細磨用KLM立磨機選型試驗研究*

孫小旭，盧世杰，周宏喜，何建成，姚建超

（1.北礦機電科技有限責任公司，北京 100160；2.北京礦冶科技集團有限公司，北京 100160）

1 引言

礦物加工領域細磨以前主要利用球磨機來完成，隨著細嵌布共生礦物的逐漸開采和選別，傳統球磨機很難達到節能高效細磨和再磨的目的［1］。在此背景下，立磨機（即立式螺旋攪拌磨機）逐漸被研制和開發，其最初用于非金屬礦物的粉磨，后逐漸引入到有色礦物的細磨中，并取得了較為廣泛的應用。

為了提升國內對立磨機工作原理和應用范圍的認識，提升對細嵌布共生礦物的采選冶水平，切實提高礦山選廠的經濟效益，打破國外相關設備廠家的壟斷地位，北京礦冶科技集團有限公司（原北京礦冶研究總院）機電公司于2008年開始研究立磨機的結構和工作原理，并在實驗室開展了大量且細致的探索和選型實驗。2011年成功研制了當時國內首臺裝機功率最大的630kW（KLM-630）立磨機，并取得成功應用［2-3］。

2 立磨機結構和原理

在充分考慮了國內外類似產品現狀的基礎上，針對其他產品存在的重載啟動困難、結構復雜、易損件壽命短等技術缺陷，通過優化設備結構、提升控制水平，使用新型材料等手段，研制了性能優異的KLM立磨機，其基本結構如圖1所示［4］。

圖1 立磨機結構簡圖

KLM型立式螺旋攪拌磨機工作原理為：螺旋攪拌機構在立磨機筒體內部旋轉時會帶動磨機內部研磨介質、礦漿等低速旋轉，在離心力、重力和研磨介質表面摩擦力的共同作用下，使介質與礦物間、礦物與礦物間發生研磨作用，通過物料間的強力擠壓、折斷、微剪切、劈裂等綜合作用，進而達到礦物細磨的效果。此外，由于螺旋式攪拌裝置結構，其會帶動合格粒級向上運動，不合格粒級通過筒體與攪拌裝置間的間隙向下運動進行再磨，從而實現粗細顆粒的有效分級，提升產品的細度和合格度。立磨機可與外部旋流器構成閉路，通過控制旋流器的沉砂量來調節磨機的處理量，大大增加了磨機的磨礦粒度范圍［5］。

3 立磨機試驗系統平臺

為了能更好的研究細磨基礎理論并指導選型和研發，專門搭建了立磨機試驗系統和平臺，用于重要結構、運行參數的分析和設備選型，為立磨機的技術研究、工業選型和應用提供科學的指導依據。

3.1 立磨機試驗裝置

立磨機試驗裝置主要由轉速檢測裝置、自動控制裝置及立磨機主體設備組成，可通過控制系統調整主軸轉速，此外該系統還配置有粒度測量儀器。立磨機筒體規格為Φ250mm×800mm，筒體容積35L，電機功率 3kW［6］。

3.2 試驗系統參數測定

在開展立磨機選型實驗之前，首先需要對試驗系統平臺進行標定，詳細開展各參數的試驗研究，確定最佳的細磨試驗條件，主要參數包括研磨介質直徑、介質充填率以及磨機轉速等。據國內外應用經驗，研磨介質充填率選在30%左右［7］。

試驗過程中以石英砂作為試驗礦樣，細磨試驗前將其破碎至0.2mm以下，其粒度組成如表1所示。試驗用石英砂的礦石密度為2.65g/cm3，莫氏硬度為7，調漿后濃度控制在45%左右，試驗時間控制在0～35min以內，在不同固定時刻進行采樣，并用粒度儀分析產品粒度（以-45μm含量作為評價指標）。

表1 石英砂粒度組成分析

細磨效果評價指標一般包括新生合格粒級含量、細磨效率等，細磨效率一般采用能耗來評價，可用處理單位礦石所消耗的電能表示。通過試驗得到介質直徑、磨機轉速與新生粒級含量、細磨效果的關系如圖 2～4 所示［8］。

圖2 磨機轉速與新生粒級的單位能耗關系曲線

由圖2可知，-325目新生粒級單位能耗隨電機頻率的下降而增加，即高轉速下利于細磨，但當轉速達到35Hz時，磨機筒體內礦漿波動十分明顯，不能形成穩定的自分級區，易形成較為明顯的過磨或少磨現象，故選用30Hz作為試驗立磨機的運行轉速。

圖3 磨機轉速與新生粒級含量關系曲線

圖4 介質直徑與新生粒級的單位能耗關系曲線

結合圖3和4可知：-325目新生粒級含量隨著磨機轉速的增加而增加，不同直徑磨礦介質對新生粒級含量影響各不相同，對于-325目而言，7mm介質直徑下新增產品粒級含量更多；同時在30Hz的轉速下，7mm介質條件下的新生粒級單位能耗最小，故可選用7mm作為研磨介質直徑。此外，在實際工業應用中會根據不同產品粒度配置不同介質配比進行細磨，以最大限度提高細磨效果。

綜上所述，在現有條件下，試驗用立磨機的較優參數為：研磨介質直徑為7mm，電機運行頻率為30Hz。

4 金礦細磨選型試驗

以甘肅某金礦選廠為例，其處理原礦量為1500t/d，折算到立磨機流程段的處理量為500t/d。要求立磨機的給礦粒度為-200目占90%，產品粒度為-400目占95%，同時立磨機與水力旋流器構成閉路。

在立磨機系統平臺的最優參數下，開展立磨機選型試驗。原礦粒度組成如表2所示，選型試驗后礦物典型細磨曲線如圖5所示。

表2 金礦粒度組成分析

圖5 磨礦粒度變化規律曲線圖

由圖5知，金礦細磨至-400目占85%所需細磨時間為10min，結合礦物細磨過程中能耗變化曲線，在立磨機實際處理量為500t/d的情況下，通過計算可知選用裝機功率為280kW、容積為10.0m3的KLM-280立磨機可滿足要求。

5 結論

通過對立磨機結構原理分析，結合3kW立磨機的石英砂參數確定系統最優參數，并在此條件下開展金礦選型實驗，得到如下結論：

（1）通過對KLM立磨機結構和工作原理分析可知，KLM立磨機結構設計合理，細磨效率高，能耗低，是一種節能高效的礦物細磨和再磨裝備。

（2）通過3kW立磨機試驗知，在現有條件下，系統平臺較佳工況條件為：研磨介質直徑7mm，介質充填率30%左右，磨機轉速30Hz左右。

（3）通過對甘肅某金礦開展選型試驗知，利用產品細磨變化曲線和能耗關系，可以選定裝機功率280kW、容積10.0m3的KLM-280立磨機；實際應用表明，設備可完全滿足礦山選廠的要求。