刘建强 周宏喜

摘 要：本文主要介绍立磨机的基本结构和工作原理，重点阐述装机功率为355 kW的KLM-355型立式螺旋搅拌磨机（简称立磨机）用于云南某铝土矿细磨作业中的工艺概况。在入磨粒度-74 μm约占70%、系统新给矿浓度为25%～40%的条件下，最终产品粒度-74 μm的占比高于97%，且设备运行平稳、机械性能稳定，磨矿性能达到了生产要求。355 kW立磨机用于铝土矿的细磨作业，可以提高矿物单体解离度，为后续烧结作业提供合格的原料。

关键词：立磨机;铝土矿;细磨

中图分类号：TD453文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）14-0067-04

Abstract： In this paper， the basic structure and working principle of the vertical mill are introduced， and the process of the KLM-355 vertical spiral agitating mill with installed power of 355 kW used in the fine grinding of a certain bauxite in Yunnan Province is described. Under the conditions that the particle size of the final product is -74μm is higher than 97%， the equipment runs stably and the mechanical properties are stable， and the grinding performance meets the production requirements. The 355 kW vertical mill used for fine grinding of bauxite can economically improve the degree of mineral monomer dissociation and provide qualified raw materials for subsequent sintering operations.

Keywords： vertical mill machine;bauxite;fine grinding

石油开采时，石油支撑剂随同高压溶液进入地层充填在岩层裂隙中，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合的作用，从而保持高导流能力，使油气畅通，增加产量。20世纪80年代初，我国石油压裂支撑剂采用天然石英砂。20世纪80年代中期，我国石油压裂支撑剂主要采用电熔喷吹铝矾石。20世纪90年代中期，烧结陶粒在我国部分地区开始应用，其主要由生铝矾土烧制而成。对于含铁较高的铝土矿除铁去杂后产出与天然石英砂类似的人造烧结石油支撑剂，可实现我国贫、细、杂矿产资源的高效综合回收利用。

传统卧式球磨机存在占地面积大、噪声高以及效率低等缺点，应用于矿山选矿厂二段磨矿流程或细磨作业中，使得能耗高、过磨及欠磨的缺点更加突出，难以满足贫、细、杂矿物细磨的迫切需求。近年来，立磨机在金属矿的再磨、细磨作业中得到了广泛应用。同等条件下，立磨机比球磨机节能30%～50%，介质消耗节约40%～50%，同时具有噪声低、占地面积小以及故障率低等优点。

1 立磨机的工作原理及结构

立磨机工作时带动螺旋搅拌机构旋转，促使研磨介质与物料间产生有序的多维循环运动。在螺旋叶片的上表面，研磨介质在螺旋上做螺旋式上升和离心运动;在磨机腔体内侧和螺旋叶片的空隙间，研磨介质螺旋式下降。矿物颗粒和研磨介质间受力不均产生速度梯度，使得矿物被强力挤压、磨削及微剪切等，從而实现矿物颗粒的高效碎磨[1-4]。KLM型立磨机及基本结构组成如图1所示，主要包括电机、减速机、支架、筒体及螺旋体。

立磨机通常与水力旋流器组成闭路磨矿系统，通过调节旋流器与磨机间的循环负荷比，可以改变物料在磨机腔体内的停留时间，实现大颗粒物料高效研磨。一般的工艺流程有上部给矿、上部排矿和下部给矿、上部排矿两种，如图2所示。

图2（a）为上部给矿、上部排矿工艺。待磨矿物和新补水先给入调浆槽调制成合适的入磨浓度，之后从磨机上部的给矿口进入磨机腔体内。入磨机后，细粒物料从上部溢流口排出并进入水力旋流器的给矿泵池，之后进入旋流器分级。粒度合格的物料进入下一作业，粗粒矿物则从旋流器沉砂口返回磨机的给料搅拌槽，并返回磨机内部继续研磨，直至合格为止。

图2（b）为下部给矿、上部排矿工艺。待磨矿物和新补水先进入水力旋流器的给矿泵池，之后进行粒度分级。合格的产品从旋流器的溢流口排出进入下一作业，粗粒矿物则从旋流器沉砂口排出，再从磨机下部的给矿口进入磨机腔体中。经高强度研磨后，细粒级物料从上部的溢流口排出，再次返回旋流器给矿泵池进行粒度分级。

2 355 kW立磨机在铝土矿细磨中的应用

云南某铝业公司对现有的石油压裂支撑剂项目生产线进行改造，新建一铝土矿选厂。该地区铝矾土原矿具有高铝、高铁以及低硅特点。矿石中，Al2O3品位约为55%，铁品位为18%～19%。作为石油压裂支撑剂的生产原料，要求铝矾土原料中的Fe含量不超过6%，故该原矿无法直接用于生产，需经选别处理后得到满足石油压裂支撑剂制作的原料。

2.1 再磨系统工艺流程

原矿处理量为25 t/h。碎矿采用两段一闭路工艺，磨矿工艺为两段，经2436球磨机粗磨后，再经一弱三强磁选作业回收-200目的铁精矿，其余物料经再磨系统细磨处理，工艺流程如图3所示。再磨作业采用一台北矿机电研制的KLM-355型立磨机，装机功率为355 kW。该机与FX-125×20旋流器组构成闭路磨矿系统，设计时的处理量为18 t/h，给料粒度-74 μm占55%～60%，溢流产品粒度-38 μm含量大于98%。

图4（a）为再磨系统采用底部自流给矿。旋流器沉砂通过高位自流进入立磨机的底部，经高强度研磨后，物料从上部排出并进入旋流器的给矿泵池，经矿浆泵给入旋流器分级处理。旋流器溢流为粒度合格的产品，然后继续进行浓缩处理。图4（b）为北矿机电科技有限责任公司生产加工制作的KLM-355立磨机现场使用场景。

2.2 立磨机机械性能考察

2017年9月设备安装完毕具备调试条件。9月20—26日设备连续开机运行，初始添加研磨介质量减少至正常添加量的70%。设备运行期间，主电机轴承、减速箱高速端轴承、主轴滚动轴承和滑动轴承的温升均不超过15 ℃，减速箱油温的温升不超过15 ℃。图5为主要转动部件在带矿运行时的噪声监测数据，可见1 m范围内测得噪声都低于90 dB（A）。其中：高速端联軸器为齿式结构，工作时噪声较大;行星减速箱的噪声最低，数值都在82 dB（A）以下，与传统球磨机相比，噪声低20～30 dB（A），大大提高了设备操作人员的工作舒适性。设备整体运行平稳，机械性能稳定。

2.3 立磨机磨矿性能考察

立磨机完成空载试运行，带载试运行的机械性能考察合格后，给入矿浆进行磨矿性能考察。因后续支撑剂生产线无法同步调试，同时考虑到产品生产成本、市场需求等因素，对铝土矿精矿粒度要求下调至-74 μm占95%[5]。设备调试期间因给矿不稳定，出现几次停机情况，且设备停机后没有排出内部的矿浆和磨矿介质，具备开机条件后均实现了带载启动[3]。

带矿运行基本稳定后，对细磨系统的物料浓度和细度进行考察分析。图6和图7为某一取样时间段内再磨系统新给矿（旋流器给矿）与旋流器溢流的矿浆浓度和粒度数据。从图6可以看出：再磨系统新给矿（旋流器给矿）的给矿浓度在25%～40%变化，稳定性不佳;给料中-74 μm含量在70%上下浮动，粒度相对稳定。经过立磨机研磨和旋流器分级后，溢流产品的粒度-74 μm含量基本在97%以上，溢流产品的浓度在10%～15%，如图7所示。现有的工艺条件下，产品中-74 μm含量提高了25%，物料细度满足生产需求。客户可根据产品的需求适时调整立磨机的工艺参数，以达到最佳的磨矿效果，提高立磨机的入磨浆料浓度和研磨介质的添加量，进而提高磨矿效果。设备投入运行一年多，机械性能良好，运行稳定，没有出现异常情况，磨矿指标完全满足现场生产要求。

3 结论

①立磨机与卧式球磨机相比具有占地面积小、振动小、噪声低等优点，更适用于物料的细磨。同等条件下，它比球磨机至少节能30%，介质消耗节约40%～50%，且物料过磨和欠磨问题显著降低。

②铝土矿再磨流程中，给矿粒度-74 μm占70%，细磨后最终产品的粒度-74 μm占97%，产品中-74 μm的含量平均提高25个百分点。

③KLM型立磨机具备带负载启动的能力，设备停机后无须卸球，可显著提高设备的作业率，大大降低了操作人员的劳动强度。

综上所述，北矿机电科技有限责任公司研发的KLM型立磨机在铝土矿细磨中应用效果表明，KLM型立磨机设计合理、机械性能稳定、安全可靠，能够满足金属矿山再磨和细磨作业的生产要求。

参考文献：

[1]卢世杰，周宏喜，何建成，等.大型立式螺旋搅拌磨机研究及CFD数值模拟分析[C]//2014年全国选矿新工艺、新技术、新装备集成创新交流成果会论文集.北京：中国有色金属学会，2014.

[2]周宏喜，卢世杰，何建成.立磨机磨矿机理研究[J].中国矿业，2014（5）：146-153.

[3]MATTHEW D S，PAUL W C，ROB D M.Is media shape important for grinding performance in stirred mills[J].Minerals Engineering，2011（24）：138-151.

[4]何建成，卢世杰，周宏喜，等.基于离散单元法立式螺旋搅拌磨机内介质运动学研究进展[J].有色金属（选矿部分），2018（1）：90-93.

[5]周宏喜，卢世杰，何建成，等.KLM型立磨机在金属矿中的应用[J].有色金属（选矿部分），2019（3）：73-77.