北矿院塔磨机

Ⅰ GJ 5×2大型双槽高强度搅拌磨机的开发与应用

吴建明¹曹永新²

（1.北京矿冶研究总院，北京 100044；2.巴斯夫矿产品（山西） 有限公司，山西朔州 036800）

摘要 GJ 5×2 大型双槽高强度搅拌磨机是国内超细物料加工中最新出现的超细磨/剥片设备，也是目前国内这一领域内最大规格的设备之一。该设备采用了双叶轮搅拌器、方断面双槽槽体和带负荷起动方法等创新技术。设备生产能力大、超细磨效率高、产品粒度细、可连续生产。该设备结构新颖，便于安装、操作和维修。该机已成功应用于某高岭土公司煤系煅烧高岭土剥片中，在1.2～1.5 t/h，的生产能力下，单机产品细度可达-2μm 85%～90%，两台串联可达-2μm 94%。

关键词 GJ 5×2 大型双槽高强度搅拌磨机；超细磨；煤系煅烧高岭土。

作者简介：吴建明（1951—），男，北京矿冶研究总院研究员，从事粉碎工程研究与开发。通讯地址：北京市西直门外文兴街1号，100044。

曹永新（1970—），男，高级工程师，巴斯夫矿产品（山西）有限公司总经理。通讯地址：山西省朔州市平鲁区，036800。

一、概述

近30年来，超细物料加工设备的研究与开发出现了持续而日益快速的发展^［1～8］。这是由于：①许多工业矿物和物料粉磨到超细粒度后，会产生更高的表面能，化学反应速度快、吸附量大、填充补强性能好、烧结温度低、且烧结体强度高，且具有独特的分散性、流变性、电性、磁性、光学性能等优良性能，从而满足特殊的应用要求，或产生高性能和高附加值的产品。因此，各种超细物料广泛应用于现代工业、高新技术产业和新材料产业等相关领域，如高性能陶瓷、微电子和信息材料、塑料、橡胶和复合材料填料、造纸填料和涂料、高性能颜料和涂料、高性能润滑材料、精细磨料、高级耐火材料、精细化工产品、高档化妆品、纺织助剂、医药和保健品等。超细物料的需求迅速增长，促使生产规模不断扩大。②随着矿物加工技术的发展，特别是细粒选矿方法的进步，已能够实现≤10μm的有效分选。这使以往难于处理的细粒嵌布的有用矿物和尾矿中有用成分的回收进入实际生产阶段，并因矿产资源的日益贫化和短缺，以及有用矿物回收利用深度和广度的日益加强而受到重视。这些新的应用或加工要求都需要采用超细磨，超细磨设备成为这一加工领域的重要而必不可少的装备。

二、国内外搅拌磨机研究与发展状况

（一）国外状况

搅拌磨机最早是由美国联合工艺公司（Union Process Inc.）于1928年发明的，该公司20世纪80年代开发的Attritor 搅拌磨机目前仍是国际知名产品。1939年美国矿山局设计制造了一种浮选前清理矿物表面的设备，20世纪50年代末至60年代初将其改进为USBM立式搅拌磨机，用于高岭土和云母剥片以及氧化铋超细磨。1948年美国杜邦公司（Du Pont）开发出了高速搅拌磨机——砂磨机，主要用于生产油漆工业颜料，使搅拌磨机获得了重大发展。20 世纪50年代日本科波塔磨机（Kopper Tower Mill）公司开发了新型的搅拌磨机——塔磨机，在超细磨和化学处理领域获得了广泛的应用。20世纪60～70年代，搅拌磨机的排矿装置得到改进，搅拌器转速不断提高。1969～1972年，美国工业矿物工艺设备公司（IMPEX）发明了专利技术——高强度超细搅拌球磨（剥片）工艺，相应研制了FMM双槽高强度搅拌磨机。该设备采用方形断面的立式槽体，具有搅拌速度高、超细磨效率高、生产能力大、可连续生产等优点，美国佐治亚州多家高岭土公司使用了这种设备。20 世纪70～80年代，国外出现了采用盘式搅拌器的搅拌磨机，特点是磨腔容积较小，搅拌器为多片圆盘组成，转速较高，圆周速度可达8～10 m/s。介质填充磨腔的60%～80%。由于磨腔容积较小，介质量也少。因此其搅拌器不仅起搅拌作用，还起研磨作用^［1］。

目前国际上有三种有代表性的先进搅拌磨机，即盘式搅拌元件的Isa磨机、螺旋型搅拌器的立式磨机（VertiMill）和棒形搅拌元件的Detritor磨机^［2］。

澳大利亚Mount Isa Mines铅锌矿和德国Netzsch-Feinmahltechnik公司共同开发的Isa磨机是一种采用卧式盘式搅拌器的高能量密度型搅拌磨机，其圆盘圆周速度高达20～23 m/s，电机功率为2.6～3 MW。其最大规格的型号为M10000，容积为10 m³，是目前世界上最大规格、功率和能力的搅拌磨机。目前已有25台Isa磨机在澳大利亚、南非、吉尔吉斯斯坦和美国等国投入使用。Isa磨机多用于精矿再磨，使用矿石作介质时可实现自磨。例如在McArthur River 矿山，第一段自磨机排料经振动筛筛出0.8～1.8mm粒级作为Isa磨机的粉磨介质，将浮选粗精矿从45μm 80%开路磨到7μm 80%。Isa磨机还可以在细磨阶段开路粉磨代替球磨机或塔磨机的闭路粉磨，例如在Kumtor金矿，从135μm 80%开路粉磨到62μm 80%，电耗不到再磨球磨机的一半，还省去了水力旋流器及其给料泵^［3］。

立式磨机即日本Kubota塔磨机公司于1950年发明的塔磨机。1979年美国MPSI公司购买了日本的塔磨机专利，称之为立式搅拌磨机，并应用于铅锌矿、金矿等工业部门。立式磨机随企业间的兼并于20世纪90年代初归瑞典Svedala集团所有，90年代末又归芬兰Metso集团所有。该磨机螺旋外缘圆周速度为3 m/s左右，介质为12～30mm的钢球，允许的给料粒度较粗，产品粒度常在10～20μm之间，多用于选矿再磨，目前应用的最大规格设备安装功率为1100 kW。

Detritor磨机也是芬兰Metso集团制造的立式搅拌磨机，搅拌棒端部线速度为11 m/s左右，介质为1～2mm左右的陶瓷微珠或砂子，最佳给料粒度为50μm左右，产品粒度可达10μm以下。目前应用的最大规格设备安装功率为355 kW，澳大利亚Zinifex Century Zinc矿山共使用了21台，其中6台用于再磨，15台用于超细磨。

（二）国内状况

20世纪80年代后期以来，我国开始引进并研制各种搅拌磨机和剥片机，主要有以下几种。

1.批量式搅拌磨机

在美国联合工艺公司200-SL型搅拌磨机的基础上，国内研制的SJ-90型搅拌磨机和ZJM型搅拌磨机等。该搅拌磨机的主要特点是：槽体为立式圆桶形，固定安装；搅拌器采用圆棒形搅拌件；搅拌速度较低，属于低强度搅拌磨机；槽体、搅拌器等磨损件采用聚氨酯衬；用循环泵使物料外循环以保证粉磨均匀；利用筒体夹层或外部冷却器对物料进行冷却。这一类搅拌磨机超细磨效率较低，规格为中小型，适于小规模批量生产，不适合大规模连续生产，是国内早期广泛制造和使用的超细磨设备。

2.BP（MB）系列剥片机和GSDM-400型搅拌磨机

为圆盘式搅拌器的立式湿法连续作业的高强度搅拌磨机。BP（MB）系列剥片机筒体内衬刚玉或聚氨酯弹性体，搅拌器外衬聚氨酯弹性体。早期产品BP80剥片机安装功率为30 kW，筒体容积0.080 m³，整机质量2.5t，需8～10台串联连续工作。后放大到MB300型剥片机，筒体容积0.3 m³，安装功率75 kW，整机质量5 t，用于处理煤系高岭土时，4台串联产量可达1.5t/h左右，产品粒度可达-2μm 90%左右。目前最大规格为BP 500型，筒体容积0.5 m³，安装功率132 kW，整机质量12.5 t。

GSDM-400型搅拌磨机结构原理与BP（MB）系列剥片机相似，筒体内衬为航空橡塑或刚玉，搅拌器外衬航空橡塑。工作方式有外循环方式、多台串联连续磨矿方式和批量磨矿方式三种。筒体容积0.408 m³，安装功率30～45 kW。用-325目的朔州煤系高岭土进行超细磨试验时，在30%的最适宜浓度下磨至-2μm 90%，处理能力约为260 kg/h^［4］。

3.螺旋搅拌磨机

为螺旋式搅拌器的搅拌磨机，筒体高径比较大，搅拌速度较低，属于低强度搅拌磨机，适用于细磨、再磨或超细磨的较粗阶段，湿式或干式作业。

4.大高径比的大型搅拌磨机

LXJM-3600大型超细搅拌磨机采用棒形搅拌器，容积为3.6 m³，安装功率为250 kW，外形尺寸（长×宽×高）为2.2 m×2.2m×8.5 m。CYM-5000大型超细搅拌磨机采用多边形筒体、盘式搅拌器，容积为5 m³，安装功率为315 kW，外形尺寸（长×宽×高）为2 m×2 m×11 m。这两种磨机都是近几年问世的，具有较高的搅拌磨强度和生产能力。

三、GJ5×2大型双槽高强度搅拌磨机的研制与应用

（一）设备的基本结构

研制的大型双槽高强度搅拌磨机型号为GJ5×2，主要由槽体、电动机、减速器、皮带传动装置、隔离筛、搅拌器和电控柜等部件组成。槽体由底部连通的两个相同尺寸的立方体形槽子组成，容积共10 m³。两槽中一个用作预磨，设有给料口；另一个用作精磨，设有隔离筛和排料口。槽体内装有8～10 t粒度小于5mm的粉磨介质，介质和矿浆体积占磨腔容积的60%左右。每个槽内设有一套搅拌器，槽上方各有一套驱动装置。两槽底部各设有一个卸料口和压缩空气入口。槽顶部设有排气管。制造完成后的设备外观见图1。

表1 GJ5×2 大型双槽高强度搅拌磨机主要技术性能指标

（三）应用效果

GJ5×2大型双槽高强度搅拌磨机的研究设计工作从1997年开始。1999年7月，第一台GJ5×2大型双槽高强度搅拌磨机在北京矿冶研究总院制造厂制造完成，并进行了带负荷出厂试验，达到了设计的机械性能。2000年1月，该设备在巴斯夫矿产品（山西）有限公司的前身——山西省朔州市平朔高岭土厂进行了连续72 h的煤系煅烧高岭土剥片单机满负荷试验，达到了预期的技术性能指标，取得了理想效果。自2002年5月起，该设备在巴斯夫矿产品（山西）有限公司正式投入生产。

1.工艺流程和物料

原料为煤系硬质高岭岩，在长期生产中来源于数个产地，性质有所不同，经常将不同产地的原料混合使用。原料经颚式破碎机破碎，然后由雷蒙磨干磨到-45μm，在调浆槽中与水和六偏磷酸钠分散剂配制为浓度45%左右的料浆供给搅拌磨机。

第一台GJ5×2大型双槽高强度搅拌磨机作为粗磨机使用，而用MB（P） 80型剥片机作为细磨机。以后GJ5×2大型双槽高强度搅拌磨机逐渐增多，最后增加到6台。这时不仅作为粗磨机使用，也作为细磨机使用，采用非常灵活的连接方式，可以两台串联、三台串联或一台与多台MB（P） 80型剥片机串联。

2.单台应用效果

2002年5月，第一台GJ5×2大型双槽高强度搅拌磨机投入使用，并进行了考察。考察中GJ5×2大型双槽高强度搅拌磨机的给料量每30 min测定和调整一次并作记录，其排料粒度每60 min取样一次，4次合为一批测定。考察结果表明，GJ5×2大型双槽高强度搅拌磨机产品粒度达到-2μm 85%～90%，生产能力达到1.5 t/h左右。在随后的长期生产中，由于原料的不同，物料性质有所波动，生产能力也随之变化，在较难磨物料的情况下，生产能力可保持1.2 t/h左右，达到了设计指标。

3.两台串联的应用效果

由于第一台GJ5×2大型双槽高强度搅拌磨机的成功应用，巴斯夫矿产品（山西）有限公司又陆续添置了几台该设备，最后达到6台。这时采用非常灵活的连接方式，可以两台串联、三台串联或一台与多台MB（P） 80型剥片机串联。

当两台GJ5×2大型双槽高强度搅拌磨机串联工作时，随着原料性质的变化，生产能力为1.2～1.5 t/h，最终产品粒度在-2μm 94%左右。这个指标与两个系列的MB（P） 80 剥片机（每个系列由11台串联，10台运转，1台备用）的生产指标相同。由此可见，一台GJ5×2大型双槽高强度搅拌磨机相当于10台MB（P）-80剥片机。

（四） GJ5×2大型双槽高强度搅拌磨机的优越性

1.设备数量少，简化流程

一台GJ5×2大型双槽高强度搅拌磨机可代替10台MB（P）-80 剥片机，大幅度减少了设备数量，简化了流程。同时减少了操作人员数量，减轻了操作人员的劳动强度。

2.节能

GJ5×2大型双槽高强度搅拌磨机有明显的节能效果。该设备每台功率仅为150 kW，而MB（P）-80剥片机每台功率为30 kW，10台共300 kW。考虑到两者不同的负荷率，前者比后者节能30%左右。

3.减少占地面积

安装10台MB（P）-80剥片机的场地上可以安装2.5台GJ5×2大型双槽高强度搅拌磨机。按同等生产能力计算，前者占地面积只有后者的40%。

四、结语

通过深入调研和精心的研究设计，成功开发了GJ5×2大型双槽高强度搅拌磨机。该设备采用了双叶轮搅拌器、方断面槽体双槽结构、压缩空气负荷启动方法等创新技术。设备用于巴斯夫矿产品（山西）有限公司煤系煅烧高岭土剥片，在给料粒度为-45μm、生产能力1.2～1.5 t/h的情况下，单台产品粒度可达-2μm 85%～90%，两台串联产品粒度可达-2μm 94%。该设备具有生产能力强、超细磨效率高、产品粒度细、可连续生产、节约能耗等优点。该设备的应用减少了设备数量，简化了流程，减少了操作人员数量，减轻了操作人员的劳动强度，可减少占地面积和基建投资。该设备整体结构和外形尺寸合理，便于安装、操作、维修。该设备是目前国内最大规格的超细磨设备之一，充分发挥了其大型设备在大规模生产中的优越性。

参考文献和资料

［1］吴建明，米建国.GJ5×2大型双槽高强度搅拌球磨机（剥片机）用于高岭土剥片的研究［J］.中国非金属矿工业导刊，2001（3）：15-17，33

［2］Gao M，Holmes R，Pease J.The latest developments in fine and ultrafine grinding technologies［A］.Processing of theⅩⅩⅢinternational Mineral Processing Congress（Volume 1）［C］.Istanbul：Primed Advertising Agency，2006.30-37

［3］Pease1 J，Anderson G，Curry D，et al.Autogenous and Inert Milling Using the IsaMill［A］.International Autogenous and Semiautogenous Grinding Technology 2006［C］.Vancouver，Canada.2006（9） Vol.2：230-244

［4］吴建明.GJ5×2大型双槽剥片机及其在高岭土剥片中的应用［J］.中国粉体技术，2003，9（2）：41-43，48

［5］丁浩.湿式搅拌磨细磨煤系高岭土的实践和微粉加工工艺［J］.中国非金属矿工业导刊，1999（3）：14-17

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［7］徐星佩.高岭土深加工技术与发展方向［A］.中国选矿科技情报网等.见：第七届全国粉碎工程学术会议论文集［C］.1999.49-55

［8］张鸿源.煤系高岭岩生产高级造纸涂料有关工艺和设备的商榷［A］.见：中国选矿科技情报网等.第七届全国粉碎工程学术会议论文集［C］，1999，66-77.

The Development and Application of GJ 5×2 Large Scale and High intensity Stirring Mill with Double cells

Wu Jianming，Cao Yongxin

（Beijing General Research Institute of Ming and Metallurgy，PC：100044，Beijing，China）

Abstract：GJ5×2 large-scale and high intensity double cells stirring mill is a newest and largest kind of superfine grinding/delaminating equipment in China.The stirring mill is equipped with inaugurated technologies such as the stirrer with double impellers，the bin with double cells in square section and the method of loaded starting by high-pressure air.The stirring mill characterizes with larger throughput，higher efficiency in superfine grinding，finer proct size and continuate proction，the human-friendly structure and dimension convenient for installation，operation and maintenance.The stirring mills had been used successfully for delamination of coal-series calcined kaoline in bast Minerals Procts（Shanxi）Limited Company with the results of-2μm 85% -90% of proct size in single mill and-2μm 94%in serial two mills with the throughput of 1.2-1.5 t/h.

Key words：GJ5×2 large-scale and high intensity double cells stirring mill，superfine grinding/delaminating，coal-series calcined kaoline.

Ⅱ 常用的粉磨设备有哪些

磨矿机一般处理的物料粒度较小，产品也细，可达0.074mm 或更细。它是靠夹在介质（钢介质或非金属介质） 之间的矿粒，受到冲击和磨剥作用而完成粉碎的。按所得产 品细度分为粗磨（1-0.3mm） 、细磨（0.1-0.074mm ）和 超细（微）磨（通常指生产1-10um或更细的粉体物料）。 磨矿机按用途及特点大体分为如下类型：
1.球磨机。筒体是筒型或锥型，用金属球做磨矿介 质，按排料方式又分溢流型和格子型。球磨机在选矿厂广泛 用来磨细各种矿石。
2.棒磨机。筒体为长筒型，以金属棒做磨矿介质，由 于选择性磨碎作用，产品粒度均匀，多用于重选厂。
3.砾磨机。无钢介质磨矿，借助于各种尺寸的砾石或 硬岩石块磨细矿石。
4.自磨机。在短筒内矿石靠自身的相互冲击、磨剥而 粉碎。矿石即是磨矿介质又是被磨物料。为了改进自磨效 果，有时向筒体内加少量（2%-8% ）的钢球，称为半自 磨。自磨机的粉碎比大，可大大简化粉碎流程。 5.超细粉碎设备。这类设备目前主要用于非金属矿的 深加工，包括机械式和气流冲击式两大类。机械式超细粉碎 设备是靠高速旋转的各种粉碎体（锤头、叶片、齿柱等）来 碰撞因离心力而分散在粉碎室内壁处的粗矿粒或者赋予这些 矿粒以线速度，使颗粒相互发生冲击碰撞。这类设备包括振 动磨机、搅拌磨机、悬辊粉碎机（雷蒙磨）、塔式磨机、胶 体磨机、离心磨机和高压（挤压）盘磨机等。气流式超细粉 磨设备是利用高压气流（压缩空气或过热蒸汽），使物料相 互冲击（碰撞）摩擦及剪切作用实现粉碎的。产品粒度一般 可达1-5um或更细。这类粉碎机已有扁平式气流粉碎机、 循环管式气流粉碎机、喷射磨矿机等。这些粉磨设备主要用 于物料的超细磨。