GJ5_2大型双槽高强度搅拌球磨机用于朔州高岭土剥片的研究.docx

gj 5 2 大型双槽高强度搅拌球磨机用于朔州高岭土剥片的研究辉 王王建文摘 要 gj 5 2 大型双槽高强度搅拌球磨机/ 剥片机是国内搅拌球磨机/ 剥片机市场和超细物料加工中最新出现的超细磨/ 剥片设备 ,具有产量高、超细磨效率高、产品粒度细、可连续生产、不需要矿浆冷却装置等优点。用于煤系硬质高岭土和南 方软质高岭土 ,单机能力可达 115 - 410 t / h ,产品细度可达 - 2m 8090 %以上。关键词 搅拌球磨机 剥片机 超细磨 剥片 煤系高岭土软质高岭土效率和设备配置 ,降低成本 ,提高经济效益 。概述搅拌球磨机是当前超细物料加工中的众多超细 磨设备中 ,能量利用率最高 、产品粒度最细的一种设 备 。由于其结构简单 ,操作维修方便 ,被广泛应用于 各种工业矿物 ,如高岭土 、石墨 、云母 、硅灰石 、氧化 铁红 、磁性材料 、氧化铝 、重质碳酸钙 、滑石 、石英 、锆 英砂 、碳化硅 、地开石 、伊利石 、瓷石 、膨润土等的加 工中 。高岭土是一种重要的非金属矿物原料 ,随着科 学技术的发展 , 其应用范围日益广阔 , 现已用于化 工 、塑料 、橡胶 、陶瓷 、搪瓷 、造纸 、油漆 、颜料 、粘合 剂 、冶金 、建材 、水泥 、耐火材料 、电子 、农业 、医药等 行业 ,目前世界高岭土总产量约为 3000 万 t / a ,其中 我国高岭土产量约为 70 - 90 万 t / a 。到 2000 年我 国高岭土需求量将达到 150 万 t / a ,其中优质高岭土40 万 t / a 。近年来 ,在高岭土开发利用中煤系高岭 土成为国内研究和投资的热点 。我国煤系高岭土资源丰富 , 已探明储量约 16173 亿 t , 占世界总储量10 % 。远景及预测储量约 245178 亿 t ,且许多是高 岭石含量高 ( 90 %) 、质量好的优质高岭岩 。由此可见 ,在我国开发利用高岭土 ,特别是煤系高岭土 ,有很重要的意义 ,可获得较大的经济效益 。 而高岭土开发中超细磨是必不可少的 ,这一工艺过 程中搅拌球磨机是最经济有效的首选设备 。因此搅 拌球磨机和高岭土深加工有密切联系 ,研制新型高 效搅拌球磨机新产品用于高岭土超细磨 ,可促进高岭土深加工技术的发展 ,改善高岭土超细磨流程的1 国内外现状111 搅拌球磨机的发展过程和国外情况搅拌球磨机最早是由美国联合工艺公司 ( u2 nio n process inc1) 于 1928 年发明的 ,该公司至今仍 是搅拌球磨机的著名生产厂家 ,国内一些产品就是仿制该公司的 。1939 年美国矿山局设计制造了一种新的搅拌 球磨机 ,用于浮选之前清理矿物表面 ,使用中发现该 设备是一种很有效的细磨设备 。50 年代末至 60 年 代初 ,美国矿山局对该设备进行了深入研究 ,并用来 大规模加工高岭土和氧化铋 。1948 年美国杜邦公司 (du po nt ) 开发出了高速 搅拌球磨机 - 砂磨机 ,主要用于生产油漆工业颜料 , 使搅拌球磨机获得了重大发展 。50 年代日本科波塔磨机 ( kopper tower mill)公司开发了新型的搅拌球磨机 - 塔磨机 ,在超细磨 和化学处理领域获得了广泛的应用 。60 至 70 年代 , 改进了搅拌磨的排矿装置并使 搅拌器转速不断提高 。1979 年美国 m ps i 公司购买了日本的塔磨机专利 ,称之为立式搅拌球磨机 ,并应用于铅锌矿 、金 矿等工业部门 。90 年代初该公司并入瑞典斯维达 拉 ( svedala) 公司 。80 年代美国开发了 at t rito r 搅拌球磨机 ,在陶 瓷原料加工中获得广泛应用 。90 年代美国工业矿物工艺设备公司 ( im p ex)北京矿冶研究总院国外金属矿选矿2001 . 120发明了专利技术 - 高强度超细搅拌球磨 ( 剥片) 工艺 ,并为此制造了双槽高强度搅拌球磨机 (剥片机) 。 该设备采用方形断面的立式槽体 ,具有搅拌速度高 、 超细磨效率高 、生产能力大 、可连续生产等优点 ,是 一种有广阔发展前途的新型高效超细磨设备 。112 国内情况自 80 年代后期以来 ,我国开始引进国外搅拌球 磨机 ,北京矿冶研究总院引进了美国联合工艺公司200 - sl 型搅拌球磨机 ,并参照该设备研制了 sj -90 型搅拌球磨机 。郑州东方机器厂也研制了类似 的 zj m 型搅拌球磨机等 。这类搅拌球磨机的主要特点是 :1) 槽体为立式圆桶形 ,固定安装 ;2) 搅拌器采用圆棒形搅拌件 ;3) 搅拌速度较低 ,搅拌强度弱 ;4) 槽体 、搅拌器等磨损件采用聚氨酯衬 ;5) 工作方式为批量式 ,用循环泵使物料外循环 以保证粉磨均匀 ;6) 驱 、传动装置在槽体上方 ;7) 工作中需要对物料进行冷却 。 这一类搅拌球磨机搅拌速度较低 ,属于低强度搅拌球磨机 ,规格为中小型 ,国内目前大量应用的就是这一类产品 。从整体上来 ,国内搅拌球磨机品种 少 ,水平低 ,结构有待改进 ,基础工作远远落后于国 外水平 。目前国内在搅拌球磨机研制与应用方面普遍存 在和需要解决的问题主要是 :1) 搅拌器 、槽体和介质磨损 ;2) 上述磨损对物料造成的污染 ;3) 搅拌摩擦使负荷发热产生的热量的排放 ;4) 搅拌粉磨过程强度的提高 ;5) 设备大型化 。113 美国 impex 公司大型双槽高强度搅拌球磨 机近年来 ,美国工业矿物工艺设备公司 ( im p ex)发明了专利技术 - 高强度超细搅拌球磨 ( 剥片) 工 艺 ,并为此制造了大型双槽高强度搅拌球磨机 (剥片 机) ,其主要特点是 :1) 槽体为立方体形 ,两槽相连 ;2) 两槽各有一套驱 、传动装置和搅拌器 ; 驱 、传 动装置位于槽体上方 ;3) 搅拌器为叶轮 ;4) 搅拌速度较高 ,超细磨过程强烈 ,因此称为高强度搅拌球磨机 ;6) 工作方式为连续式 ,物料先进入第一槽预磨 , 再进入第二槽精磨 ,然后排出 ,即为合格产品或在外 部分级 ;7) 槽体和搅拌器等磨损部件都衬有耐磨衬 ;8) 无物料冷却装置 ;9) 设备规格大 ,生产能力高 ;10) 采用独特的压缩空气启动方式 。90 年代初 ,湛江某厂引进了这套设备 , 用于软 质高岭土超细磨 ( 剥片) ,给料粒度为 - 400 目 ( - 2 m 55 %) ,产品粒度为 - 2m 75 % ,生产能力 4 t / h台 。目前国内尚无制造这一设备的厂家 。科研方案和方法鉴于国内目前急需解决提高搅拌粉磨过程强度 和设备大型化的需求 ,以及美国工业矿物工艺设备 公司 im p ex 双槽高强度搅拌球磨机的独特优点和 卓越特性 ,本项目决定研制这一新设备 。211 科研路线以美国工业矿物工艺设备公司 im p ex 双槽高 强度搅拌球磨机为参考 ,研制 gj 5 2 大型双槽高 强度搅拌球磨机 ,并成功地用于高岭土超细磨 。国内尚无其它单位拥有这一产品 ,本项目的成 功将填补国内搅拌球磨机领域的一项空白 。本项目的目标是达到或超过美国 im p ex 双槽 高强度搅拌球磨机的水平 。212 主要技术关键和解决措施21211 驱 、传动系统由于粉磨强度高 ,要求驱 、传动系统有足够的能 力 ,能可靠的长时间运转 ,为此须进行精心地计算 ,选择能力足够而且经济合理的电机和减速机 。另外 ,电机和减速机的配置也是必须精心考虑的重要 因素 ,应做到设备外形尺寸小 ,特别是设备高度要尽 可能小 ,以便加工制造 、安装 、操作和维修 ;21212 搅拌器要达到高强度搅拌粉磨 ,除选择较高转速外 ,还 需有适当的搅拌器类型 。搅拌器在化工 、冶金 、选 矿 、医药和食品等行业中都有广泛的应用 ,型式有棒 形 、桨形 、叶轮形 、螺旋形 、锚形和盘形等 。为此须对各种搅拌器进行对比分析 ,设计能获得最佳效果的 搅拌器 。2国外金属矿选矿2001 . 12121213 耐磨材料搅拌粉磨过程强度提高后 ,工作时槽体内壁和 搅拌器受到的磨损将大幅度提高 ,而影响这些零部 件的使用寿命和设备的运转率 ,以及被磨物料的纯 度 。因此 ,对搅拌球磨机来说 ,耐磨材料是影响应用的重要因素之一 。为防止槽体内壁和搅拌器磨损 , 本项目将从聚氨酯 、尼龙 、橡胶和不锈钢等耐磨材料 中进行精心地研究和选用 ,采用目前国内最优质 、经 过生产考验的耐磨材料覆盖所有与物料接触的表 面 ,以增强耐磨性并防止金属对物料的污染 。21214 主要技术指标条件所限 ,试验采用批量工作方式 。矿样为山西朔州表层煤系硬质高岭土 (烧前) ,其粒度为 - 325 目 , 其中 - 45m 含量为 95 % , - 2m 含量为 1314 % , 用料 1t ,分散剂用量 012 % ,要求磨至 - 2m 75 % 。 试验原料和产品粒度分析结果见表 1 , 试验中 - 2 m 含量随时间的变化关系见图 1 。由图 1 可见 ,该 物料磨至 - 2m 75 %共用时间 30 min 左右 ,以此推 算处理量可达到 2 t / h 左右 。5 2 m3115410 t / h325 - 400 目- 2m 7590 %7 9 t75 2 k w120150 r/ min槽体容积生产能力 给料粒度 产品粒度 介质用量 安装功率 搅拌速度外形尺寸 (长 宽 高)41416 21706 31553 m图 1 - 2m 含量随时间的变化质量14 t表 1模拟生产负荷试验原料和产品粒度分析结果研制进展情况本项目中用煤系硬质高岭土进行了一系列小型 试验室试验 ,并在设备制造完成后进行了模拟生产 负荷试验 ,试验指标达到了预期要求 。311小型试验室试验在本项目研究设计的初期 ,为了确定设备规格 , 保证设备能力 ,探索最佳工艺参数和设备参数 ,做了 大量的小型试验室试验 。试验内容包括 :1) 朔州煤系硬质高岭土 、湛江软质高岭土 、龙岩 软质高岭土等不同矿样种类的对比试验 ;2) 介质大小和配比试验 ;3) 不同搅拌器种类的影响试验 ;4) 搅拌速度的影响试验 ;5) 磨矿浓度的影响试验 ;6) 不同磨矿时间的试验等 。试验多达 32 项 ,为 gj 5 2 大型双槽高强度搅 拌球磨机的研究设计提供了较充分的依据 。312模拟生产负荷试验gj 5 2 大型双槽高强度搅拌球磨机制造完成 后 ,在制造厂进行了模拟生产负荷试验 。由于现场3313用于朔州煤系硬质高岭土剥片的效果gj 5 2 大型双槽高强度搅拌球磨机 ( 剥片机)于 2000 年 1 月在山西省朔州市平瑞高岭土公司进 行了试生产 。原料为朔州煤系高岭土煅烧前 ,粒度粒 度(m)负累积产率( %)原 料15 min35 min75 min- 60- 50- 40- 30- 20- 15- 10- 8- 6- 5- 4- 3- 2- 115- 1- 018- 016- 015- 01410010971293168619731960144510411233142912231218151314111071851941021701001099179913981697129517831775187512711562135310431234182313171611138114191001097119711931487198012681947193615231515181013100109419901074146312431731131810国外金属矿选矿2001 . 122为 - 325 目 ,其中 - 45m 含量为 95 % , - 2m 含量为 1612 % 。试生产前进行了浓度和产量的试验 ,结 果表明其适宜的磨矿浓度为 40 % 。在这一浓度下 不同产量时的排矿产品粒度见表 2 。由表 2 可见 , 工业试验结果达到并超过了设计要求的指标 , 在118 t / h 的产量下排矿粒度可达 - 2m 80 %左右 。拌球磨机 (剥片机) 设备和工艺参数与该设备基本相同 ,因此具有达到上述指标的能力 。结论gj 5 2 大型双槽高强度搅拌球磨机 ( 剥片机) 是目前国内最大规格的超细磨设备 ,具有产量高 、超 细磨效率高 、产品粒度细 、可连续生产 、不需要矿浆 冷却装置等优点 。gj 5 2 大型双槽高强度搅拌球磨机 ( 剥片机) 用于朔州煤系硬质高岭土剥片 ,在给料粒度为 - 325 目( - 2m 1612 %) 的情况下 ,单机能力可达 118 t /h ,产品中 - 2m 含量可达 80 %左右 。美国 im p ex 公司 fmm 双槽剥片机用于南方 沿海软质高岭土剥片 ,在给料粒度为 - 400 目 ( - 2 m 55 %) 的情况下 ,单机能力可达 410 t / h ,产品中- 2m 含量可达 90 %以上 。gj 5 2 大型双槽高 强度搅拌球磨机 (剥片机) 设备和工艺参数与该设备 基本相同 ,因此具有达到上述指标的能力 。4表 2朔州高岭土工业试验原料和产品粒度分析结果参考文献徐星佩 1 高岭土深加工技术与发展方向, 第七届全国粉碎工 程 学 术 会 议 论 文 集, 中 国 选 矿 科 技 情 报 网 等 ,19991张鸿源等 1 煤系高岭岩生产高级造纸涂料有关工艺和设 备的商榷, 第七届全国粉碎工程学术会议论文集,中国 选矿科技情报网等 , 19991王卫初 ,引进高岭土生产工艺 ,提高高岭土产品质量, 第 七届全国粉碎工程学术会议论文集,中国选矿科技情报 网等 , 19991蒋军华, 非金属矿, 1993 (4) , 381陈晓英等, 煤炭资源开发与利用, 1996 (2) ,21丁浩等 ,湿式搅拌磨细磨煤系高岭土的实践和微粉加工 工艺, 中国非金属矿工业导刊, 1999 , 3112314用于南方沿海软质高岭土剥片的效果90 年代初湛江科林高岭土公司引进了 5 台美 国 im p ex 公司 fmm 双槽剥片机 ,用于当地软质高 岭土剥片 。1998 年进行了试生产 ,共运转 20 余天 , 给料粒度为 - 400 目 , 其中 - 2 m 55 % , 单机能力 为 4 t / h ,产品粒度可达 - 2m 90 %以上 ,超过了 -2m 85 %的设计指标 。gj 5 2 大型双槽高强度搅3456(上接第 43 页)点是 ,不需要象气流电选机那样复杂的收尘设备 ,因 此结构简单 、易于操作 。旋转圆