动磨机存在的主要问题是单机处理能力低，不能满足大规模生产的要求，而且研制大规模振动磨机，在机械方面带来很大困难。,5、高压辊磨机,高压辊磨机可在开路预磨、闭路终磨和混合流程中使用。目前，汉堡公司和克虏伯公司共售出50多台高压辊磨机供美国、加拿大、德国等十几个水泥厂和选矿厂使用。高压辊磨机的规格已达Ф2.8m，给料粒度250mm，驱动功率1400kW，处理能力可达250400t/h。高压辊磨机的优点是可降低能耗20-30，提高处理能力30-40，节约钢耗90，简化工艺流程，节约投资25-30，降低操作维护费用，矿石适应性强，可处理含水15的矿石。因此它是一种高效节能的新型设备。,东北大学在消化吸收的基础上,为高压辊在中国铁矿选矿行业的应用作了一些有益的研究开发工作,研制的工业机型1000200在马钢姑山应用表明,可使球磨给矿由原来的12～0mm下降为-5mm粒级占80的粉饼,从而大幅度提高生产中球磨的台时能力。但是，辊面材料损坏后只能采用表面焊接法修补，表面材质难以满足要求。所需工作压力大，矿石中混杂的铁质杂质都将对辊面材质产生致命的损伤，因而阻碍了该设备在铁矿选矿领域的推广应用。,,高压辊磨机是进一步降低入磨粒度的有效措施,智利洛斯科罗拉多斯铁矿安装了德国洪堡公司的1700/1800型高压辊磨机,结果表明,辊压机排料平均粒度为-2.5mm粒级占80,辊压机可替代两段破碎,如果不用辊压机,在时处理量为120t、破碎粒度-6.5mm时,需安装第三段用短头型圆锥破碎机和第四段破碎用Cyradisk型圆锥破碎机。,,6、气流粉碎机,它是利用高温压缩空气或过热蒸汽，将矿料的超细磨矿、分级和干燥等作业同时进行的一种新型干式粉磨设备。它的磨矿原理是当压缩空气（或过热蒸汽）在燃烧室预热后，经喷射管的喷咀喷出，因其突然减压而膨胀，以100200m/s速度运动的气流，把给矿管中的53mm的矿料沿切线方向吹入园锥形的粉磨室，利用高速运动的矿粒之间的相互冲击和研磨作用使物料粉碎。,气流粉碎机,（1）气流磨又叫喷射磨，它是利用高速气流（300500m/s或过热蒸汽（300400℃）的能量使颗粒相互产生冲击、碰撞和摩擦，从而导致矿粒粉碎。粉碎作用以颗粒与颗粒的碰撞为主。气流粉碎机的产品细度可达到-10微米，但当气流中的固体含量高时，产品粒度为-20或-30微米。,（2）、气流粉碎机的分类,工业型气流磨自40年代初期问世以来，发展很快，机型已经由最初的水平园式，发展到循环管式、对喷式和流化床式五大类，规格达数十种。,1）水平园式气流磨,又称为扁平式气流磨，是工业上应用最早的气流粉碎机，国外商品名为Micronizer.粉碎过程高压气流经入口5进入气体分配室1中。气体分配室1与粉碎-分级室2相通。气流在自身压力下，强行通过喷嘴时，产生高达每秒几百米乃至上千米的气流速度。待粉碎的物料经过文丘里喷射式加料器4进入粉碎分级室2的粉碎区，在高速喷气流的作用下发生粉碎。,,由于喷嘴与粉碎室2的相应半径成1锐角，所以气流携带着被粉碎的颗粒作回转运动，把粉碎合格的颗粒推到粉碎-分级室中心处，进入产品收集器7。这种收集器实质上就是一个旋风分离器。颗粒沿产品收集器7的内壁，螺旋形地到贮斗8中。而废气流，携带着5-15的细颗粒，经排出管6排出，进一步捕集回收。,水平园式气流磨的主要生产厂家,美国SturteventMillCo.---Micronizer美国喷射微粉公司Micro-Master美国能流加工和装备公司---Micro-Jet日本日槽公司生产的U-Mizer我国上海、宜兴、山东、四川、天津、无锡等地生产各种规格的气流粉碎机。,2）、循环管式气流磨,该设备的上部为粉碎区，下部为分级区。粉碎区每个喷嘴的安装位置，正好使喷气流的轴线与粉碎室中心线相切。物料经加料器11进入粉碎区3，气流经过一组喷嘴2进入粉碎室将物料颗粒加速，使颗粒之间产生冲击碰撞，气流携带着被粉碎的颗粒，沿上行管4向上运动进入分级区6；在分级区，因离心力场的,,形成和离心力与分级区轮廓的配合，使密集的颗粒流分层，粗大颗粒在外层，细颗粒在内层。在细粒出口8处安装了百叶窗式惯性分级器7，使处于内层的颗粒通过7时，又发生一次分级作用，粗颗粒被弹回产品细度又有提高。等截面式变截面式,,3）、对喷式气流磨,对喷式气流磨又称为逆向喷射磨，是一种物料在超音速气流中自身产生对撞而实现超细粉碎的装置。它的突出特点是其磨损轻，可以加工硬度较高的物料。被粉碎物料随气流上升到分级室2，在这里气流形成主旋流，使颗粒发生分级。粗颗粒处于分级室外围，在气流带动下，返回粉碎室6进一步粉碎。细颗粒经由产品出口1到粉碎机外进行气固分离，成为产品。,,4）、流化床式逆向喷射气流磨,物料通过阀门1给入料箱2，螺旋3将物料送入研磨室4；空气通过逆向喷嘴喷入研磨室使物料呈流态化。被加速的物料在各喷嘴的交汇点汇合，在此颗粒相互冲击碰撞，导致粉碎。粉碎后的物料由上升气流输送至涡轮式超细分级器7，细粒产品经产品出口8输出，较粗的颗粒沿机壁返回磨矿室。,,关于气流粉碎系统,气流粉碎机的优缺点,优点粉碎强度大，产品粒度细、粒度分布窄、颗粒表面光滑、颗粒形状规则、纯度高、活性大、分散性好，能够直接得到干的粉体等。可以粉碎硬度较高的物料。缺点辅助性设备多，一次性投资大；,