立式螺旋攪拌磨機在閃鋅礦再磨中的參數優化

王學東，李 紅

（1.中南大學，湖南 長沙 410012；2.長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012）

凡口鉛鋅礦是目前中國乃至亞洲已探明地質儲量和鉛鋅精礦生產量最大的礦山之一。然而從凡口鉛鋅礦生產指標以及現場操作來看，鋅快速浮選流程明顯不適合鋅礦物的浮選，主要原因是鋅精礦的品位不穩定，造成整體的鋅回收率不高。為解決上述問題，在選鋅作業增加立式螺旋攪拌磨機用于鋅粗精礦再磨，以提高鋅礦物的解離度，從而保證鋅浮選精礦的品位和回收率。本文針對凡口鉛鋅礦鋅粗精礦進行了立式螺旋攪拌磨機介質充填率、攪拌器轉速、介質配比等運行參數條件試驗，通過運行參數條件優化和生產應用實踐，取得了較好的生產運行技術指標。

1 立式螺旋攪拌磨機的結構與工作原理

立式螺旋攪拌磨機主要由傳動裝置、螺旋攪拌器、筒體等部分組成。立式螺旋攪拌磨機工作原理：筒體內的鋼球、礫石等磨礦介質和物料受到螺旋攪拌器的攪拌作用，螺旋攪拌器在傳動裝置的帶動下旋轉，使磨礦介質與物料在筒體內做整體的多維循環運動和自轉運動。物料在磨礦介質壓力，螺旋回轉產生的擠壓力、摩擦力、沖擊擠壓和剪切作用下被有效的研磨。礦漿由立磨機的下部給入，合格的磨礦產品從立磨機的頂部溢流排出，較粗的顆粒則繼續留在立磨機中被研磨。

2 立式螺旋攪拌磨機在閃鋅礦再磨中的參數優化試驗

經鋅快速浮選后的選鋅尾礦（鋅粗精礦），該鋅粗精礦以難浮的閃鋅礦連生體為主，粗精礦中閃鋅礦單體僅占72%。閃鋅礦的解離程度會直接影響到閃鋅礦浮選上浮的速度。所以立式螺旋攪拌磨機用于鋅粗精礦再磨，目的是為提高閃鋅礦的單體解度度，從而提高鋅精礦的品位和回收率。再磨試驗設備為長沙礦冶研究院研制的JM-1800型立式螺旋攪拌磨機，其主要規格型號及技術參數為：電機功率315KW，筒體直徑1800mm，筒體高度3200mm，有效容積8m3，給礦粒度-0.4mm＞75%，出料粒度-0.4mm＞85%～95%，處理量45t/h。

試驗在凡口鉛鋅礦試驗廠鋅再磨再選流程現場進行，通過依次改變JM-1800立式螺旋攪拌磨機的介質充填率、攪拌器轉速、介質配比等運行參數條件，考察立式螺旋攪拌磨機的磨礦效率，采用-0.04mm生產能力、能耗、球耗來評價立式螺旋攪拌磨機的磨礦效率。

2.1 介質充填率對磨礦效率的影響

固定攪拌轉速40r/min和其它條件下，進行了介質充填率對磨礦效果的影響試驗研究。本試驗選取的立磨機介質充填率分別為25%、35%、45%、55%和65%。

介質充填率對-0.04mm生產能力、能耗、球耗的影響結果為：-0.04mm生產能力和球耗均隨介質充填率增加而增加，只是增加的速度及趨勢不同：-0.04mm生產能力隨介質充填率基本呈線性增長，只是當介質充填率達到55%時，-0.04mm生產能力隨充填率增加而提高的幅度降低；而球耗則在介質充填率小于55%時近似線性增長，當達到55%以后開始增長加劇。能耗隨介質充填率的變化則呈現了與-0.04mm生產能力及球耗不一樣的規律，當介質充填率小于55%時，能耗隨介質充填率增加而略微下降；當介質充填率超過55%時，能耗隨介質充填率增加而急劇增加。

總體而言，隨介質充填率增加，相同處理量時，磨礦產品細度減小，但相應地，能耗及球耗增大，磨礦成本增加。因此，適當增加介質量，可以提高磨礦效率，而介質充填量過大時，反而會使磨礦效率降低。綜合-0.04mm生產能力、能耗和球耗隨介質充填率變化可以看出，介質充填率選擇55%時最為合適。

2.2 攪拌轉速對磨礦效率的影響

在介質充填率55%條件下，進行了攪拌器轉速對磨礦效率的影響試驗，本試驗選取的攪拌轉速分別為35r/min、40r/min、45r/min、50r/min和55r/min。攪拌器轉速對-0.04mm生產能力、能耗、球耗的影響結果如圖1～圖3所示。由圖5可以看出，-0.04mm生產能力隨轉速提高而增加，且隨轉速提高，增加的幅度逐漸變小。這是由于隨著磨機攪拌器轉速增加，由攪拌器傳遞給介質球的能量加大，鋼球之間有效碰撞增加，物料與鋼球接觸概率相應提高，故磨礦效果變得更好。

在不同轉速下磨礦電耗隨轉速變化則呈現了不同的變化規律如圖2所示。在轉速35r/min～45r/min段，電耗隨轉速提高而降低，到達45r/min時，電耗最低，隨后隨著轉速提高電耗增加，這是由于在45r/min時，介質碰撞能量與碰撞頻率正好適合鉛鋅礦在粉碎粒度區的粉碎能，因而破碎效率最高，電耗最低。

圖1 不同轉速時立式螺旋攪拌磨機-0.04mm生產能力

圖2 不同轉速時立式螺旋攪拌磨機磨礦能耗

圖3 不同轉速時立式螺旋攪拌磨機磨礦球耗

不同攪拌轉速時的磨機球耗變化如圖3所示。其總體變化規律與電耗隨攪拌轉速的變化規律相似，卻略有不同。在轉速40r/min～50r/min區間，球耗較低，且數值基本接近；轉速提高或降低，球耗都增加。這說明轉速過小時，介質球之間的碰撞能量不足以引起鉛鋅礦顆粒破碎，磨礦效率低，但是介質球碰撞引起的磨損卻依然存在，因而球耗高；而轉速過高時，雖然磨礦效率提高，但介質球的磨損速度也加快而起球耗增加。

綜合以上分析，隨著磨機攪拌轉速提高，相同處理量時，能耗及球耗降低，但提高至一定范圍內，雖然磨礦產品細度降低，但能耗及球耗不再降低甚至提高，即存在一個最佳轉速（或轉速范圍），本試驗中確定最佳轉速為45r/min，在該轉速下，電耗及球耗最低，此時磨機排礦中-0.04mm含量達到86.81%，磨機處理量達到45t/h。

2.3 介質配比對磨礦效率的影響

在立式螺旋攪拌磨機介質充填率55%、攪拌轉速45r/min條件下，進行了介質配比對磨礦效率的影響試驗，本次試驗選取的介質配比分別為10mm、10mm～15mm、15mm、15mm～20mm、20mm、25mm和10mm-15mm-20mm。圖4～圖6為不同介質配比時的-0.04mm生產能力、能耗和球耗。

在試驗范圍內，隨著介質尺寸增大，-0.04mm生產能力降低，且混合尺寸介質比單一尺寸介質磨礦效果好。

隨著介質尺寸增大，磨礦能耗增加，且混合尺寸介質能耗介于單一尺寸介質之間。這是因為介質尺寸越小，介質球數量越多，在能達到鉛鋅礦磨礦能的情況下產生的粉磨次數越多，因而效率越高，而且介質尺寸越小，單次碰撞引發的能量損失越低，因而能耗越低。

由圖6表明，隨著介質尺寸增大，磨礦球耗先減后增。當介質尺寸10mm～15mm區間，磨礦球耗隨介質尺寸增大而減小，當介質尺寸＞15mm時，磨礦球耗隨介質增大而增加。這是因為介質尺寸較小時，雖然磨礦效率高，但由于介質球數量多，碰撞次數多，因而引起的介質磨損量大。而介質尺寸較大時，在相同速度下，單次碰撞引發的介質磨損量大，因而球耗高。

總體而言，在所試驗的介質尺寸范圍內，介質尺寸越小，磨礦效果越好，能耗越低，球耗越高。綜合磨礦效果、能耗和球耗，在所試驗的介質尺寸區間，以15mm尺寸介質鋼球效果最佳。