超細立磨在非金屬礦超細加工中的應用

方蒼舟，杜仁忠，蘇 寧，方 斌

【礦物加工】

超細立磨在非金屬礦超細加工中的應用

方蒼舟，杜仁忠，蘇 寧，方 斌

（合肥水泥研究設計院，安徽 合肥 230051）

應用料層高壓研磨粉碎和渦流超細分級相結合的原理，使ATL新型超細立磨可以進行非金屬礦的超細加工，其具有顯著的節能效果，緩和了超細微粉細度、產量和能耗之間的矛盾，超細立磨越來越受到客戶的青睞，已成為非金屬礦超細微粉行業的主流設備。本文介紹的ATL超細立磨工藝系統以及在超細重鈣領域的成功應用，證明了其在非金屬礦超細加工領域具有優質性能和較高應用價值，其生產指標和產品性能指標均達到臺灣同類超細立磨的標準。

非金屬礦；超細立磨；分級；超細加工

當前全球對非金屬礦粉體的需求日益旺盛，僅僅對重鈣的消費在過去的10年內需求量從3 500萬t增長到現在的近9 000萬t，年平均增長率近9.5%，預測在未來的10年內全球對非金屬礦粉體的年需求量仍將保持高的增長率。在追求產品質量穩定、粒徑分布均勻的同時，市場對非金屬礦粉體產品加工的節能降耗也要求迫切，對生產設備也提出更高的要求。

本文以在廣西賀州某粉體公司的ATL1100超細立磨生產為例，論述ATL新型超細立磨生產工藝的價值和性能，展望ATL超細立磨在非金屬礦的應用前景。

1 超細非金屬礦生產設備的現狀

我國規模化、工業化的超細粉體加工及超細粉碎與精細分級設備始于改革開放后，迄今為止，我國超細粉碎技術與裝備經歷了從引進國外技術、裝備與國內仿制到具有知識產權或發明專利的演變。其設備的處理能力、單位產品能耗、耐磨性、工藝配套和自動控制等綜合性能顯著提高，與國外先進技術和設備綜合性能的差距逐漸縮小。

目前，我國的非金屬礦干法超細粉碎研磨工藝設備主要有雷蒙磨、攪拌磨、振動磨、環輥磨、球磨機和立式磨等。近年來，國家大力推行節能減排政策，節能降耗的設備環輥磨應運而生。

根據立式磨在水泥行業卓越的性能表現，使其成為理想的非金屬礦加工設備之一，它可以很好地滿足產品加工所要求的運行可靠、產量大、產品質量穩定、節能顯著等性能(較球磨節能30%～40%)。近年來，立磨在非金屬礦行業也得到了一些應用，但是我國目前普通立磨生產的重質碳酸鈣(簡稱重鈣)產品都在600目(d97＞23μm)以下，滿足不了市場對1 250目(d97=10μm)超細粉體的規模化生產需求。日本企業在1990年開發出小型超細立磨，后來臺灣設備企業又從日本引進，并在此基礎上改進開發了超細立磨，可以一次性生產1 250目超細非金屬礦產品。進入21世紀以來，在非金屬礦領域，臺灣超細立磨在大陸市場一直處于壟斷地位。

合肥水泥研究設計院超細微粉技術部在傳統的水泥立磨基礎上，將渦流超細分級系統技術推廣到立磨行業，將其與立磨研磨系統技術有機結合，成功研發立磨生產超細重鈣工藝系統。該超細立式磨生產系統可加工200～1 500目的超細粉體，800目產品可以達到7t/h，能耗較低(800目產品能耗約為90kW·h/t，而球磨機工藝能耗達120kW·h/t)。常用干法工藝能耗及產能，見表1。

為了進一步說明，以生產1 250目重鈣為例，分別從給料粒度、最佳生產細度范圍、粉碎機理、1 250目噸產品電耗、1 250目噸產品單機生產規模等生產技術性指標的角度，對不同干法工藝的實際運行參數進行比較，比較結果見表2。

通過表1和表2中可以看出，對上述幾種干法工藝的比較可見：

表1 常用重鈣干法加工系統能耗分析

表2 常用重鈣生產設備產能比較

(1) 從超細產品的單機生產規?？?，沖擊磨、干式砂磨機和環輥磨的單機生產能力都偏小，相比較而言，球磨機和立式磨在同等情況下可以獲得更高的產量，易于實現重鈣規?；庸ぁ?/p>

(2) 超細立式磨在重鈣超細加工時，最大特點是可以以較低的電耗(生產1 250目以下產品時)、較大的規模生產重鈣產品。

(3) 球磨的單機產能最大，在生產1 250目以上的產品時，性能更突出。

新型超細立式磨可以一次性生產1 500目以下的粉體，尤其是在生產400～1000目重鈣產品時節能效果比較明顯。

2 ATL新型超細立磨及其工藝技術特點

2.1 基于設備與工藝結合的磨輥研磨

ATL超細立磨磨輥研磨設計與市場上其他同等規格普通磨機有明顯不同。如圖1所示正在使用中的磨盤和磨輥，其主要特點有：

(1) 特殊的雙曲弧面設計，更大的接觸面積，研磨區域粉磨壓力高度集中。

(2) 由普通雙輥設計更變為三輥設計，提高粉磨效率。

圖1 使用中的磨輥研磨

(3) 每個磨輥使用雙油缸斜拉設計，高的研磨壓力使物料更易粉碎。

由于離心力和傾斜的磨床將物料導向擋料環，ATL超細立磨具有物料層均勻的優點，其他磨輥平坦型磨床會造成擋料環前物料堆積，降低粉磨效率。

2.2 特殊的機械設計和材料選擇

(1) 磨輥壓力。盡管粉磨壓力被降至1 000kN/m3，合成峰值粉磨壓力為220MPa，該壓力比市場上其他任何立磨都要高。這種高粉磨壓力是由外直徑上狹窄的粉磨區域產生的，因此保證了最高的粉磨效率。

(2) 磨損。耐磨部件采用耐磨合金材料，襯套以及襯板的磨損率范圍是2～3g/t。因其可反復補焊被認為是“綠色方法”，即使當耐磨部分使用壽命結束時也可循環利用。這是一種比使用任何類型的陶瓷材料(陶瓷材料很難修復利用，被認為是無生命的材料)更環保的途徑。

2.3 基于渦流分級的超細分級機

與此前的單轉子立式分級機相比，超細立磨特制的ADW10005NG多轉子渦輪分級機，NG型葉片使分級工藝效率顯著提高，同時分級背壓降低了近25%，從而使系統阻力下降20%，相應主風機電耗下降15%以上。經過優化的分級機更易于控制粒徑分布(PSD)。

2.4 直接添加化學助劑實現表面改性

立磨的另一個優勢是可以在生產中直接對粉體進行改性活化處理。通過特殊的工藝設計，嚴格定量添加化學助劑和控制磨內溫度，經過在ATL1100立磨上反復試驗，化學助劑充分包覆在無機非金屬粉體表面得以實現。

采用這種直接添加化學助劑一次性實現表面改性，無需另外購買專門的改性設備，大大簡化了工藝流程，減少了投資成本。這種方法生產的功能型粉體，廣泛應用于超細重鈣的人造大理石市場。

3 實施案例

3.1 基本概況

位于廣西賀州旺高工業園的賀州某粉體公司是一個年生產能力達10萬t的重鈣企業。采用了一套ATL1100超細立磨系統，其主機設備配置見表3，合計功率515.5kW。

表3 ATL1100主機規格及裝機

3.2 工藝流程

本套系統的工藝流程設計見圖2。

圖2 ATL1100工藝流程示意

來自原料儲庫的方解石原料由喂料機定量喂入ATL1100立式磨中進行閉路研磨分級，加入原料的同時加入改性劑和水的混合物，產品細度200～1 250目任意可調。細產品與氣流一起直接進入高濃度脈沖收塵器一次性收集，成品經收塵器鎖風下料器出料，直接進入其下部的成品倉中待包裝。在立磨運行過程中，有部分粗顆粒自動排出機外，這部分顆粒由螺旋輸送機加入斗提機，再次送入磨中研磨。

整個ATL1100立磨系統配置一套計算機DCS系統，用于啟停和監控立磨生產系統設備，電腦屏幕顯示主要操作參數和運作狀態。采用先進的氣流監測技術，對生產系統的主要操作參數進行實時檢測。操作參數根據粒度檢測情況，以人工鍵盤輸入參數的方式進行干預，使生產系統的工作保持在最佳狀態。

表4 賀州ATL1100超細立磨生產重鈣系統性能參數

3.3 ATL1100運行性能指標

該系統自2014年8月份調試成功并且考核驗收以來，其運轉率高達95%，生產的人造大理石專用超細碳酸鈣粉體，各項指標均達到優質人造大理石的專用碳酸鈣標準，得到客戶的肯定，市場需求旺盛。表4顯示該套系統的性能指標以及其產品的分析情況(表中參數要求：①原料：方解石或大理石，莫氏硬度3，進料粒度≤15mm；②粒徑分布：以英國MALVERW公司Micro鐳射繞線射粒徑分析儀測定；③水分：放50g樣品于水分分析儀測定，在攝氏150℃下6min，測量檢定)。

4 結語

隨著使用經驗更加豐富，設備設計與制造與工藝系統更加融合，設備為工藝提供解決方案，工藝為設備創造良好的工作條件，加之新技術、新工藝不斷被開發出來，設備的可靠性和系統的穩定性已經不為用戶擔心，超細立磨粉磨超細粉體工藝已越來越得到市場的認可。立式輥壓磨利用碾壓粉碎原理，可以及時將達到粉碎粒度要求的顆粒隨氣流帶走，避免了過研磨情況，從而達到了節能的目的。

ATL超細立磨系統在生產超細重鈣領域的成功應用，證明了其在超細研磨生產領域具有優質性能和較高應用價值，其生產指標和產品性能指標均達到臺灣同等超細立磨的指標。

理論和實踐說明，立磨可以滿足非金屬礦的大型化超細加工，其設備性能可靠、粉體質量穩定 ，同時其節能效果非常顯著。因此，立磨有望成為非金屬礦加工行業的主要選擇，其前景十分廣闊。

[1]蘇寧，方蒼舟，杜仁忠.規?；煞ㄉa超細重鈣工藝分析[J].中國非金屬礦工業導刊，2012(6)：37-39.

[2]方蒼舟，杜仁忠，蘇寧.超細重質碳酸鈣干法加工技術與設備簡評[J].中國非金屬礦工業導刊，2010(5)：48-51.

[3]王軍偉，韓敏芳.重質碳酸鈣的制備工藝及應用前景[J].中國非金屬礦工業導刊，2004(S1)：58-60.

[4]鄭水林.中國非金屬礦深加工技術現狀、機遇、挑戰和發展趨勢[J].中國非金屬礦工業導刊，2000(5)：1-8.

Application of the Superfine Vertical Grinding Mill in Non-metallic Minerals Ultra-fine Processing

FANG Cang-zhou, DU Ren-zhong, SU Ning, FANG Bin
(Hefei Cement Research & Design Institute, Hefei 230051, China)

With high pressure grinding the materials and vortex superfine classifying the materials, the ATL new type superfine vertical grinding mill can be used for ultra-fine processing in the non-metallic minerals. The new type vertical grinding mill has feature of energy-saving and it also eases the contradiction of the superfine power fineness, productivity and the energy consumption to some extent. The superfine vertical grinding mill is more and more popular. Nowadays, it is the main equipment for superfine grinding the non-metallic minerals. In this article, we will introduce the ATL vertical grinding mill processing system, such as the successful application of the vertical mill in the superfine calcium carbonate production, which proves that the vertical grinding mill has better performance and higher application value. It has the same production index and the product performance index with Taiwan's superfine vertical grinding mill.

non-metallic minerals; superfine vertical grinding mill; classifier; superfine process

TD921.4；TD985

A

1007-9386(2014)06-0025-03

2014-08-22