攪拌磨技術及其選礦應用現狀

敖順福，陳麗昆，徐 峰，楊 菊，張德楸，王存柱

1云南馳宏鋅鍺股份有限公司 云南曲靖 655011

2玉溪大紅山礦業有限公司 云南玉溪 653405

3云南瀾滄鉛礦有限公司 云南普洱 665000

礦 產資源是人類社會賴以生存和發展的重要物質基礎，隨著礦產資源的大量開采利用，易選的礦產資源儲量日益減少，貧細雜難選的礦產資源日趨增多，其中大量的細粒嵌布難處理礦石只有通過細磨才能使其充分單體解離，方能實現礦物的有效選別。尤其對于中礦處理、精礦深度精選除雜、尾礦再選回收利用等，傳統的臥式球磨機已經難以滿足進一步細磨、超細磨的特殊要求，且過磨或欠磨現象突出，新型的細磨和超細磨設備的研發應用顯得尤為重要。攪拌磨作為一種新型的細磨設備，其應用使得需更細磨礦的礦物選別成為可能，且在細磨、超細磨作業過程中充分發揮了其高效、節能的優勢，被逐步認可并接受，已得到推廣應用。

1 攪拌磨進展及優勢

1.1 攪拌磨的工作原理

攪拌磨與傳統臥式球磨機都有研磨筒體，但與傳統臥式球磨機不同的是，攪拌磨的研磨筒體是靜止的，通過攪拌器的旋轉帶動研磨筒體內的研磨介質和礦物相互作用，產生沖擊、剪切和摩擦作用，從而使給入礦粒被磨細，同時也具有礦粒分散和混勻的作用[1]。攪拌磨按照安裝方式分為立式和臥式，按照生產工作方式可以分為循環式、連續式和間歇式，按照研磨單元攪拌分散器的結構形式可分為螺旋式、棒銷式和盤式。攪拌磨使用的研磨介質來源廣泛，主要為鋼球、陶瓷球，也可使用礫石、河砂和冶煉爐渣等。

傳統臥式球磨機通過筒體發生轉動牽動筒體內的磨礦介質運動，進而對礦粒產生沖擊和磨剝作用；但球磨機筒體的轉動導致了能量的虛耗，降低了能量利用率。攪拌磨的研磨筒體是靜止的，磨礦時能量盡可能耗散在礦粒上，能量利用率更高；此外，攪拌器以更高的速度運轉，且使用直徑更小的研磨介質，可產生很多壓縮的旋轉介質層，介質層又可以產生壓力和扭轉力，能有效地磨碎微小礦粒[2]。

1.2 攪拌磨的發展及優缺點

國外攪拌磨的研制工作從 20 世紀 40 年代開始，到 60 年代攪拌磨技術得到了迅速發展，而國內攪拌磨的研制工作起步較晚，開始于 20 世紀 70 年代初。經過多年的發展，攪拌磨已發展為一類種類繁多、品種豐富、型號各異的碎磨設備，逐步被認可接受，并推廣應用到選礦生產中。國外立式攪拌磨的代表機型有 Union Process 公司的 Attritor 磨機、Netzsch公司的砂磨機、Metso 公司的 Verti 磨機及 Stirred Media Detritor (SMD) 磨機，臥式攪拌磨的代表機型為Xstrata 公司的 Isa 磨機；國內立式攪拌磨的代表機型有長沙礦冶研究院的 JM 系列立式螺旋攪拌磨礦機、北京礦冶研究總院的 KLM 系列立式攪拌磨礦機及中信重工機械股份有限公司的 CSM 系列立式攪拌磨礦機等[3-6]。

攪拌磨筒體的靜止和研磨介質運動幅度的降低，使得運轉磨機筒體所需的動能、提升磨礦介質所需的勢能等都相應降低，所以攪拌磨具有節能、功率消耗小、噪聲低、振動小等特點。傳統臥式球磨機為了有效地將能量傳遞給磨礦介質，通常使用直徑較大的鋼球，使得礦粒受到鋼球較強的沖擊破碎作用；但攪拌磨使用了直徑更小的研磨介質，且研磨介質的運動軌跡也發生了改變，對礦粒的沖擊作用降低、磨剝作用增強，使得磨礦產品粒度分布較均勻，同時也導致攪拌磨受限于進料粒度，不適于粗磨作業。攪拌磨依靠攪拌器的旋轉帶動筒體內研磨介質的運動，受制于攪拌器結構及其材料強度的限制，攪拌磨的規格型號偏小，難以像傳統臥式球磨機實現大型化，而隨著低品位礦的開發利用及選礦廠處理能力的提高，需要開發大型化的攪拌磨以適應大規模生產的需要。傳統臥式球磨機基本都采用鐵質的鋼球、鋼鍛作為磨礦介質，但是鐵質磨礦介質在磨礦中易使礦物顆粒表面產生氫氧化鐵薄膜或金屬沉淀物，從而影響礦物的可浮性，且會使礦物表面可浮性趨同，進而降低捕收劑對目的礦物的浮選分離的選擇性，而攪拌磨使用陶瓷球、礫石、河砂等介質能有效避免鐵質磨礦介質產生的污染[7-11]。

2 攪拌磨應用實例

2.1 在金屬礦磨礦中的應用

金屬礦磨礦的主要目的是讓有用礦物和脈石礦物充分解離，盡可能地提高目的礦物的單體解離度，降低過粗、過細的粒級含量，提高中間易選粒級含量，且盡可能地降低磨礦介質消耗、電耗等。一般而言，礦物的相互解離隨著磨礦過程中礦物粒度減小而實現，礦物顆粒被磨得越細，礦物的單體解離度越高；但是細磨往往消耗大量的電能及磨礦介質，且金屬礦物普遍密度較大及性脆易碎，磨礦過程容易產生過粉碎和泥化現象。多數金屬礦物都具有一定的脆性，在磨礦過程中磨碎速度快，容易產生過粉碎，而脈石礦物多為硬度較大的硅酸鹽、氧化物礦物等，一般較難磨碎；密度大的金屬礦物在磨礦時，易沉入磨機底層，受到強烈的磨礦作用，因而密度大且性脆的金屬礦物過粉碎更加嚴重[12]。攪拌磨具有選擇性破碎和自分級作用，粗粒級礦石受到的破碎作用力較強，而細粒級礦石受到較小的破碎作用力，可減少過粉碎的產生，因此攪拌磨在金屬礦磨礦中應用前景廣闊[13]。

2.1.1 在鉛鋅礦磨礦中的應用

我國鉛鋅礦資源分布廣泛，儲量較豐富，但特大型礦床少，貧礦多，共伴生組分多，單一的鉛或鋅礦石類型極少。鉛鋅礦物普遍共生緊密，嵌布粒度細且復雜，使得單體解離困難；而方鉛礦密度大，硬度低且性脆，是常見有色金屬礦物中最容易泥化的礦物之一。攪拌磨已廣泛應用于鉛鋅礦細磨作業中，在提高礦物單體解離度、改善粒級分布等方面取得了較好的使用效果，且使得磨礦產品在選礦生產中獲得了更好的技術經濟指標，這說明攪拌磨是一種適合于鉛鋅礦細磨或再磨，且性能優越的磨礦設備。

廣東某細粒浸染高硫難選鉛鋅礦選礦新工藝研究結果表明：鉛中礦磨礦細度達到 -39 μm 占 94% 左右時，使用傳統球磨條件下總解離度較使用超細攪拌磨條件下總解離度要低 5.6% 左右；磨礦產品經浮選后，在鉛精礦品位接近時，使用超細攪拌磨的回收率比傳統球磨高出 1.5% 左右，表明攪拌磨超細磨可強化對細粒級方鉛礦的回收[14]。

云南某高硫鉛鋅礦選礦廠硫精礦中損失的鉛、鋅金屬主要賦存于方鉛礦、閃鋅礦中，且方鉛礦及閃鋅礦的嵌布粒度細、單體解離度低，采用抑硫浮選鉛鋅混合精礦的工藝流程，并通過 KLM-75 立式螺旋攪拌磨與水力旋流器分級構成的閉路循環對混合粗精礦進行再磨，磨礦細度達到 -45 μm 含量占94.91%，閃鋅礦單體解離度大于 75% 占 86.46%，方鉛礦的單體解離度大于 75% 占 45.11%，進一步浮選獲得了鉛品位為 11.01%、鋅品位為 42.29% 及鉛回收為 33.03%、鋅回收率為 57.53% 的鉛鋅混合精礦，取得了較好的經濟效益[15]。

2.1.2 在銅礦磨礦中的應用

我國銅礦資源分布廣泛，但可利用的高品位礦石資源相對較少，礦石結構構造復雜，嵌布粒度不均勻，多為不均勻浸染嵌布的礦石。采用傳統球磨進行單一磨礦的選擇性欠佳，容易產生過多的連生體而影響精礦質量及金屬回收率，而采用攪拌磨在提高礦物單體解離度、改善粒級分布、降低生產成本等方面均取得了較好的效果。

羊壩底選礦廠采用球磨機進行二段磨礦，存在處理量低、銅精礦品位低、砷含量較高等問題，改用CSM-250 立式攪拌磨對工藝進行改造升級。改造后，選礦處理量由 900～1 000 t/d 提高到 1 500～1 650 t/d，磨礦產品細度 -74 μm 由 81.8%～90.8% 增加到 94.3%～100%，磨礦介質消耗、磨礦電耗顯著降低，精礦品位從 14.9%～15.5% 提高到 16.4%～17.4%，砷含量從0.43%～0.68% 降低到 0.25%～0.27%，取得了較好的效益[16]。

通化吉恩鎳業銅鎳礦為兩段磨礦，采用 KLM-160 立磨機用于再磨作業，銅鎳分離的給礦粒度由原來的 -38 μm 占 65.25% 提高到 91.33%，-38 μm 的粒級含量新增 26.08%，顯著提高了目的礦物的單體解離度，為銅鎳高效分離提供了良好的浮選環境。在原礦中銅品位僅提高 0.001%、鎳品位減小 0.02% 的條件下，銅精礦產品中銅品位提高 1.683%、銅理論回收率提高 1.08%，鎳精礦產品中鎳品位降低 0.122%、鎳理論回收率提高 0.14%[17]。

2.1.3 在鉬礦磨礦中的應用

我國的鉬礦資源儲量豐富，但多屬低品位鉬礦；隨著鉬金屬及其合金的廣泛應用，鉬原料的消耗越來越大，易采易選的高品位鉬礦越來越少，迫切需要依靠技術進步來最大程度地利用國內現有的鉬礦資源，尤其是嵌布結構復雜、粒度細的難選鉬礦石。

百花嶺選礦廠在 3 號系統選用 JM-1200 立式螺旋攪拌磨分別對浮選柱精 1 和浮選柱精 3 的泡沫進行再磨擦洗脫藥，工藝參數為：再磨粒度為 -37 μm 粒級占 90%，擦洗時間 8～10 min，立磨機添加φ15 mm及φ20 mm 鋼球，鋼球單耗 0.4～0.5 kg/t。選礦結果表明：浮選柱精 1 和浮選柱精 3 的精礦品位分別由31.80% 提高至 49.92%、52.88% 提高至 56.38%，精選回收率和總回收率達到 98.37% 和 86.57%[18]。

洛鉬集團選鉬三公司對鉬精選系統進行技術改造，將傳統的溢流型再磨球磨機改為立式螺旋攪拌磨，礦漿經研磨分級后送浮選柱精選，精礦品位以及回收率得到顯著提高，精礦品位從 46.12% 提高到49.88%，最高達到 54.44%，選礦技術指標的提升主要得益于立式螺旋攪拌磨提高了鉬礦的單體解離度，且清潔了鉬礦表面，為浮選作業提供了良好的選別環境[19]。

2.1.4 在鐵礦磨礦中的應用

我國的鐵礦資源較為豐富，查明資源儲量達 624億 t，其中微細粒復雜難選鐵礦儲量約 120 多億 t，占我國鐵礦資源總儲量的 20%。鐵礦細磨很長一段時間都是通過加長球磨機長度以延長礦漿在磨機內的停留時間，采用小介質球、改變介質形狀等方式來達到礦物細磨的目的，得到的磨礦產品粒度分布較寬，過磨現象嚴重；且當礦物細磨粒度P80< 38 μm時，細磨能耗巨增，成為制約微細粒鐵礦高效開發利用的關鍵[20]。攪拌磨以磨礦效率高、產品粒度細且分布均勻等優點，使得鐵礦磨礦從延長磨礦時間向采用攪拌磨的方向發展。

大紅山鐵礦三選廠選鐵系列存在球磨機磨礦產品細度達不到設計要求、鋼耗和電耗較高的問題，使用 ETM-1500 塔磨機代替球磨機進行了三段磨礦技術改造，改造后塔磨機磨礦產品細度可達 -0.045 μm 占81.24%，顯著降低了鋼耗和電耗；磨礦效率可提高10%，且能進一步擴大產能；最終鐵精礦品位提高了0.4 個百分點，并降低了二氧化硅含量，改善了選礦指標，經濟效益顯著[21]。

2.1.5 在金礦磨礦中的應用

隨著黃金價格的不斷攀升，金礦資源的開采規模逐步擴大，高品位易選金礦石不斷減少，低品位難處理金礦石不斷增加。面對賦存狀態復雜、嵌布關系密切的金礦資源，為了更加經濟有效地開發利用，攪拌磨也逐漸在金礦得到推廣應用。

山東某金礦浮選精礦，經攪拌磨磨至 -20 μm 大于 97% 進行氰化浸出，與采用球磨機磨至 -400 目大于 97% 的實驗室浸出結果進行對比，發現經攪拌磨超細磨可顯著縮短氰化浸出時間，氰化鈉和堿石灰用量分別降低了 1.00、1.47 kg/t，金的浸出率提高了0.49 個百分點，浸渣含金量降低了 0.21 g/t[23]。

金翅嶺金礦氰化廠采用 VTM-400 立磨機對浮選金精礦再磨后進行氰化，與傳統臥式球磨機相比，立磨機可顯著提高磨礦效果，-38 μm 粒級占比增加8.30 個百分點，鋼球單耗降低 2.42 kg/t，電耗降低23.34 kW·h/t，襯板消耗增加 2.08 套/a，金浸出率由98.40% 提高到 98.55 %，但運行總成本節省 394.94 萬元/a[24]。

2.2 在非金屬礦磨礦中的應用

不同于金屬礦，非金屬礦是一類種類繁多且數量巨大的礦物資源，各礦種的性質差異較大，而共性較少，且非金屬礦的應用領域和價值一般取決于其先天性能被保護和后續可應用的程度。非金屬礦與金屬礦在磨礦方面除了要求單體解離度和適宜的粒級分布外，還存在著明顯的差異和特殊要求，即對于非金屬礦的形貌、結構與性能特點，特別強調在磨礦過程中盡可能不被破壞，增加了非金屬礦磨礦作業對攪拌磨的特殊要求，但攪拌磨在非金屬礦磨礦中也獲得了成功的應用。

2.2.1 在云母礦磨礦中的應用

云母是層狀結構的鋁硅酸鹽礦物，具有絕緣、耐高溫、折射率高和韌性強等優點。云母的利用對徑厚比、粒級分布、表面光潔度和光澤等有特殊要求，傳統的球磨機難以滿足磨礦要求，常采用石碾機或輪碾機進行磨礦，但采用立式攪拌磨機作為云母剝片細磨也取得了突破。

GPS輔助空中三角測量是指利用機載GPS接收機與地面基準站的GPS接收機同時、快速、連續地記錄相同的GPS衛星信號，通過定位技術的離線數據后處理獲取攝像機曝光時刻攝站的高精度三維坐標，將其作為區域網平差的附加非攝影測量觀測值，以空中控制取代(或減少)地面控制；采用統一的數學模型和算法，確定點位并對其質量進行評定。

針對印度進口的某經高溫煅燒過的白云母，采用聚氨酯球作為磨礦介質的立式攪拌磨機，在φ8 mm、φ10 mm 和φ12 mm 球配比為 2∶5∶1，磨機轉速為 240 r/min，磨礦質量分數為 55% 時，磨礦產品中 0.020～0.045 mm 粒級含量最多，且云母片顆粒均勻，表面光滑，邊緣無齒狀，厚度約為 750 μm，徑厚比達到了100 倍以上[25]。

河南某云母選礦廠采用 GJ5×2 大型雙槽高強度攪拌磨機進行云母剝片，生產調試得出該攪拌磨機剝片工藝流程簡單，能耗較低且對云母產品無污染，在磨礦質量分數為 50% 左右，氧化鋁陶瓷微珠作粉磨介質，裝填量為 9 t，助磨劑含量為干礦量的 0.5%時，對于云母剝片能達到較好的效果[26]。

2.2.2 在高嶺土礦磨礦中的應用

高嶺土具有優異的理化性能，被廣泛應用于陶瓷、造紙、橡膠、塑料等諸多領域，高嶺土剝片是其深加工利用的重要工序，主要有機械剝片和化學試劑剝片等方法。攪拌磨應用于高嶺土剝片取得了成功，對高嶺土的利用具有深遠的意義。

湖北宜昌某高嶺土礦采用攪拌磨進行剝片試驗，在磨礦前加入分散劑六偏磷酸鈉，攪拌磨中剛玉質中球 (φ=1.2 mm) 與小球 (φ=0.8 mm) 的體積比為0.8∶1.5，介質充填率為 70%，磨礦質量分數為 70%，剝片轉速為 800 r/min，磨礦時間為 180 min 時，剝片產品 -2 μm 粒級產率為 96.62%，剝片使熟料的白度提高了 5.24 個百分點[27]。

山西晉坤礦產品有限公司煅燒煤系高嶺土，采用GJ5×2 大型雙槽高強度攪拌磨剝片，在給料粒度為-45 μm、生產能力 1.2～1.5 t/h 的情況下，單臺產品粒度可達 -2 μm 占 85% 以上，2 臺串聯產品粒度可達 -2μm 占 90% 以上。1 臺該攪拌磨可代替 10 臺早期的小型剝片機，大幅度減少了設備數量，簡化了流程，減少了操作人員，減輕了操作人員的勞動強度[28]。

2.2.3 在石墨礦磨礦中的應用

石墨根據其結晶不同可分為晶質石墨 (鱗片) 和隱晶質石墨 (土狀) 兩類，因石墨具有耐高溫、抗腐蝕、抗熱震、強度大、韌性好、自潤滑強度高、導熱、導電、可塑性、涂敷性等特性，使其在多種領域發揮著關鍵作用。鱗片石墨在磨礦中鱗片結構極容易遭到破壞且無法再生，因此保護及提高大鱗片石墨產率和精礦質量是石墨選礦的重點和難點。

湖北宜昌地區鱗片石墨磨礦試驗研究，針對選廠采用五段再磨 6 次精選的工藝流程，可獲得品位為93% 左右、回收率為 91.60% 的石墨精礦；采用立式攪拌磨通過四段再磨 4 次精選閉路試驗，可獲得品位為 92.58%、回收率為 94.71% 的石墨精礦，且精礦中大鱗片石墨產量比現場高 31.62 個百分點，充分證明了立式攪拌磨對鱗片石墨的保護作用[29]。

黑龍江某鱗片石墨選礦廠進行 GJM 型棒式攪拌磨的工業試驗，在三段再磨處采用攪拌磨替代原有再磨設備，在相同條件下，采用攪拌磨再磨后浮選精礦品位提升幅度 40% 以上，研磨介質消耗僅為 50% 左右，節能降耗 25% 以上，且對大鱗片石墨的保護效果更好[30]。

3 攪拌磨的發展方向

選礦技術的提高和選礦設備的進步，使得可利用的礦物種類不斷增加、處理原礦品位逐漸降低、入選礦物的粒度下限持續下探，擴大了礦產資源的開發利用范圍，提高了礦產資源利用程度。隨著礦業的不斷發展，對攪拌磨的技術、裝備和適用性等提出了更高的要求，攪拌磨的結構和磨礦效果等仍需要提高和完善。

3.1 大型化

隨著礦產資源的不斷開發利用，貧細雜礦產資源的開發利用已是大勢所趨，且愈來愈重要，選礦廠使用大型化設備擴大生產規模，提高處理能力，以降低基建費用、生產成本等，成為了礦業發展的重點方向之一。研發大型化攪拌磨，提高單機生產能力，才能適應大規模生產的需要，但大型化的攪拌磨對設計、材質和生產應用等帶來新的挑戰，需要相關行業的協作才能完成[31-32]。

3.2 智能化

緊隨礦業生產從機械化、自動化逐步向智能化發展的趨勢，需持續研究提升攪拌磨的自動檢測、智能監測、智能控制等，以提高攪拌磨的性能和效率，使攪拌磨更加高效、節能，操作更為方便簡單、安全可靠，維護檢修更為簡便易行、省時省力。

3.3 專用型

不同的礦石在力學強度、可磨性、脆性等方面均有著較大的差異，且非金屬礦的形貌、結構與性能特點差異較大，因此針對不同類型的礦石進行力學性質、可磨性、礦物晶體形狀等的研究，細分攪拌磨的使用領域，從而針對性地開發出適宜的專用型高效攪拌磨，才能使礦石碎磨過程更加高效及節能，且滿足不同礦石磨礦的差異性、特殊性要求。

3.4 提高易損件使用壽命

磨機作為選礦廠的關鍵生產設備，其作業率和負荷率常常決定了選礦廠的生產效率和指標。部分礦石具有較高的硬度和磨蝕性，會增加攪拌器、筒體襯板的磨損以及研磨介質等的消耗，頻繁的停機更換攪拌器、筒體襯板等易損件，增加了檢修維護工作量及成本，影響選礦廠的持續均衡穩定生產。研究應用新材料、新工藝以提高攪拌器等易損件的使用壽命，且降低易損件磨蝕對礦石的污染，尤其對非金屬礦提純作業中的超細磨礦更具重要意義[33-34]。

3.5 加強攪拌超細粉碎基礎理論的研究

攪拌磨的應用，使得礦物的超細粉碎更加簡單易行，但仍需不斷研究以持續降低磨礦產品細度，且使磨礦產品粒級分布更窄。礦物顆粒的超細粉碎不僅只是礦物粒度的減小，還涉及到礦物顆粒表面電化學性質、形狀參數、表面粗糙度、晶面暴露程度和反應活性等的變化，這些變化導致了礦物顆粒可浮性及加工性能的改變，更需加強礦物超細粉碎的基礎理論的研究及生產應用[35-38]。

3.6 與高壓輥磨機組合碎磨工藝的研究

攪拌磨對入磨礦料粒度要求較細，且在磨礦中對礦粒的沖擊力小，主要用于粗磨作業后的二、三段等細磨作業。高壓輥磨機是一種新型高效節能的粉碎設備，其具有處理量大、占地面積小、能量利用率高等優點，主要用于細碎作業以降低入磨礦料的粒度，相當于部分由磨機承擔的粉碎任務由高壓輥磨機完成。將攪拌磨與高壓輥磨機組合成一種新型的碎磨工藝流程已經成為研究的新方向，相關的理論及試驗研究已經揭示其在節能降耗、降低成本、簡化流程等方面具有更大的優勢，但目前尚在試驗階段，應進一步加強研究，以實現各自技術特點、優勢的協同作用，推動碎磨生產工藝的變革及發展[39-41]。

4 結語

隨著易選的礦產資源儲量日益減少，貧細雜難選的礦產資源日趨增多，研究應用新技術及新設備成為提高礦產資源利用率的重要途徑。攪拌磨以細磨高效、節能等優點，成為了實現細粒礦物單體解離的重要保障，使得攪拌磨在金屬礦及非金屬礦選礦生產中得到了廣泛使用。但與此同時，攪拌磨還需要不斷的提高和完善，逐步擴大生產使用范圍，尤其是非金屬礦磨礦生產使用方面，并在大型化、智能化、專用型、提高易損件使用壽命等方面開展工作，以求獲得更多的技術突破及創新，以適應未來礦業開采利用發展的需要。