隨著高品位易選礦石資源日漸枯竭，當(dāng)前利用礦石多呈現(xiàn)低品位、細(xì)粒嵌布、多金屬共生的復(fù)雜特性。這類礦石中，有價(jià)礦物與脈石礦物的嵌布粒度細(xì)至微米級(jí)，必須通過(guò)細(xì)磨或超細(xì)磨處理，才能實(shí)現(xiàn)兩者的有效單體解離。然而，傳統(tǒng)磨礦設(shè)備普遍存在能量利用率低、易發(fā)生過(guò)磨等問(wèn)題，不僅會(huì)增加能耗，還會(huì)導(dǎo)致有價(jià)礦物難以回收，嚴(yán)重制約了低品位礦、復(fù)雜共生礦的開發(fā)效率。在此背景下，以摩擦研磨為施力方式的攪拌磨機(jī)受到廣泛關(guān)注，其能量利用率顯著優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)備，憑借研磨介質(zhì)填充率高、能量密度大、超細(xì)磨礦效果優(yōu)的核心優(yōu)勢(shì)，正逐步取代傳統(tǒng)球磨機(jī)，在提升礦物解離度、降低單位磨礦能耗方面展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力。

更值得關(guān)注的是，當(dāng)選擇性細(xì)磨與精準(zhǔn)解離技術(shù)融入礦用攪拌磨機(jī)后，這一裝備進(jìn)一步成為破解低品位礦、復(fù)雜共生礦選冶技術(shù)難題的關(guān)鍵。從發(fā)展歷程來(lái)看，礦用攪拌磨機(jī)經(jīng)歷了從小型到大型、從單一功能到集成化的迭代升級(jí)：立式螺旋攪拌磨機(jī)、臥式攪拌磨機(jī)、高強(qiáng)度攪拌磨機(jī)等不同類型產(chǎn)品，分別在有色金屬、黑色金屬等不同金屬礦的細(xì)磨、超細(xì)磨或再磨環(huán)節(jié)發(fā)揮獨(dú)特優(yōu)勢(shì)；每一次機(jī)型革新，都對(duì)應(yīng)著磨礦效率、能耗控制等核心指標(biāo)的優(yōu)化提升。而不同設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性也與應(yīng)用場(chǎng)景高度匹配，如塔磨機(jī)的垂直研磨結(jié)構(gòu)、雙槽攪拌磨機(jī)的雙腔協(xié)同作業(yè)模式、臥式艾薩磨機(jī)的水平布置高強(qiáng)度磨礦設(shè)計(jì)，精準(zhǔn)適配了不同礦物加工的實(shí)際需求。

“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：2022YFC2904602）、中國(guó)五礦集團(tuán)科技專項(xiàng)（編號(hào)：23-C4JM001）的支持下，張國(guó)旺團(tuán)隊(duì)礦用攪拌磨機(jī)的發(fā)展歷程、創(chuàng)新技術(shù)及主要產(chǎn)品類型進(jìn)行了系統(tǒng)梳理。通過(guò)明晰各類設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)與適用范圍，團(tuán)隊(duì)為選擇性細(xì)磨精準(zhǔn)解離技術(shù)設(shè)備的深度融合提供了清晰路徑，能夠有效解決實(shí)際生產(chǎn)中礦物解離不充分、磨礦能耗過(guò)高等痛點(diǎn)。相關(guān)成果發(fā)表在《金屬礦山》11期“礦物粉碎技術(shù)研究進(jìn)展”專題。

作者簡(jiǎn)介

張國(guó)旺

博士，教授級(jí)高工

博士生導(dǎo)師

畢業(yè)于中南大學(xué)，享受國(guó)務(wù)院特殊津貼專家。曾任長(zhǎng)沙礦冶院資源所副所長(zhǎng)、礦冶裝備所所長(zhǎng)、金磨科技公司總經(jīng)理和長(zhǎng)沙礦冶研究院副總工程師。中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)理事，中國(guó)金屬學(xué)會(huì)選礦學(xué)會(huì)理事，中國(guó)非金屬礦協(xié)會(huì)常務(wù)理事和湖南省機(jī)械學(xué)會(huì)常務(wù)理事。長(zhǎng)期從事超細(xì)磨技術(shù)和選礦裝備的研發(fā)及應(yīng)用工作，在超細(xì)磨裝備技術(shù)的研制和大型化上發(fā)揮了關(guān)鍵作用，研發(fā)的立式攪拌磨機(jī)已在國(guó)內(nèi)外金屬礦和非金屬礦應(yīng)用800多臺(tái)（套）。在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表超細(xì)粉碎相關(guān)論文80余篇，出版《超細(xì)粉碎設(shè)備及其應(yīng)用》和《現(xiàn)代選礦技術(shù)手冊(cè)破碎篩分磨礦分級(jí)》專著2部，編寫《無(wú)機(jī)鹽工藝學(xué)》（粉碎部分）。獲國(guó)家發(fā)明和實(shí)用新型專利12項(xiàng)，獲湖南省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、中國(guó)冶金礦山科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)和中國(guó)五礦科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等。曾榮獲全國(guó)“講理想、比貢獻(xiàn)”科技創(chuàng)新標(biāo)兵，中國(guó)五礦勞動(dòng)模范，中央企業(yè)知識(shí)型先進(jìn)工作者和湖南省優(yōu)秀研究生導(dǎo)師等。

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1 礦用攪拌磨機(jī)的發(fā)展歷程

攪拌磨機(jī)的發(fā)展依托現(xiàn)代材料科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,其應(yīng)用最早可追溯至涂料、顏料、油漆等精細(xì)化工行業(yè)。1928年,Klein與Szegvari博士率先提出攪拌磨機(jī)的工作原理,即在筒體內(nèi)部配置攪拌器與研磨介質(zhì),物料在攪拌器的驅(qū)動(dòng)下,通過(guò)介質(zhì)間的相互作用實(shí)現(xiàn)充分研磨與粉碎,這一開創(chuàng)性理論為后續(xù)設(shè)備研發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)。1939年,美國(guó)礦山局設(shè)計(jì)出一款用于浮選前礦物表面清理的設(shè)備,被認(rèn)為是礦用攪拌磨機(jī)早期應(yīng)用的雛形。1946年,Szegvari博士創(chuàng)立UnionProcess公司,深耕攪拌研磨與分散技術(shù),推動(dòng)攪拌磨機(jī)從實(shí)驗(yàn)室階段邁向工業(yè)化應(yīng)用,為行業(yè)超細(xì)研磨需求提供解決方案。

20世紀(jì)50年代,美國(guó)杜邦公司開發(fā)出以硅砂為介質(zhì)的高速攪拌磨機(jī)(砂磨機(jī)),憑借高速攪拌帶來(lái)的高效研磨性能,迅速在顏料、油墨行業(yè)普及,其粉碎效率與產(chǎn)品細(xì)度控制能力不僅推動(dòng)攪拌磨機(jī)在精細(xì)化工領(lǐng)域崛起,更引發(fā)礦業(yè)界對(duì)其應(yīng)用潛力的關(guān)注。礦用攪拌磨機(jī)的研發(fā)正是借鑒砂磨機(jī)技術(shù)原理,針對(duì)礦石硬度高、成分復(fù)雜的特性優(yōu)化設(shè)備參數(shù)與材質(zhì),重點(diǎn)強(qiáng)化攪拌裝置與研磨介質(zhì)的適配性研究。

20世紀(jì)60至80年代,隨著易選高品位礦石資源減少,低品位、細(xì)粒嵌布礦石的處理需求凸顯,傳統(tǒng)球磨機(jī)難以實(shí)現(xiàn)有效解離,立式攪拌磨機(jī)因占地面積小、介質(zhì)填充率高、研磨強(qiáng)度大的優(yōu)勢(shì)脫穎而出。20世紀(jì)60年代,澳大利亞礦物加工研究所開展塔磨機(jī)的基礎(chǔ)研究,證實(shí)其對(duì)細(xì)粒硫化礦的解離效果優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)備,節(jié)能效率達(dá)30%~40%;20世紀(jì)70年代,德國(guó)洪堡公司推出首臺(tái)工業(yè)級(jí)立式攪拌磨機(jī),在南非某金礦實(shí)現(xiàn)50 t/h處理量,產(chǎn)物中-38 μm粒級(jí)占比達(dá)70%;20世紀(jì)80年代,長(zhǎng)沙礦冶研究院、秦皇島設(shè)計(jì)院等單位啟動(dòng)立式攪拌磨機(jī)試制,針對(duì)國(guó)內(nèi)鐵礦、銅礦細(xì)磨需求完成參數(shù)優(yōu)化,開啟國(guó)產(chǎn)化探索進(jìn)程。

20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初,低品位復(fù)雜多金屬礦石處理需求激增,研磨產(chǎn)物粒度要求降至-38 μm甚至10 μm以下,推動(dòng)攪拌磨機(jī)進(jìn)入超細(xì)研磨技術(shù)突破期。這一階段的研發(fā)呈現(xiàn)兩大方向:一是介質(zhì)體系升級(jí),向多材質(zhì)毫米級(jí)微型化發(fā)展,通過(guò)介質(zhì)球級(jí)配優(yōu)化減少礦物“過(guò)粉碎”,實(shí)現(xiàn)選擇性解離;二是設(shè)備大型化與連續(xù)化,塔磨機(jī)單機(jī)處理量提升至200 t/h。1994年,澳大利亞Xstrata公司研發(fā)臥式艾砂磨機(jī),采用1~5 mm的研磨介質(zhì),可將硫化礦石磨至-10 μm占比90%,并在Mount Isa礦實(shí)現(xiàn)超細(xì)磨工業(yè)化應(yīng)用;1999年,澳大利亞世紀(jì)鋅礦引入21臺(tái)美卓SMD355立式攪拌磨機(jī),通過(guò)高效摩擦、剪切、研磨,顯著提升鋅精礦再磨流程的效率與金屬回收率,同時(shí)降低能耗。

21世紀(jì)以來(lái),高速攪拌磨機(jī)成為研發(fā)熱點(diǎn)。2012年,Outotec公司從STMMinerals獲得HIGmill技術(shù)礦業(yè)應(yīng)用授權(quán),將其引入金屬礦再磨領(lǐng)域;2018年,FlSmidth公司推出Vxpmill立式攪拌磨機(jī),主要應(yīng)用于金礦、銅礦等金屬礦的細(xì)磨與再磨場(chǎng)景。上述2種設(shè)備通過(guò)提升攪拌線速度至20~30 m/s、采用?3~6 mm陶瓷珠介質(zhì)、介質(zhì)填充率達(dá)90%以上,可將礦石磨至1~5 μm。其功率密度可達(dá)350 kW/以上,是低速設(shè)備的5~10倍,借助15~30 m/s研磨盤線速度形成動(dòng)態(tài)高壓區(qū),尤其適配嵌布粒度小于10 μm的微細(xì)粒硫化礦等難處理礦石。近年來(lái),Isamill、HIGmill、Vxpmill等高速機(jī)型已在金、銅、鉬、鉛鋅、鎳礦等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。目前,澳大利亞、美國(guó)、德國(guó)、加拿大等國(guó)家的專業(yè)研究機(jī)構(gòu)持續(xù)深耕礦物加工細(xì)磨技術(shù),形成Tower mill、Vertimill、Isamill、SMDmill、HIGmill和Vxpmill等系列成熟機(jī)型。國(guó)內(nèi)攪拌磨行業(yè)發(fā)展迅速,已開發(fā)立式螺旋攪拌磨機(jī)(塔磨機(jī))、高速攪拌磨機(jī)、臥式砂磨機(jī)等多種機(jī)型,其中JM系列立式螺旋攪拌磨礦機(jī)可將物料磨至1 μm以下,節(jié)能效率較臥式球磨機(jī)提升30%以上,已在紫金礦業(yè)、金堆城鉬業(yè)等企業(yè)的金礦、鉬礦、稀土礦加工中規(guī)?；瘧?yīng)用。設(shè)備不斷向大型化升級(jí),廣泛服務(wù)于礦業(yè)細(xì)磨與超細(xì)磨場(chǎng)景,成為低品位礦石高效利用的核心裝備

2 礦用攪拌磨機(jī)的創(chuàng)新研究

礦用攪拌磨機(jī)的創(chuàng)新研究圍繞傳統(tǒng)磨礦設(shè)備在細(xì)磨效率、精準(zhǔn)解離、能耗控制及礦物適應(yīng)性等方面的瓶頸展開,通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作參數(shù)優(yōu)化、耐磨材料創(chuàng)新應(yīng)用、智能控制、工藝集成創(chuàng)新及選擇性細(xì)磨精準(zhǔn)解離技術(shù)等多維度突破,實(shí)現(xiàn)對(duì)低品位微細(xì)粒復(fù)雜礦石的高效處理。

2. 1 結(jié)構(gòu)與工作參數(shù)優(yōu)化

結(jié)構(gòu)創(chuàng)新是提升攪拌磨機(jī)性能的核心途徑,通過(guò)優(yōu)化攪拌器、筒體襯板及介質(zhì)運(yùn)動(dòng)方式,可實(shí)現(xiàn)研磨強(qiáng)度與能耗的精準(zhǔn)匹配。

數(shù)值模擬技術(shù)是揭示攪拌磨機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)、介質(zhì)運(yùn)動(dòng)及能量傳遞規(guī)律的核心手段。長(zhǎng)沙礦冶研究院采用CFX軟件與離散元法(DEM),對(duì)螺旋式、棒式、盤式3種攪拌器的流場(chǎng)與介質(zhì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬,如圖1所示。結(jié)果表明:盤式攪拌器圓周流場(chǎng)具有完全周期對(duì)稱性,無(wú)速度梯度,但高剪切率區(qū)域體積分?jǐn)?shù)最小;棒式攪拌器圓周流場(chǎng)速度梯度最顯著;螺旋式攪拌器高剪切率區(qū)域體積分?jǐn)?shù)最大,但分布均勻性低于棒式。

圖1　三種攪拌器中垂直于轉(zhuǎn)軸截面上的速度的等值線圖

SINNOTT等通過(guò)DEM法對(duì)中試規(guī)模立式磨機(jī)(螺旋攪拌器、棒形攪拌器)的介質(zhì)流態(tài)、能量吸收及磨損特性展開分析。如圖2所示,對(duì)于螺旋攪拌器,介質(zhì)圍繞螺旋軸形成強(qiáng)回旋流,沿軸向循環(huán)運(yùn)動(dòng),在“螺旋葉片外緣-筒體內(nèi)壁”環(huán)形區(qū)域緩慢下沉,運(yùn)動(dòng)狀態(tài)呈柱對(duì)稱性且與高度無(wú)關(guān);螺旋葉輪外緣處速度、壓力及介質(zhì)能量吸收率最大,隨半徑增大而遞減,該徑向分布可改善混合效果與磨礦性能,能量主要耗散于剪切、磨剝作用,且介質(zhì)的磨礦參與率極高。對(duì)于棒形攪拌器,高壓區(qū)集中于棒體周圍及主軸附近,介質(zhì)在磨機(jī)中部及上部以圓周運(yùn)動(dòng)為主,軸向隨機(jī)運(yùn)動(dòng)微弱,混合效果差;能量吸收率隨高度上升顯著下降,高能量吸收區(qū)域僅局限于棒體附近(尤以底部?jī)筛趔w周圍最突出),磨礦行為集中于該區(qū)域,介質(zhì)參與率低。

圖2 攪拌磨螺旋攪拌器和棒形攪拌器的DEM介質(zhì)球運(yùn)動(dòng)分析

KWADE等針對(duì)攪拌磨機(jī)內(nèi)應(yīng)力強(qiáng)度與物料粉碎特性的關(guān)聯(lián)性展開研究,指出應(yīng)力發(fā)生概率與介質(zhì)碰撞次數(shù)、顆粒捕獲概率及顆粒數(shù)量相關(guān),并定義“介質(zhì)捕獲被研磨顆粒的概率”與“介質(zhì)間有效空間”的概念。KEIKKALA等采用DEM法對(duì)比HIGmill中平圓盤轉(zhuǎn)子與GrindForceTM轉(zhuǎn)子的性能,如圖3所示。結(jié)果顯示:平圓盤轉(zhuǎn)子表面存在研磨珠打滑現(xiàn)象,而GrindForceTM轉(zhuǎn)子通過(guò)圓盤凸齒結(jié)構(gòu)固定研磨珠自生成層,可有效抑制打滑;此外,凸齒結(jié)構(gòu)能將珠間剪切作用從轉(zhuǎn)子附近向研磨珠總體積內(nèi)部傳遞,提升磨機(jī)內(nèi)部空間利用率與物料停留時(shí)間。在HIGmill中,將葉片間距減小25%,可減少介質(zhì)“死區(qū)”,磨礦效率提升18%。相同功耗條件下,平圓盤轉(zhuǎn)子需維持2~3倍于GrindForceTM轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速;現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用數(shù)據(jù)表明,平圓盤轉(zhuǎn)子磨損壽命約1個(gè)月,而GrindForceTM轉(zhuǎn)子可達(dá)6~8個(gè)月。

圖3 HIGmill的攪拌器模擬優(yōu)化

針對(duì)高黏度礦漿易出現(xiàn)的“介質(zhì)沉降”問(wèn)題,采用“上寬下窄”變徑筒體結(jié)構(gòu),配合螺旋導(dǎo)流板引導(dǎo)介質(zhì)沿軸向循環(huán)運(yùn)動(dòng),可避免局部堆積;此外,開發(fā)雙向逆向攪拌技術(shù),通過(guò)雙軸反向旋轉(zhuǎn)攪拌器(如SMD立式攪拌磨的“內(nèi)外軸反向葉輪”),使介質(zhì)形成“徑向剪切流+軸向?qū)α鳌钡膹?fù)合流場(chǎng),強(qiáng)化研磨效果。

2. 2 耐磨材料創(chuàng)新應(yīng)用

磨礦過(guò)程中介質(zhì)與筒體的磨損是設(shè)備運(yùn)維的核心成本,通過(guò)耐磨材料研發(fā)與應(yīng)用優(yōu)化,可顯著延長(zhǎng)關(guān)鍵部件壽命、降低能耗,相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新主要體現(xiàn)在基礎(chǔ)耐磨材料的選型與應(yīng)用、復(fù)合耐磨工藝與部件防護(hù)、襯板材料的場(chǎng)景化優(yōu)化及非金屬耐磨介質(zhì)的拓展應(yīng)用等方面。

(1)基礎(chǔ)耐磨材料的選型與應(yīng)用。通過(guò)選用高硬度、高韌性耐磨材料,直接提升筒體、襯板等部件的抗磨損能力。常規(guī)耐磨材料包括高鉻鉬合金、微晶陶瓷、硬質(zhì)合金及橡膠聚氨酯等,應(yīng)用此類材料可延長(zhǎng)筒體壽命并降低設(shè)備能耗,適用于中低磨損強(qiáng)度的磨礦場(chǎng)景。針對(duì)高磨損工況(如高硬度礦石超細(xì)磨),開發(fā)外層高硬度耐磨層(如WC-Co合金涂層)、內(nèi)層高韌性基體(如低合金鋼)的梯度功能耐磨材料,可同時(shí)兼顧耐磨性與抗沖擊性,解決單一材料“耐磨則脆、韌性則易磨”的矛盾,進(jìn)一步延長(zhǎng)立磨機(jī)螺旋葉片的耐磨壽命。

(2)復(fù)合耐磨工藝與部件防護(hù)。通過(guò)特殊鑄造工藝或局部防護(hù)設(shè)計(jì),強(qiáng)化關(guān)鍵部件的耐磨性能。某廠采用高鉻鑄鐵陶瓷復(fù)合鑄造工藝生產(chǎn)攪拌磨機(jī)葉片,即在高鉻鑄鐵材料表面熔鑄陶瓷顆粒形成陶瓷金屬?gòu)?fù)合層。該復(fù)合層的耐磨性能可達(dá)純高鉻材料的3~4倍,且復(fù)合層厚度僅為原備件厚度的1/3,可根據(jù)部件原磨損曲線針對(duì)性制作,在保證高耐磨性的同時(shí)兼具抗沖擊性;應(yīng)用結(jié)果顯示,陶瓷復(fù)合鑄造襯板葉片的使用壽命是傳統(tǒng)高鉻產(chǎn)品的2倍以上。部件防護(hù)方面,立磨機(jī)螺旋主軸下部螺旋面與主軸焊接面為磨損高發(fā)區(qū)域,大紅山礦業(yè)通過(guò)自主制作安裝陶瓷管、陶瓷片耐磨保護(hù)套,直接對(duì)磨損部位進(jìn)行防護(hù),有效延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命并提升作業(yè)率。

(3)襯板材料的場(chǎng)景化優(yōu)化。根據(jù)不同礦種、礦漿特性,選擇適配的襯板材料,同時(shí)優(yōu)化安裝方式以降低運(yùn)維成本。攪拌磨機(jī)筒體襯板可根據(jù)工況選用合金鋼襯板、網(wǎng)格襯板、橡膠磁性襯板、陶瓷襯板及橡膠聚氨酯襯板等。例如,華聯(lián)鋅銦選廠為解決鋅粗精礦再磨塔磨機(jī)筒體襯板“壽命短、拆裝難”的問(wèn)題,將原有襯板更換為橡膠磁性襯板。橡膠磁性襯板由耐磨橡膠與永磁體組成,通過(guò)磁性吸附安裝,無(wú)需螺栓固定,安裝過(guò)程僅需2 d完成,且具有不漏礦漿、工作環(huán)境清潔的優(yōu)勢(shì),大幅降低維修人員勞動(dòng)強(qiáng)度;應(yīng)用后,塔磨機(jī)筒體襯板使用壽命延長(zhǎng)5倍以上,設(shè)備開機(jī)率顯著提升,同時(shí)簡(jiǎn)化了拆裝流程,減少一線作業(yè)人員工作量。

(4)非金屬耐磨介質(zhì)的拓展應(yīng)用。非金屬耐磨介質(zhì)球的研發(fā)與應(yīng)用,不僅拓展了攪拌磨機(jī)選擇性細(xì)磨技術(shù)的發(fā)展空間,還可避免金屬介質(zhì)對(duì)某些礦物的污染。景德鎮(zhèn)百特威爾新材料有限公司研發(fā)的耐磨微晶瓷球,適用于礦山二段磨礦及二段后的超細(xì)磨場(chǎng)景。該瓷球通過(guò)控制漿料細(xì)度與粉體煅燒溫度獲得亞納米氧化鋁粉體,在原料粒級(jí)控制基礎(chǔ)上添加氧化物及特殊稀土材料,形成高韌性復(fù)合材料,既保證成型過(guò)程中材質(zhì)的均一性,又使介質(zhì)球具備高強(qiáng)度、高耐磨性。目前已在艾薩磨機(jī)和立磨機(jī)中成功應(yīng)用,為低品位、易污染礦物的精準(zhǔn)細(xì)磨提供了新方案。

2. 3 智能化與自適應(yīng)控制

通過(guò)傳感器集成、算法優(yōu)化與數(shù)字孿生技術(shù)的融合應(yīng)用,構(gòu)建磨礦過(guò)程“感知-決策-執(zhí)行”閉環(huán)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)礦石性質(zhì)波動(dòng)的動(dòng)態(tài)適配,降低人工干預(yù)成本并提升運(yùn)行穩(wěn)定性,相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新涵蓋多參數(shù)監(jiān)測(cè)、AI算法控制、數(shù)字孿生建模及智能介質(zhì)管理等方面。

(1)多參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)在關(guān)鍵部位集成多類型傳感器,實(shí)現(xiàn)研磨環(huán)境與設(shè)備狀態(tài)的全面感知,為后續(xù)控制決策提供數(shù)據(jù)支撐。在筒體、攪拌軸等核心部件安裝振動(dòng)、溫度、功率傳感器,同步配置激光粒度儀、近紅外光譜儀等,實(shí)時(shí)采集磨礦過(guò)程中的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)與物料特性數(shù)據(jù)。例如,在立磨機(jī)驅(qū)動(dòng)軸上安裝溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),可通過(guò)溫度變化趨勢(shì)反映磨機(jī)內(nèi)部襯板磨損、潤(rùn)滑系統(tǒng)供油不足等潛在故障,幫助運(yùn)維人員實(shí)時(shí)掌握設(shè)備健康狀態(tài)。美卓新一代VGX立式磨機(jī)已集成AI預(yù)測(cè)性維護(hù)功能,通過(guò)振動(dòng)傳感器持續(xù)采集設(shè)備振動(dòng)信號(hào),結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可提前7~14 d預(yù)警軸承磨損、襯板失效等故障。

(2)AI自適應(yīng)控制算法?；诘V石特性與磨礦參數(shù)的關(guān)聯(lián)模型,通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)研磨參數(shù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化,適配原礦性質(zhì)波動(dòng)。以礦石硬度、嵌布粒度、原礦品位等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為輸入,通過(guò)訓(xùn)練后的機(jī)器學(xué)習(xí)模型預(yù)測(cè)最優(yōu)研磨參數(shù),并自動(dòng)下發(fā)至執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整。系統(tǒng)通過(guò)傳感器和AI算法實(shí)時(shí)采集攪拌磨機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)(如漿料濃度、設(shè)備溫度等),結(jié)合三維建模技術(shù)生成虛擬鏡像,可提前預(yù)警設(shè)備異常(如軸承過(guò)熱或攪拌效率下降),減少停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。該方面中信重工做了大量創(chuàng)新工作。

(3)數(shù)字孿生磨礦系統(tǒng)。構(gòu)建與物理設(shè)備1∶1映射的虛擬模型,通過(guò)仿真模擬優(yōu)化運(yùn)行參數(shù),實(shí)現(xiàn)“虛擬調(diào)試-實(shí)體應(yīng)用”的高效迭代。數(shù)字孿生模型實(shí)時(shí)接收物理設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù),動(dòng)態(tài)映射設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),可模擬不同給料量、攪拌速度下的能耗變化與礦物解離效果,為參數(shù)優(yōu)化提供虛擬驗(yàn)證環(huán)境。構(gòu)建攪拌磨機(jī)的數(shù)字孿生模型,可支持虛擬調(diào)試不同工況,優(yōu)化攪拌時(shí)間和能耗分配?！皵?shù)字孿生系統(tǒng)”在江銅集團(tuán)德興銅礦大山廠磨浮工段7號(hào)球磨機(jī)上成功應(yīng)用,“孿生兄弟”可以在計(jì)算機(jī)里不分晝夜地監(jiān)測(cè)球磨機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況,一旦礦石性質(zhì)改變或磨礦系數(shù)不佳時(shí),啟動(dòng)自動(dòng)判斷、決策,全自動(dòng)控制率達(dá)98%以上,大幅減少了磨機(jī)功率、泵池液位等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的波動(dòng),實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié),穩(wěn)定磨礦流程。東北大學(xué)和中信重工正在開展在立磨機(jī)上的應(yīng)用研究工作。

(4)介質(zhì)控制系統(tǒng)。針對(duì)攪拌磨機(jī)介質(zhì)更換與補(bǔ)充過(guò)程中的高耗時(shí)、高風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題,開發(fā)自動(dòng)化介質(zhì)處理系統(tǒng),提升運(yùn)維效率與安全性。針對(duì)HIGmill的維護(hù)需求,Metso開發(fā)了介質(zhì)泵送系統(tǒng)(MPS)和裝填系統(tǒng)(MCS),將停機(jī)時(shí)間從10 h縮短至3 h,并減少80%的手動(dòng)操作風(fēng)險(xiǎn)。介質(zhì)泵送系統(tǒng)(MPS)適用于陶瓷介質(zhì)研磨設(shè)備(如HIGmillTM和介質(zhì)攪拌式磨機(jī)),用于停機(jī)檢查或維護(hù)前后的介質(zhì)轉(zhuǎn)移與存儲(chǔ);典型配置包含介質(zhì)輸送泵組、漿料過(guò)濾篩以及用于存儲(chǔ)的料斗/倉(cāng)體,可避免人工接觸陶瓷介質(zhì)導(dǎo)致的劃傷風(fēng)險(xiǎn)。介質(zhì)裝填系統(tǒng)(MCS)適用于Vertimill?立磨機(jī)等鋼質(zhì)介質(zhì)設(shè)備,可自動(dòng)化完成停機(jī)后的介質(zhì)卸出與維護(hù)后的介質(zhì)裝填,替代傳統(tǒng)人工鏟運(yùn)方式。Met so開發(fā)的介質(zhì)提升系統(tǒng)(MLS)由裝載溜槽、專用罐籠、卸料倉(cāng)及可選單軌起重機(jī)組成,主要用于大噸位鋼質(zhì)介質(zhì)的垂直轉(zhuǎn)運(yùn),適配大型立磨機(jī)的介質(zhì)補(bǔ)給需求。印度Odisha鐵礦項(xiàng)目,應(yīng)用了多臺(tái)Vertimill立磨機(jī),其介質(zhì)球提升系統(tǒng)與MD礦漿泵、MHC旋流器組合,顯著優(yōu)化了磨礦回路。

2. 4 工藝集成創(chuàng)新

突破攪拌磨機(jī)單一磨礦定位,通過(guò)與選礦核心工藝(如浸出、磁選、浮選)及其他碎磨設(shè)備的深度集成,構(gòu)建“磨礦—分選”一體化或梯級(jí)化流程,實(shí)現(xiàn)流程縮短、能耗降低與資源回收率提升,工藝集成創(chuàng)新主要包括邊磨邊浸一體化、磨浮聯(lián)動(dòng)、梯級(jí)碎磨聯(lián)合三種模式。

(1)邊磨邊浸一體化工藝系統(tǒng)。針對(duì)包裹體金、硫化礦包裹銀等難浸礦物,將攪拌磨機(jī)的細(xì)磨解離功能與浸出反應(yīng)過(guò)程同步融合,在研磨過(guò)程中實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)礦物暴露與浸出劑反應(yīng),避免傳統(tǒng)“先磨后浸”流程中礦物二次包裹或浸出不充分的問(wèn)題。攪拌磨機(jī)筒體內(nèi)同時(shí)加入礦石、研磨介質(zhì)與浸出劑,在攪拌器驅(qū)動(dòng)下,介質(zhì)通過(guò)剪切、磨剝作用破碎礦石,使包裹在脈石中的金粒(或其他目標(biāo)礦物)即時(shí)暴露,同步與浸出劑接觸并發(fā)生反應(yīng),生成可溶性金屬離子;通過(guò)實(shí)時(shí)控制研磨強(qiáng)度與浸出劑濃度,平衡解離效率與反應(yīng)速率。某難浸金礦[26]應(yīng)用該工藝后,金浸出率較傳統(tǒng)“磨礦—浸出”流程提高了0.49個(gè)百分點(diǎn),氰化鈉和堿石灰用量分別降低了1 kg/t、1.47 kg/t,浸渣含金量降低了0.21 g/t,經(jīng)濟(jì)效益顯著

(2)攪拌磨-浮選柱/浮選機(jī)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)。在攪拌磨機(jī)出口直接設(shè)置在線浮選槽,構(gòu)建“研磨—浮選”實(shí)時(shí)反饋閉環(huán),通過(guò)浮選指標(biāo)動(dòng)態(tài)調(diào)整磨礦參數(shù),實(shí)現(xiàn)磨礦細(xì)度與浮選效率的精準(zhǔn)匹配,解決傳統(tǒng)流程中“磨礦與浮選脫節(jié)導(dǎo)致的過(guò)磨/欠磨”問(wèn)題。攪拌磨機(jī)研磨后的礦漿直接進(jìn)入在線浮選槽,通過(guò)浮選泡沫圖像分析儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泡沫層厚度、顏色、流速等指標(biāo);將浮選數(shù)據(jù)反饋至磨礦控制系統(tǒng),若泡沫層過(guò)薄則提高攪拌速度或延長(zhǎng)研磨時(shí)間,若泡沫層過(guò)厚且夾雜脈石則降低介質(zhì)填充率或減少給料量,動(dòng)態(tài)優(yōu)化磨礦參數(shù)。金堆城鉬礦鉬粗精礦表面粘附雜質(zhì)、脈石顆粒及過(guò)剩油藥,導(dǎo)致精選次數(shù)高達(dá)7次,精礦品位難以達(dá)到要求且不穩(wěn)定,通過(guò)二段攪拌磨機(jī)細(xì)磨擦洗-浮選柱提質(zhì)聯(lián)動(dòng)縮短工藝流程,顯著提升了精礦品位。

(3)梯級(jí)碎磨設(shè)備聯(lián)合工藝系統(tǒng)。將攪拌磨機(jī)與高壓輥磨機(jī)、傳統(tǒng)球磨機(jī)等設(shè)備按“粗碎—中磨—細(xì)磨”功能分工組合,構(gòu)建梯級(jí)碎磨流程。充分發(fā)揮不同設(shè)備的優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)礦石從大塊到微細(xì)粒的高效解離,尤其適用于低品位、細(xì)粒嵌布的鐵、銅、鎳等礦石。前序設(shè)備承擔(dān)“大粒度縮減”任務(wù),降低后續(xù)設(shè)備處理負(fù)荷;攪拌磨機(jī)作為終端細(xì)磨設(shè)備,負(fù)責(zé)將礦物解離至目標(biāo)粒度,保證目標(biāo)礦物充分暴露。某低品位鐵礦采用“高壓輥磨機(jī)(處理原礦至5~10 mm)—球磨機(jī)(中磨至-74 μm占60%)—立式攪拌磨(超細(xì)磨至-20 μm占80%~90%)”梯級(jí)聯(lián)合工藝。應(yīng)用后,鐵精礦品位從傳統(tǒng)單一球磨流程的62%提升至67%,尾礦品位從15%降至8%;同時(shí),因各設(shè)備負(fù)荷匹配合理,綜合能耗較傳統(tǒng)流程降低30%。

2. 5 選擇性細(xì)磨技術(shù)

針對(duì)細(xì)粒嵌布、多金屬共生礦石,通過(guò)研磨介質(zhì)調(diào)控與工藝參數(shù)優(yōu)化,可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)礦物的有效解離,同時(shí)降低能耗。

(1)研磨參數(shù)調(diào)控?；诓煌V物的硬度差異,通過(guò)調(diào)整攪拌強(qiáng)度、施力大小、施力頻率,以及磨礦介質(zhì)的尺寸與材質(zhì),優(yōu)化細(xì)磨效果。研究表明,采用攪拌磨機(jī)進(jìn)行細(xì)磨時(shí),磁鐵礦的解離度更高,可在后續(xù)磁選過(guò)程中獲得更高品位的鐵精礦;相較于球磨機(jī),攪拌磨機(jī)更適用于產(chǎn)品粒度為10~30 μm的礦物細(xì)磨解離。

(2)預(yù)先分級(jí)設(shè)計(jì)。在攪拌磨機(jī)出口集成高效分級(jí)設(shè)備,可及時(shí)分離出合格細(xì)粒級(jí)產(chǎn)物,減少礦物過(guò)磨,因此,攪拌磨—分級(jí)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)對(duì)提升研磨效率至關(guān)重要。攪拌磨機(jī)與水力旋流器組成閉路,提前分離合格粒級(jí),減少磁選或浮選系統(tǒng)的負(fù)荷,提升整體效率,如云南某高硫鉛鋅礦硫精礦再選作業(yè)中,合格粒級(jí)提前進(jìn)入精選,磨礦效率提升21%。

(3)微納米級(jí)超細(xì)研磨技術(shù)。采用粒徑為0.1~0.5 mm的超細(xì)介質(zhì)(如氧化鋯珠),在高速條件下(線速度20~30 m/s)進(jìn)行研磨,可將產(chǎn)品細(xì)度控制在1 μm以下。例如,在磷酸鐵鋰礦物研磨過(guò)程中,通過(guò)采用二段或三段研磨工藝,能夠滿足電池級(jí)正極材料對(duì)礦物細(xì)度的要求。

礦用攪拌磨機(jī)的技術(shù)創(chuàng)新以最低能耗實(shí)現(xiàn)目標(biāo)礦物有效解離為核心目標(biāo),通過(guò)設(shè)備結(jié)構(gòu)、研磨材料與智能控制技術(shù)的協(xié)同優(yōu)化,使其從單純的細(xì)磨/超細(xì)磨設(shè)備,升級(jí)為復(fù)雜難選礦石資源高效利用的核心單元系統(tǒng)。上述創(chuàng)新不僅解決了低品位、細(xì)粒嵌布礦石的處理難題,更推動(dòng)了礦業(yè)向節(jié)能、高效、綠色方向轉(zhuǎn)型,為金屬礦山資源綜合利用與節(jié)能降耗提供了技術(shù)支撐。

3　國(guó)內(nèi)外典型礦用攪拌磨機(jī)及應(yīng)用

礦用攪拌磨機(jī)的研制始終以復(fù)雜礦石資源的高效利用、節(jié)能降耗,以及適應(yīng)不同礦石細(xì)磨或超細(xì)磨要求為核心目標(biāo)。其發(fā)展歷經(jīng)實(shí)驗(yàn)室探索至工業(yè)化應(yīng)用階段,技術(shù)迭代深度融合機(jī)械工程、材料科學(xué)與選礦工藝的進(jìn)步,最終成為低品位細(xì)粒嵌布礦石處理的核心磨礦裝備。

國(guó)外攪拌磨機(jī)研制工作始于20世紀(jì)40年代,至60年代技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。其中,立式攪拌磨機(jī)的代表機(jī)型包括Metso公司的Vertimill磨機(jī)、HIGmill及StirredMediaDetritor(SMD)磨機(jī),以及FLSmidth公司的Towermill和Vxpmill;臥式攪拌磨機(jī)的代表機(jī)型為Xstrata公司的Isamill磨機(jī)。國(guó)內(nèi)超細(xì)攪拌磨機(jī)研制始于20世紀(jì)70年代初,至今已歷經(jīng)50余年發(fā)展并取得顯著進(jìn)步。立式攪拌磨機(jī)代表機(jī)型主要有湖南金磨科技的立式螺旋攪拌磨機(jī),以及中信重工、北礦機(jī)電、北方重工、沈陽(yáng)五寰、馬鞍山天工、馬鞍山天源等企業(yè)的立式攪拌磨機(jī);臥式攪拌磨機(jī)則以浙江金華艾領(lǐng)創(chuàng)艾砂磨機(jī),及廣州派勒、湖南歐華、廣東億富、廣東瑯菱的臥式砂磨機(jī)為代表。

3.1 國(guó)外典型礦用攪拌磨機(jī)及應(yīng)用

3.1.1　Towermill及Vertimill

愛(ài)立許塔磨機(jī)(EirichTowermill)由德國(guó)古斯塔夫·愛(ài)立許機(jī)械制造公司研發(fā),屬于立式攪拌式介質(zhì)磨機(jī),其ETM-1500型號(hào)單臺(tái)裝機(jī)功率達(dá)1300 kW;FLSmidth公司的富勒塔磨機(jī)(Fuller Towermill)中,FT-4500型號(hào)單臺(tái)裝機(jī)功率達(dá)3352 kW。20世紀(jì)50年代,日本Kubota公司河端重勝博士發(fā)明并制造了首臺(tái)用于礦物加工的立式螺旋磨機(jī);20世紀(jì)80年代末,美卓公司從美國(guó)MPSI公司獲得該技術(shù)專利,經(jīng)持續(xù)改進(jìn)后發(fā)展為現(xiàn)今的Vertimill。目前,Vertimill由Metso公司提供,其VT-4500型號(hào)單臺(tái)裝機(jī)功率達(dá)3352kW。Towermill與Vertimill均屬于立式螺旋攪拌磨機(jī),二者通過(guò)垂直安裝的螺旋式攪拌器帶動(dòng)磨礦腔內(nèi)的介質(zhì)球產(chǎn)生梯級(jí)運(yùn)動(dòng)速度,利用摩擦與沖擊作用實(shí)現(xiàn)磨礦。其中,攪拌器邊緣線速度約為3 m/s,介質(zhì)通常采用12~25 mm鋼球;當(dāng)使用Vertimill處理粗顆粒礦石時(shí),介質(zhì)最大直徑可達(dá)30mm。礦漿從磨機(jī)下部給入,經(jīng)筒體內(nèi)介質(zhì)研磨后,磨礦產(chǎn)品從磨機(jī)頂部溢出。為便于安裝與維修,Vertimill的磨礦筒體設(shè)計(jì)為“大開門式”(如圖4所示),可有效減少維護(hù)工作量及停機(jī)時(shí)間。

圖4 Vertimill立式磨機(jī)結(jié)構(gòu)示意

Vertimill多用于二段磨礦、再磨及尾礦細(xì)磨等作業(yè)。美卓立磨機(jī)最大給料粒度可達(dá)6mm,磨礦產(chǎn)品粒度可實(shí)現(xiàn)P₈₀<10 μm。在礦山選冶領(lǐng)域,Vertimill主要應(yīng)用于再磨和細(xì)磨環(huán)節(jié);當(dāng)立磨機(jī)與小直徑旋流器形成閉路系統(tǒng)時(shí),可生產(chǎn)滿足選冶要求的較細(xì)磨礦產(chǎn)品。

截至2024年6月,Vertimill系列磨機(jī)全球累計(jì)安裝量已超500臺(tái),覆蓋金礦、鐵礦、銅礦等多種礦物加工場(chǎng)景。當(dāng)前Vertimill?家族中最大功率型號(hào)為Vertimill7000,Metso公司推出的VTM-4500型號(hào)功率達(dá)3 352 kW,已應(yīng)用于印尼Martabe金礦二段磨礦作業(yè),使該礦處理能力從300~400萬(wàn) t/a提升至700萬(wàn) t/a以上。在巴西SerraAzul鐵礦項(xiàng)目中,14臺(tái)VTM-3000-WB(單機(jī)功率2 235 kW)用于鐵精礦再磨,項(xiàng)目產(chǎn)能提升至2400萬(wàn)t/a;與傳統(tǒng)球磨機(jī)相比,預(yù)計(jì)每年可節(jié)省18 MW電力,顯著降低能耗成本。在鞍鋼關(guān)寶山鐵礦,6臺(tái)VTM-1500立式磨機(jī)用于鐵礦石細(xì)磨,實(shí)現(xiàn)鐵精礦粒度P₈₀<20 μm;較傳統(tǒng)球磨機(jī)能耗降低35%以上,且鋼球與襯板磨損量顯著減少。此外,VTM-1250應(yīng)用于澳大利亞新南威爾士州CadiaValley金礦第三段磨礦作業(yè)及金川集團(tuán)廣西銅渣項(xiàng)目(裝機(jī)功率1 250 kW);國(guó)內(nèi)較早應(yīng)用的一臺(tái)VTM-800立磨機(jī)安裝于江西銅礦銀山選礦廠,運(yùn)行后電耗節(jié)能約30%,鋼球單耗降低0.1 kg/t,銅回收率提升0.3%。

美國(guó)OceanaGold Haile金礦采用ETM-1500磨機(jī),將產(chǎn)品粒度從150 μm降至22 μm,能耗僅為16.4 kWh/t。在昆鋼大紅山鐵礦與攀鋼白馬鐵礦項(xiàng)目中,各應(yīng)用3臺(tái)ETM-1500(功率1 120 kW)進(jìn)行鐵精礦再磨,配套旋流器形成閉路循環(huán),產(chǎn)品粒度-38 μm占比90%以上,較傳統(tǒng)球磨機(jī)能耗降低35%,鋼球單耗減少0.1 kg/t。澳大利亞Karara磁鐵礦項(xiàng)目則應(yīng)用5臺(tái)ETM-1500(功率1 120 kW)進(jìn)行鐵精礦再磨,配套旋流器實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán),產(chǎn)品粒度-38 μm占比90%以上。

富勒公司由北方重工集團(tuán)(NHI)與FLSmidth公司合資組建,其生產(chǎn)的富勒塔磨機(jī)(Fuller Tower Mill)功率范圍覆蓋7.5 kW至3 352 kW,最大型號(hào)為FTM-4500,干基處理量可達(dá)750 t/h。多米尼加共和國(guó)某金礦采用FTM-4500磨機(jī),該設(shè)備支持變速驅(qū)動(dòng)(VFD)技術(shù),實(shí)際處理量達(dá)500 t/h,可將浮選精礦粒度從₈₀=150 μm降至₈₀=22 μm;通過(guò)變速驅(qū)動(dòng)技術(shù)調(diào)整攪拌速度,能夠?qū)崿F(xiàn)處理量靈活調(diào)節(jié)與能耗動(dòng)態(tài)優(yōu)化,較傳統(tǒng)球磨機(jī)節(jié)能30%。

3.1.2　Isamill

Isamill磨機(jī)由澳大利亞芒特艾薩礦業(yè)公司(Mount Isa Mines)與德國(guó)耐馳精細(xì)研磨技術(shù)公司(Netzsch-Fein Mahltechnik)聯(lián)合研發(fā),其結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。該設(shè)備源于耐馳公司用于油墨、涂料顏料工業(yè)的臥式砂磨機(jī),經(jīng)針對(duì)礦山應(yīng)用場(chǎng)景優(yōu)化改進(jìn)后,形成適用于礦物加工領(lǐng)域的礦用攪拌磨機(jī)。

（a）結(jié)構(gòu)示意圖

（b）現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)應(yīng)用

圖5 艾薩磨機(jī)的結(jié)構(gòu)和工業(yè)應(yīng)用

Isamill磨機(jī)的研發(fā)始于澳大利亞Mount Isa公司(現(xiàn)為Xstrata公司)的技術(shù)需求。該公司旗下McArthur River鉛鋅礦與Mount Isa鉛鋅礦在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),只有當(dāng)再磨細(xì)度達(dá)到P₈₀=7 μm時(shí),非硫化礦脈石才能實(shí)現(xiàn)單體解離,進(jìn)而產(chǎn)出混合精礦。為滿足這一需求,Mount Isa公司對(duì)傳統(tǒng)球磨機(jī)與立磨技術(shù)開展了大量細(xì)磨試驗(yàn)研究,結(jié)果表明:采用上述2種技術(shù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)磨礦細(xì)度時(shí),不僅電耗與鋼球消耗量極高,經(jīng)濟(jì)性較差;且鋼球磨損產(chǎn)生的Fe元素會(huì)污染礦物表面,嚴(yán)重惡化后續(xù)浮選作業(yè)效果。

1990年,全球范圍內(nèi)尚無(wú)既能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效超細(xì)磨,又能避免污染礦物表面與礦漿化學(xué)性質(zhì)的技術(shù)。為此,Mount Isa公司與Netzsch公司合作,對(duì)Netzsch臥式砂磨機(jī)進(jìn)行礦山適用性改進(jìn)與優(yōu)化。1994年底,首臺(tái)M3000型(功率1.1 MW)Isamill磨機(jī)在Mount Isa鉛鋅礦成功完成試驗(yàn)安裝,并很快在該選廠增設(shè)了第二臺(tái)同型號(hào)設(shè)備;1995年,McArthur River鉛鋅礦也成功安裝該型號(hào)Isamill磨機(jī)。自1999年Isamill磨機(jī)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用至2010年底,全球已安裝運(yùn)行的Isamill磨機(jī)數(shù)量超過(guò)400臺(tái);經(jīng)過(guò)近30 a的技術(shù)迭代,其已成為全球礦物加工領(lǐng)域細(xì)磨設(shè)備的主流選擇之一。截至2024年5月,Isamill磨機(jī)已在全球23個(gè)國(guó)家的150余個(gè)金屬礦山項(xiàng)目中落地應(yīng)用,覆蓋銅、鉛、鋅、金、鉑族金屬等多個(gè)礦種,設(shè)備功率覆蓋范圍廣,可滿足不同規(guī)模項(xiàng)目需求。

Isamill磨機(jī)設(shè)備內(nèi)部設(shè)有8個(gè)安裝于懸臂軸上的帶孔圓盤,圓盤周邊轉(zhuǎn)速可達(dá)21~24 m/s,能量輸入密度最高可達(dá)350 kW/m;排礦端安裝有專利分離器,可在將研磨介質(zhì)截留于磨機(jī)內(nèi)部的同時(shí),僅允許礦漿通過(guò)。該設(shè)備采用高耐磨陶瓷球作為研磨介質(zhì),如微晶納米陶瓷球、MT1系列陶瓷球等,其真密度為3.7 g/cm,堆密度為2.3~2.4 g/cm。在磨損控制方面,Isamill磨機(jī)采用可轉(zhuǎn)動(dòng)的筒體內(nèi)襯,材質(zhì)選用聚氨酯或耐磨橡膠,有效降低了設(shè)備的磨損率。

Isamill磨機(jī)的最早工業(yè)應(yīng)用案例為澳大利亞Mount Isa礦山。在鋅粗精礦再磨流程中,利用Isamill磨機(jī)處理塔磨機(jī)—旋流器回路的溢流產(chǎn)品(給礦粒度F₈₀=20 μm),最終產(chǎn)品粒度達(dá)到₈₀=11.3 μm,凈能耗為22 kWh/t;在鋅尾礦再選流程中,由于前段浮選已移除解離的有用礦物,再磨給礦中含有大量連生顆粒,且SiO含量高達(dá)30%,磨礦難度極大,采用Isamill磨機(jī)可將給礦(F₈₀=22.8 μm)磨至產(chǎn)品粒度₈₀=7.8 μm,凈能耗為48 kWh/t。

Isamill磨機(jī)在澳大利亞與南非地區(qū)獲得了廣泛且成功的應(yīng)用,其研制為低品位有色礦產(chǎn)資源開發(fā)提供了技術(shù)支撐,使過(guò)去被認(rèn)為無(wú)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的礦產(chǎn)資源得以高效利用并產(chǎn)生良好經(jīng)濟(jì)效益。目前,該設(shè)備已在鉛鋅礦、鉑族金屬尾礦再利用、金礦等領(lǐng)域的細(xì)磨、再磨及超細(xì)磨作業(yè)中廣泛應(yīng)用。澳大利亞Mount Isa鉛鋅礦選廠在鉛粗精礦再磨回路與鋅中礦再磨回路中安裝8臺(tái)M3000型Isamill磨機(jī)(功率1.12 MW),給礦粒度F₈₀=40~45 μm,產(chǎn)品粒度P₈₀=8 μm,單臺(tái)設(shè)備生產(chǎn)能力為15~16 t/h,比功耗為50~60 kWh/t;南非Anglo鉑礦選廠安裝世界首臺(tái)M10000型Isamill磨機(jī)(功率2.6 MW),用于處理尾礦庫(kù)中的鉑尾礦,給礦粒度F₈₀=42.5 μm,產(chǎn)品粒度P₈₀=16.5 μm,比功耗為37 kWh/t;吉爾吉斯斯坦Kumtor金礦安裝1臺(tái)M10000型Isamill磨機(jī)(功率2.6 MW),用于處理再磨球磨機(jī)的排礦,給礦粒度₈₀=20 μm,產(chǎn)品粒度P₈₀=10 μm,設(shè)計(jì)處理能力為65 t/h,實(shí)際平均處理能力達(dá)72 t/h,當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行功率為1 950 kW,對(duì)應(yīng)比功耗為27.1 kWh/t。

3.1.3　Stirred Media Detritor(SMD)

立式棒式攪拌磨機(jī)(Stirred Media Detritor,簡(jiǎn)稱SMD)是美卓公司(Metso)生產(chǎn)的一種立式攪拌磨設(shè)備,其技術(shù)起源可追溯至英國(guó)ECC公司。該公司最初為滿足高嶺土磨礦需求,研制出首臺(tái)立式棒式攪拌磨機(jī),后經(jīng)技術(shù)改進(jìn)與優(yōu)化,逐步拓展至金屬礦研磨領(lǐng)域。

SMD的核心結(jié)構(gòu)由筒體、棒式攪拌器、傳動(dòng)裝置及機(jī)架等部件組成,設(shè)備采用八邊體外殼設(shè)計(jì),用于支撐安裝在磨機(jī)中心軸上的多層長(zhǎng)棒攪拌器;攪拌器上配置有二排或三排攪拌盤棒,每排攪拌盤棒數(shù)量為4根或6根;從設(shè)備尺寸比例來(lái)看,磨礦筒體的高度與直徑比大致為1∶1。在工作過(guò)程中,SMD的筒體固定不動(dòng),筒內(nèi)填充一定量的研磨介質(zhì)球(可選用鋼球、鋯球、剛玉球等類型);棒式攪拌器在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下以中高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),最高轉(zhuǎn)速可達(dá)550 r/min,其棒梢端速度最高達(dá)11 m/s。為實(shí)現(xiàn)研磨介質(zhì)與礦漿的分離,磨機(jī)筒體上部區(qū)域設(shè)置了一系列楔形聚氨酯篩板,該篩板可將研磨介質(zhì)截留于研磨室內(nèi),僅允許礦漿通過(guò)篩板排出;實(shí)際應(yīng)用中,可根據(jù)礦漿流量及研磨介質(zhì)大小,靈活選擇適配的篩板孔徑。在研磨介質(zhì)選用方面,SMD早期主要采用低成本研磨介質(zhì),如陶瓷珠、河砂、卵石等,介質(zhì)粒徑通常為1~3 mm;現(xiàn)階段則以高耐磨微晶陶瓷球?yàn)橹?介質(zhì)粒徑為2~6 mm。從設(shè)備規(guī)格覆蓋范圍來(lái)看,SMD的功率跨度較大,可從7.5 kW延伸至1 100 kW,以滿足不同規(guī)模的磨礦作業(yè)需求,其具體結(jié)構(gòu)示意如圖6所示。

圖6 SMD攪拌磨機(jī)的結(jié)構(gòu)示意

目前,SMD已廣泛應(yīng)用于鉛、鋅、銅、鉑族金屬等多種礦石的磨礦作業(yè)。澳大利亞世紀(jì)鋅礦(Zinifex Century)選廠共安裝21臺(tái)裝機(jī)功率為355 kW的SMD,既有用于超細(xì)磨作業(yè),也有用于再磨作業(yè)。在超細(xì)磨作業(yè)中,給礦粒度F₈₀=34 μm,最終磨礦產(chǎn)品粒度P₈₀=6.6 μm;研磨介質(zhì)選用上,前期采用直徑1~2 mm的河砂與礦石子,后期逐步替換為2~3 mm的耐磨陶瓷球,對(duì)應(yīng)的磨礦單位能耗為34~37 kWh/t。澳大利亞塔斯馬尼亞(Tasmania)銅礦選用1臺(tái)355 kW的SMD,用于掃選精礦與精選尾礦的再磨作業(yè),可將給礦F₈₀=150 μm磨至產(chǎn)品粒度P₈₀=70 μm。該磨機(jī)于2001年底正式投入運(yùn)行,運(yùn)行初期采用6 mm卵石作為研磨介質(zhì);由于卵石屬于惰性介質(zhì),其應(yīng)用有效改善了后續(xù)浮選作業(yè)的電化學(xué)條件,并降低了捕收劑用量。通過(guò)對(duì)磨礦流程與浮選流程的協(xié)同優(yōu)化,最終精礦銅品位從27.5%提升至29.8%,銅回收率從92%提升至93%。

3.1.4　HIGmill及Vxpmill

美卓立式高強(qiáng)度攪拌磨機(jī)(HIGmill)由美卓礦機(jī)(Metso)研發(fā),HIGmill工作原理如圖7(a)所示。Vxpmill磨機(jī)的技術(shù)前身是Knelson-Deswik Mill,由南非Deswik(Pty)Ltd.早期開發(fā),Vxpmill工作原理示意如圖7(b)所示。這2個(gè)設(shè)備均為立式高應(yīng)力強(qiáng)度攪拌磨機(jī),結(jié)構(gòu)相似,專為細(xì)磨與超細(xì)磨礦作業(yè)設(shè)計(jì),尤其適用于多金屬礦物的高效解離,目前已廣泛應(yīng)用于金礦、銅礦、硫化礦等難處理礦石的加工領(lǐng)域。

（a）HIGmill工作原理

（b）Vxpmill工作原理示意圖

圖7 HIGmill和Vxpmill的工作原理

HIGmill的技術(shù)核心在于結(jié)合重力作用與Grind Force轉(zhuǎn)子技術(shù),通過(guò)多級(jí)轉(zhuǎn)子與高密度研磨介質(zhì)的協(xié)同作用,在高能量輸入條件下實(shí)現(xiàn)超細(xì)研磨,產(chǎn)出更細(xì)的研磨產(chǎn)品,從而保障礦物的有效解離。HIG mill采用高窄立式筒體設(shè)計(jì),借助重力作用使研磨介質(zhì)(2~3 mm高耐磨微晶陶瓷珠或鋯球)緊密堆積,形成高強(qiáng)度研磨區(qū);可通過(guò)配置30級(jí)轉(zhuǎn)子,構(gòu)建階梯式研磨梯度,同時(shí)采用法蘭式對(duì)開筒體與頂部懸掛結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)化設(shè)備維護(hù)流程。礦漿從磨機(jī)底部泵入,向上流經(jīng)多級(jí)GrindForce轉(zhuǎn)子;轉(zhuǎn)子邊緣線速度可達(dá)15~20 m/s,通過(guò)剪切、擠壓與沖擊作用將顆粒粉磨至10 μm以下;定子與轉(zhuǎn)子的交錯(cuò)布置優(yōu)化了介質(zhì)循環(huán)路徑,確保能量均勻分布,減少過(guò)磨現(xiàn)象;粗顆粒在底部高能量區(qū)完成初步破碎,細(xì)顆粒隨礦漿上升至頂部低能量區(qū)進(jìn)行精細(xì)研磨。研磨介質(zhì)裝填量高達(dá)70%,可通過(guò)變頻驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)整攪拌器轉(zhuǎn)速(150~250 r/min),以適應(yīng)不同礦石硬度與粒度要求;單機(jī)最大功率可達(dá)5 000 kW,年處理量最高達(dá)400 000t,且設(shè)備占地面積僅為傳統(tǒng)球磨機(jī)的1/3;更換襯板僅需3 h,較傳統(tǒng)磨機(jī)維護(hù)效率提升60%。

澳大利亞SunriseDam金礦項(xiàng)目采用HIG3500/23000型號(hào)HIGmill,設(shè)備功率為23 000kW,選用2~4 mm陶瓷珠作為研磨介質(zhì),并配置耐磨橡膠襯板。該設(shè)備將硫化物精礦磨至₈₀=10 μm,通過(guò)超細(xì)磨礦暴露包裹在硫化物中的金顆粒,結(jié)合后續(xù)氰化浸出工藝實(shí)現(xiàn)金的高效回收,最終使金回收率提高約6%,單位能耗降至7.58 kWh/t,較傳統(tǒng)球磨機(jī)節(jié)能30%以上。巴西EroCopperCaraiba銅礦項(xiàng)目在原有球磨回路中引入HIGmill作為再磨機(jī),構(gòu)建“球磨+HIG mill”兩段式磨礦流程。改造后,礦山年處理量從1.77Mt提升至2.37 Mt,浮選精礦銅品位從27%提升至32%,銅回收率從86.8%增至92.4%。巴基斯坦RekoDiq銅金礦項(xiàng)目采用“Vertimill粗磨+HIGmill超細(xì)磨”串聯(lián)系統(tǒng),處理含銅鐵硫化物的復(fù)雜礦石。兩段磨機(jī)功率合計(jì)超10MW,年處理量達(dá)9 000萬(wàn)t;HIGmill與Vertimill的串聯(lián)組合,有效實(shí)現(xiàn)了磨礦系統(tǒng)能效最大化。

富勒史密斯(F.L.Smidth)研發(fā)的Vxpmill是一種高效節(jié)能的立式攪拌磨機(jī),專為超細(xì)磨礦作業(yè)(目標(biāo)產(chǎn)品粒度P₈₀=15~20 μm)設(shè)計(jì),目前已廣泛應(yīng)用于金礦、鐵礦、銅礦等礦石加工領(lǐng)域。

Vxpmill的核心優(yōu)勢(shì)在于高效的能量利用與靈活的工況適配能力。其采用高扭矩驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與模塊化葉盤設(shè)計(jì),通過(guò)垂直布置的攪拌軸帶動(dòng)研磨介質(zhì)(陶瓷或鋼質(zhì)介質(zhì),直徑3~12 mm)形成動(dòng)態(tài)研磨床;礦漿從磨機(jī)底部泵入,在螺旋結(jié)構(gòu)推動(dòng)下向上流動(dòng),通過(guò)介質(zhì)的擠壓、剪切與磨剝作用實(shí)現(xiàn)顆粒細(xì)化。能量利用率比傳統(tǒng)球磨機(jī)提升30%~50%;設(shè)備功率覆蓋范圍廣,從55 kW至3 352 kW,單機(jī)處理量最高可達(dá)800 t/h,可適配不同規(guī)模礦山的生產(chǎn)需求;集成變頻驅(qū)動(dòng)與在線監(jiān)測(cè)技術(shù),能動(dòng)態(tài)調(diào)整攪拌器轉(zhuǎn)速(50~180 r/min)與介質(zhì)裝填量,確保設(shè)備在不同工況下穩(wěn)定運(yùn)行。一臺(tái)VXP2500攪拌磨機(jī)在Casmyn礦業(yè)津巴布韋Turk礦完成安裝,用于礦山尾礦的再處理;系統(tǒng)研究了圓盤直徑、葉尖速度、研磨介質(zhì)類型及用量對(duì)磨礦能耗、處理量和產(chǎn)品粒度的影響,最終形成了優(yōu)化操作參數(shù),實(shí)現(xiàn)了運(yùn)營(yíng)成本降低和處理量提升的雙重效益。

3.2 國(guó)內(nèi)典型礦用攪拌磨機(jī)及應(yīng)用

3.2.1 立式螺旋攪拌磨機(jī)

長(zhǎng)沙礦冶研究院研制的JM系列立式螺旋攪拌磨機(jī)已形成系列標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品,裝機(jī)功率為5.5~2250 kW。該系列設(shè)備憑借成熟的技術(shù)性能,已廣泛應(yīng)用于金礦、鉬礦、銅礦、鉛鋅礦、錳礦、鐵礦、鎳礦等各類選廠的細(xì)磨或再磨作業(yè)中。JM系列立式螺旋攪拌磨機(jī)的核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在強(qiáng)化磨礦與后續(xù)工藝的協(xié)同效果上。在金礦邊磨邊浸工藝中,磨礦介質(zhì)與礦料之間的強(qiáng)烈剝磨作用,可有效破壞物料顆粒表面的擴(kuò)散界面層,從而加快浸出化學(xué)反應(yīng)速度,顯著提高金的浸出率。在黃金礦山等典型應(yīng)用場(chǎng)景中,該設(shè)備處理給料粒度-74 μm占比超過(guò)60%時(shí),可穩(wěn)定產(chǎn)出細(xì)度-38 μm占比超過(guò)95%的產(chǎn)品。截至目前,JM系列立式螺旋攪拌磨機(jī)已在國(guó)內(nèi)多家大型礦山實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用,累計(jì)裝機(jī)量超800臺(tái),應(yīng)用案例涵蓋金川集團(tuán)、江西德興銅礦、金堆城鉬業(yè)、洛鉬集團(tuán)、柿竹園多金屬礦、中國(guó)黃金集團(tuán)、山東黃金集團(tuán)、招遠(yuǎn)黃金集團(tuán)、福建紫金礦業(yè)、云南銅業(yè)等知名礦業(yè)企業(yè)。

北礦機(jī)電開發(fā)的KLM系列立式攪拌磨設(shè)備具有良好的介質(zhì)適配性,對(duì)鋼球、陶瓷球等主流研磨介質(zhì)均能兼容,裝機(jī)功率覆蓋3~3 000 kW,可滿足不同規(guī)模磨礦作業(yè)需求。該系列設(shè)備的研發(fā)進(jìn)程體現(xiàn)了國(guó)內(nèi)大型立式攪拌磨的技術(shù)突破。2011年,北礦機(jī)電成功開發(fā)630 kW立磨機(jī);2022年,1 750 kW立磨機(jī)實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用,持續(xù)推動(dòng)國(guó)內(nèi)大型立式攪拌磨設(shè)備的功率等級(jí)與技術(shù)成熟度提升。

中信重工在立式攪拌磨領(lǐng)域的研發(fā)與應(yīng)用成果顯著。CSM-1120型立式攪拌磨(裝機(jī)功率1 120 kW)主要用于銅粗精礦再磨作業(yè)。工業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)顯示,經(jīng)該設(shè)備再磨后,產(chǎn)品粒度P₈₀可達(dá)25.3 μm;結(jié)合后續(xù)3次精選工藝,可獲得銅精礦品位22.83%、銅回收率89.44%的優(yōu)異選礦指標(biāo)。實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證表明,CSM-1120型立式攪拌磨有效解決了含銅連生體礦物解離不充分的行業(yè)難題,實(shí)現(xiàn)了銅礦物與脈石礦物的有效分離,減少了脈石礦物在浮選流程中的惡性循環(huán),顯著改善了選礦技術(shù)指標(biāo)。目前,中信重工已成功推出世界最大規(guī)格的立式攪拌磨設(shè)備,裝機(jī)功率達(dá)5 300 kW,標(biāo)志著我國(guó)在大型立式攪拌磨研發(fā)領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

除上述企業(yè)外,國(guó)內(nèi)還有多家企業(yè)具備立磨機(jī)或塔磨機(jī)的生產(chǎn)能力,產(chǎn)品技術(shù)性能已能完全滿足礦山細(xì)磨作業(yè)需求,主要包括北方重工集團(tuán)、沈陽(yáng)五寰科技有限公司、沈陽(yáng)順達(dá)重工機(jī)械有限公司、大連芬格機(jī)械有限公司、馬鞍山天工科技股份有限公司、中鋼天源股份有限公司等。這些企業(yè)的產(chǎn)品覆蓋不同功率等級(jí)與應(yīng)用場(chǎng)景,共同構(gòu)成了國(guó)內(nèi)完善的立式攪拌磨設(shè)備供應(yīng)體系,為礦山企業(yè)提供了豐富的設(shè)備選型方案。

3.2.2 大型雙槽高強(qiáng)度攪拌磨機(jī)

北京礦冶研究總院研發(fā)的GJ系列大型雙槽高強(qiáng)度攪拌磨機(jī),容積覆蓋2~50 m,裝機(jī)功率為75~264 kW。設(shè)備采用雙葉輪式攪拌器,槽體由底部聯(lián)通的2個(gè)相同尺寸立方體形槽子組成,其中一個(gè)槽用于預(yù)磨,另一個(gè)槽用于精磨,槽體設(shè)有隔離篩與排料口;工作時(shí),介質(zhì)與礦漿總體積占磨腔容積的60%左右。雙葉輪式攪拌器不僅能驅(qū)動(dòng)粉磨介質(zhì)產(chǎn)生徑向與切向運(yùn)動(dòng),還可促使介質(zhì)產(chǎn)生向上或向下的軸向運(yùn)動(dòng),大幅提升攪拌磨效率;通過(guò)雙葉輪上下反向作用配合五等角均布葉片,使礦漿運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)“太極流轉(zhuǎn)”狀態(tài),強(qiáng)化內(nèi)部物料運(yùn)動(dòng)與交換,確保作用力均勻,在增強(qiáng)礦物擦洗效果的同時(shí)減少?zèng)_擊損傷;大盤面設(shè)計(jì)相較于傳統(tǒng)葉片結(jié)構(gòu)可降低轉(zhuǎn)速30%,特別適用于大片石墨的保護(hù)性擦洗作業(yè),同時(shí)也能適配高嶺土、云母等物料的剝片需求;雙槽結(jié)構(gòu)可滿足多磨多選工藝需求,在提升產(chǎn)品品位的同時(shí),有效降低過(guò)磨概率。工作時(shí),攪拌器高速旋轉(zhuǎn),對(duì)介質(zhì)與礦漿形成強(qiáng)烈攪拌,礦物顆粒通過(guò)剪切、沖擊、摩擦作用實(shí)現(xiàn)粉磨。

山西某公司煅燒煤系高嶺土剝片項(xiàng)目采用GJ5×2型大型雙槽高強(qiáng)度攪拌磨機(jī)進(jìn)行剝片作業(yè),在給料粒度為-45 μm、生產(chǎn)能力1.2~1.5 t/h的工況下,單臺(tái)設(shè)備的產(chǎn)品-2 μm粒度占比可達(dá)85%以上,2 臺(tái)設(shè)備串聯(lián)運(yùn)行時(shí),產(chǎn)品-2 μm粒度占比可提升至90%以上;該攪拌磨機(jī)單臺(tái)可替代10 臺(tái)早期小型剝片機(jī),大幅減少設(shè)備數(shù)量,簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程,降低操作人員數(shù)量與勞動(dòng)強(qiáng)度。黑龍江某鱗片石墨選礦廠在三段再磨工序中,采用該攪拌磨機(jī)替代原有再磨設(shè)備。工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,在相同生產(chǎn)條件下,攪拌磨機(jī)再磨后浮選精礦品位提升幅度超40%,研磨介質(zhì)消耗量?jī)H為原有設(shè)備的50%左右,實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗25%以上,且對(duì)大鱗片石墨的保護(hù)效果更優(yōu)。此外,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)單槽、雙槽高強(qiáng)度攪拌磨機(jī)的企業(yè)還包括湖南金磨科技、江蘇中遠(yuǎn)科技、江蘇江陰鑫久機(jī)械等,其產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于高嶺土、石墨、云母等物料的擦洗磨礦作業(yè)。

3.2.3 大型超細(xì)攪拌磨機(jī)

國(guó)內(nèi)大型超細(xì)攪拌磨機(jī)主要有湖南金磨科技研制的非金屬礦專用型LXJM系列,徐州煤機(jī)與江蘇通惠化機(jī)等企業(yè)生產(chǎn)的BP系列剝片機(jī),以及湖南超牌化工的CYM系列攪拌磨機(jī)等。該類設(shè)備專用于非金屬礦物的生產(chǎn)加工,廣泛應(yīng)用于超細(xì)重鈣、滑石、螢石、高嶺土及水煤漿等物料的制備。

以CYM-5000型攪拌磨機(jī)為例,其采用多邊形筒體結(jié)構(gòu),配備盤式攪拌器,具有高徑比大的特點(diǎn)。該磨機(jī)有效容積為5 m,安裝功率315 kW,整機(jī)高度10.5 m。礦漿從磨機(jī)下部進(jìn)入,經(jīng)研磨后的細(xì)粉漿通過(guò)上部不銹鋼出漿口排出,隨后經(jīng)振動(dòng)篩篩分后進(jìn)入成品漿池。在煤系高嶺土研磨中,該設(shè)備產(chǎn)量可達(dá)2.0 t/h以上,單位電耗≤70 kWh/t;在重質(zhì)碳酸鈣研磨中,產(chǎn)量可達(dá)4.0 t/h以上,單位電耗≤50 kWh/t。該設(shè)備主要應(yīng)用于超細(xì)重鈣、高嶺土及水煤漿等行業(yè)。LXJM大型濕法超細(xì)攪拌磨機(jī)則廣泛應(yīng)用于輕鈣、重鈣、復(fù)合納米鈣、軟/硬高嶺土、水煤漿、重晶石、氧化鐵紅及磁性材料等物料的超細(xì)研磨作業(yè)。

3.2.4 臥式砂磨機(jī)

浙江艾領(lǐng)創(chuàng)礦業(yè)科技有限公司研制的臥式砂磨機(jī)(簡(jiǎn)稱艾砂磨)是針對(duì)金屬礦山礦石難磨、成分復(fù)雜、嵌布粒度細(xì)的特點(diǎn),專門開發(fā)的二段或三段細(xì)磨再磨設(shè)備。該設(shè)備筒體內(nèi)攪拌盤在主軸的驅(qū)動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)磨礦介質(zhì)(采用2~6 mm高耐磨陶瓷球)產(chǎn)生軸向運(yùn)動(dòng)和自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),使礦物顆粒在磨礦介質(zhì)的沖擊、剪切和擦洗作用下實(shí)現(xiàn)有效磨細(xì)。艾砂磨機(jī)采用內(nèi)部分級(jí)和選擇性磨礦技術(shù),可獲得粒度分布窄、解離度高的產(chǎn)品。工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明:在磨礦粒度P₈₀為0.037 mm時(shí),采用3 mm陶瓷介質(zhì)的單臺(tái)艾砂磨機(jī)能耗較使用40 mm鋼球介質(zhì)的單臺(tái)球磨機(jī)降低60%以上。

以ALC-3900L型艾砂磨機(jī)為例,該設(shè)備應(yīng)用于紫金礦業(yè)公司大陸黃金有限公司哥倫比亞分公司Buritica金礦選冶廠的全硫浮選粗精礦再磨作業(yè)。該磨機(jī)采用無(wú)篩網(wǎng)自動(dòng)雙向分級(jí)研磨技術(shù),單機(jī)容積達(dá)10 000 L,采用開路式磨礦流程,無(wú)需配置旋流器分級(jí)系統(tǒng),不僅簡(jiǎn)化了工藝流程,降低了系統(tǒng)投資成本,同時(shí)提高了生產(chǎn)效率。

目前,艾領(lǐng)創(chuàng)砂磨機(jī)已在黃金、有色、鐵礦、非金屬礦等領(lǐng)域得到應(yīng)用,累計(jì)應(yīng)用近100臺(tái)。該設(shè)備主要應(yīng)用于硫化礦的磨礦作業(yè),包括三段細(xì)磨、粗精礦再磨、中礦再磨等工藝環(huán)節(jié)。其產(chǎn)品具有窄粒級(jí)分布的特點(diǎn),且采用陶瓷介質(zhì)球進(jìn)行無(wú)鐵化磨礦,顯著改善了后續(xù)硫化礦浮選環(huán)境,使選別指標(biāo)得到明顯提升。特別是在金精礦細(xì)磨浸出工藝中,采用艾砂磨超細(xì)磨技術(shù)可有效打開包裹金,使金礦物充分暴露,從而提高金的浸出率。

除艾領(lǐng)創(chuàng)公司外,深圳市叁星飛榮機(jī)械有限公司、四川耐馳機(jī)械有限公司、廣東派勒智能裝備有限公司、廣東東莞市利騰達(dá)智能裝備有限公司、廣東億富裝備有限公司、廣東東莞市瑯菱機(jī)械有限公司、湖南歐華智能裝備有限公司、常州市龍?chǎng)沃悄苎b備有限公司和東莞康博機(jī)械有限公司等企業(yè)也生產(chǎn)臥式砂磨機(jī),設(shè)備規(guī)格涵蓋500~3 000 L,已成功應(yīng)用于鋯英砂、新能源礦業(yè)、煤漿、有色礦和鐵礦等行業(yè)。

4　展　望

4.1 大型化與集成化礦用攪拌磨機(jī)集成系統(tǒng)

為滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)需求,礦用攪拌磨機(jī)將朝著大型化與規(guī)?；较虬l(fā)展。在大型化方面,通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇及制造工藝,提升單機(jī)處理能力,研發(fā)更大規(guī)格的設(shè)備。重點(diǎn)優(yōu)化設(shè)備筒體襯板和攪拌器的結(jié)構(gòu)與材質(zhì),確保大型設(shè)備的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與穩(wěn)定性;同時(shí)改進(jìn)傳動(dòng)系統(tǒng)和支撐結(jié)構(gòu),有效解決振動(dòng)、噪音等問(wèn)題。在集成化方面,礦用攪拌磨機(jī)將與上下游設(shè)備組成大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)線,實(shí)現(xiàn)物料的連續(xù)化、規(guī)?；缮a(chǎn)。通過(guò)與磁選、浮選等作業(yè)的自動(dòng)化控制與協(xié)同,提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本。未來(lái),礦用攪拌磨機(jī)將突破單一磨礦功能,向多功能集成方向發(fā)展。一方面,與磁選、浮選等工藝集成,提升整體技術(shù)指標(biāo),簡(jiǎn)化工藝流程。另一方面,與微波技術(shù)、超聲技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)集成,利用微波的熱效應(yīng)與非熱效應(yīng)促進(jìn)物料粉碎,提高研磨效率;超聲技術(shù)則可改善物料分散性,增強(qiáng)研磨效果。此外,礦用攪拌磨機(jī)還將具備在線檢測(cè)和產(chǎn)品指標(biāo)控制功能,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦物磨礦性能參數(shù)和生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)。

4.2 礦用攪拌磨機(jī)智能化與綠色節(jié)能

未來(lái),礦用攪拌磨機(jī)將進(jìn)一步融合人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等前沿技術(shù)。利用深度學(xué)習(xí)算法挖掘磨礦數(shù)據(jù),建立精準(zhǔn)磨礦模型,實(shí)現(xiàn)全流程智能優(yōu)化控制,根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的礦石性質(zhì)、磨礦產(chǎn)品粒度等數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù),確保磨礦過(guò)程始終處于最優(yōu)狀態(tài),提高效率和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與運(yùn)維,操作人員可隨時(shí)隨地通過(guò)終端設(shè)備查看設(shè)備狀態(tài)、進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和故障診斷;設(shè)備制造商可基于遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)提供預(yù)防性維護(hù)服務(wù),降低停機(jī)時(shí)間和維護(hù)成本。此外,智能化的礦用攪拌磨機(jī)將與選廠整體自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)深度融合,實(shí)現(xiàn)智能化協(xié)同,提升生產(chǎn)效率和管理水平。綠色節(jié)能是未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵方向,研發(fā)新型高效傳動(dòng)系統(tǒng)(如永磁同步電機(jī)、新型齒輪傳動(dòng)裝置)以降低能量損耗;優(yōu)化設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu),減少介質(zhì)與筒體、攪拌器之間的無(wú)效碰撞和摩擦,提高能量利用率。在環(huán)保方面,研發(fā)可降解、無(wú)污染的研磨介質(zhì)和設(shè)備內(nèi)襯材料,減少環(huán)境污染;遵循綠色制造理念,采用環(huán)保材料和節(jié)能工藝,降低碳排放。

4.3 選擇性攪拌磨細(xì)磨技術(shù)

在攪拌磨機(jī)中的實(shí)現(xiàn),需通過(guò)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、研磨介質(zhì)匹配、工藝參數(shù)調(diào)控、多物理場(chǎng)協(xié)同及智能控制的系統(tǒng)性結(jié)合,引導(dǎo)磨礦作用集中于未解離的連生體、需回收的有用礦物與脈石結(jié)合體,同時(shí)避免有用礦物過(guò)磨或脈石過(guò)度粉碎。利用礦物自身的硬度、脆性、表面特性差異,設(shè)計(jì)差異化攪拌磨機(jī)筒體形狀和攪拌器形狀,實(shí)現(xiàn)選擇性磨礦。礦用攪拌磨的攪拌轉(zhuǎn)速、礦漿濃度、進(jìn)料參數(shù)直接影響磨礦的力場(chǎng)強(qiáng)度與顆粒停留時(shí)間,需根據(jù)進(jìn)料特性動(dòng)態(tài)調(diào)整,確保力場(chǎng)適配目標(biāo)顆粒的解離需求。研磨介質(zhì)的材質(zhì)、尺寸、填充率決定磨礦力類型與強(qiáng)度,需根據(jù)“目標(biāo)顆粒特性”定制,避免“錯(cuò)配力”導(dǎo)致的過(guò)磨或解離不足。

4.4 微納米攪拌磨超細(xì)化技術(shù)

隨著新材料、電子信息、生物醫(yī)藥等行業(yè)的發(fā)展,對(duì)粉體材料的超細(xì)化和高精度要求日益提高,如新能源材料磷酸鐵鋰需超細(xì)磨至300~400 nm且產(chǎn)量大。未來(lái),礦用攪拌磨機(jī)將不斷突破技術(shù)瓶頸,實(shí)現(xiàn)更節(jié)能高效的微納米粒度產(chǎn)品生產(chǎn)。通過(guò)改進(jìn)研磨介質(zhì)的材質(zhì)、形狀和尺寸,提高研磨介質(zhì)對(duì)物料的作用效果;開發(fā)納米級(jí)研磨介質(zhì),利用其高比表面積和特殊物理化學(xué)性質(zhì),實(shí)現(xiàn)工業(yè)礦物材料的亞微米和納米級(jí)粉碎。精確控制攪拌速度、研磨時(shí)間、物料流量等參數(shù),確保產(chǎn)品粒度的一致性和穩(wěn)定性;結(jié)合高精度分級(jí)技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)超細(xì)微粉的精確分級(jí),滿足不同行業(yè)對(duì)粉體粒度分布的嚴(yán)格要求,生產(chǎn)出高質(zhì)量的超細(xì)微粉產(chǎn)品。

《金屬礦山》簡(jiǎn)介

《金屬礦山》由中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司和中國(guó)金屬學(xué)會(huì)主辦，主編為中國(guó)工程院王運(yùn)敏院士，現(xiàn)為北大中文核心期刊、中國(guó)科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊（中國(guó)科技核心期刊）、中國(guó)精品科技期刊（F5000頂尖學(xué)術(shù)論文來(lái)源期刊）、中國(guó)百?gòu)?qiáng)報(bào)刊、RCCSE中國(guó)核心學(xué)術(shù)期刊（A）、中國(guó)期刊方陣雙百期刊、國(guó)家百種重點(diǎn)期刊、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊，被美國(guó)化學(xué)文摘（CA）、美國(guó)劍橋科學(xué)文摘（CSA）、波蘭哥白尼索引（IC）、日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)（JST）等世界著名數(shù)據(jù)庫(kù)收錄。主要刊登金屬礦山采礦、礦物加工、機(jī)電與自動(dòng)化、安全環(huán)保、礦山測(cè)量、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域具有重大學(xué)術(shù)價(jià)值或工程推廣價(jià)值的研究成果，優(yōu)先報(bào)道受到國(guó)家重大科研項(xiàng)目資助的高水平研究成果。根據(jù)科技部中國(guó)科技信息研究所發(fā)布的《2024中國(guó)科技期刊引證報(bào)告（核心版）》，《金屬礦山》核心總被引頻次位列26種礦業(yè)工程技術(shù)學(xué)科核心期刊第1位；根據(jù)中國(guó)知網(wǎng)發(fā)布的《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊影響因子年報(bào)》（2024版），《金屬礦山》學(xué)科影響力位居73種礦業(yè)期刊第9位。

供稿：楊 婷

編排：余思晨

審核：王小兵

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