如何選擇最合適的非金屬礦超細粉磨設備?
2021-06-29
1 引言
對于非金屬礦行業，突出的特點是礦產品種具有多樣性，同一礦產的超細粉品種要求各不相同。同時就造成了目前的超細粉碎設備單機多，主機多，設備成套性差，制造廠家以小廠為主的局面。由于工藝的要求，超細粉碎機械各具特色，各廠家及其科研人員已經付出了很大的心血和代價，為我國的超細粉制造設備的崛起做出很大的貢獻。但從根本上講，技術力量薄弱，引進的沒能力消化；消化的不透，難以吸收，無力改進；具有獨立研制開發能力的廠家，更是寥寥無幾。有的設備吃軟不吃硬，有的產量很低，能耗很大等等。
面對上述問題，本文試圖通過產品性能要求與設備選擇、投資總額與設備選擇、比能耗與設備選擇、加工雜質的去除問題等討論，以期妥善處理非金屬礦物的超細粉加工過程中，加工設備、產品品質、成本、礦產利用率諸方面的問題。這里，產品性能對設備的選擇約束是最基本的，也就是說破磨的基本原理是設備選擇時要特別分析的。同時也為制造商的設備改進提供有益的借鑒。
2 超細粉產品性能要求與設備選擇
眾所周知，在礦物的加工過程中，超細粉產品性能與采用的加工工藝過程、使用的加工設備、制定的操作規程等密不可分。采用的工藝過程、使用的加工設備、制定的操作規程不同，便會得到不同的礦產利用率、不同的生產成本、不同的產品品質，不同的經濟效益。
非金屬礦產品基本上全是最終產品，雖然其加工工藝的目的，也要求將有用的非金屬顆粒與其它雜質解離，但它更注意直接加工出的最終產品的品質特性。因此，應該針對具體的原礦礦物的產地、形成、組份、結構、產品要求等，慎重研究工藝過程、選擇設備、制定操作規程等。對這個問題的松懈，必將導致投資不小、效益甚微、失去機會、品牌和市場。有的還是損失慘重，這一方面的實例已有不少。
根據產品品質、加工工藝參數、設備的基本工作原理，加工設備的選擇原則主要有：非金屬顆粒在加工機械中被破碎的方式、加工機械使用的動力源、制造加工機械使用的主要材料等。為此，簡單論及幾種設備的特性，以便比對。
氣流磨（圓盤式、對噴式、硫化床式、?）的基本工作原理是利用高壓氣體攜帶被加工礦物顆粒在粉碎腔內劇烈碰撞、摩擦等達到粉碎的目的, 參見圖1(a)。工作原理決定了入料粒度、物料硬度、氣流速度、碰撞方式、出料粒度極限等，從而決定了破磨效率和產品品質。由于使用的破磨動力為氣體，使得能量利用率大大降低。將自然狀態的空氣經壓縮機壓縮，把電能或化學能（發動機）轉化為壓縮氣體的能量，在經過氣體的雜質處理（油污、水份等），進入粉碎腔釋放能量做功，此后的氣體能量無法循環利用。這些過程造成該設備能量利用率相當低。高壓氣體攜帶被加工礦物顆粒在粉碎腔內劇烈碰撞、摩擦等達到粉碎的目的，使得破碎比不可能太大，即使施加極高的氣壓，效果也不會明顯改變。這便造成氣流磨入料粒度的前期準備投入很大，污染通常在此產生。氣流磨粉碎腔體積不大，可以使用價格貴的非金屬材料加工而成，以便避免破碎時對物料產生污染，因此氣流磨主機可以加工純度很高的超細粉產品。氣流磨對產品產生的污染來自前期工序。碰撞產生的產品粒形的球形度較差。
攪拌磨（棒、螺旋、球介、?）的基本工作原理是利用攪拌棒與磨削介質之間的剪切力、擠壓力加工產品。研磨產生的熱量極大，通常用于干法磨礦時熱敏感礦物難于使用。脆性材料的抗磨能力很大，加之動力是通過攪拌棒傳遞給研磨介質和被磨物料，用于破磨物料的能量少，主要表現為發熱。通常的攪拌磨體積較大，采用的材料多為金屬，為了避免污染，必須使用非金屬襯板和非金屬介質，同時使得物料所經過的通道均不得和金屬接觸，這一點容易達到。分級時，需另加動力系統和設備。該類機型用于濕法加工效果較好，但干燥粉體所需的成本很大。加工中帶入的雜質難以處理。
雷蒙磨（立磨、輥磨、盤磨、．．．）的基本工作原理是利用碾壓作用力，參見圖1(b)。無論是碾壓滾的安裝方式為水平布置、鉛直布置、帶有傾角布置等，也不管碾壓滾輔助以機械或液壓形式的壓力來提高破碎力，都存在兩個問題。一個是碾壓滾與支撐盤面之間形成的咬合角度，決定了被破碎物料由摩擦力而被鉗咬的入料粒度大小。超過咬合角的入料粒度，無論碾壓滾施加多大的壓力，不但不能破碎物料，反而會增加滾前的物料堆積波和碾壓滾的跳躍造成的碎盤現象。二是隨著物料的細化，碾壓滾下接觸面上物料顆粒的數量增加，單個物料顆粒所承受的破碎力急劇減少，大大降低了設備的加工能力。碾壓滾施加過大的壓力，給雷蒙磨零部件的材料選擇、動力性能的合理運用和能量消耗帶來難于逾越的困難。雷蒙磨（立磨、輥磨、盤磨、．．．）的工作系統材質選擇受到工作方式的限制，剔除加工摻入的雜質成為極其困難的事情。由于難以使用大體積的非金屬材料制造碾壓零件，雜質混入量較大，且難以去除。分級需另加動力系統和設備。
高速沖擊磨（錘式、風扇式、．．．）的基本工作原理是利用設備的高速沖擊力擊打物料，并通過反擊板的二次沖擊使物料破碎。用劇烈碰撞、摩擦等達到粉碎的目的，這會隨著物料的細化使得破碎能力急劇降低。而且轉子與定子間的間隙會因磨損而發生變化，造成破碎粒度放大。轉子的速度提高有利于破碎獲得更細得物料顆粒，但轉子動力學問題給制造和使用帶來很大的麻煩，加工硬度大的物料成為困難。沖擊碰撞獲得得物料球形度和流動性很差。同樣，工作系統材質選擇受到工作方式的限制，難以使用大體積的非金屬材料制造沖擊零件，剔除加工摻入的雜質成為極其困難的事情。
振動磨（立式、臥式、?）的基本工作原理是利用破磨介質的沖擊、研磨、剪切、擠壓等多種復雜的施壓方式使物料破碎, 參見圖1(c)。施壓的大小可通過激振系統調節，物料獲得的破磨幾率可以通過激振頻率、筒體幾何尺寸、介質配比等的調節而改變。由于機器結構與強度的原因，消耗無用功的機器自重給啟動功率和能量利用率帶來麻煩，但合理的介質共振應用可以提高效率，確給共振工作點穩定控制帶來問題。由于破磨方式多樣，破磨結構的材質選擇自由，給非金屬礦加工帶來極大的方便。可加工細粉與超細粉，對物料硬度適應性極強，而且粒型好，粒度分布均勻和可以調節。為了避免污染，使用非金屬襯板和非金屬介質，同時使得物料所經過的通道均不得和金屬接觸，這一點容易達到。分級時，需另加動力系統和設備。
通過設備基本工作原理的分析，可以獲得適合超細粉產品性能要求的設備選擇基調。
3. 投資總額與設備選擇
1） 原料硬度，由設備的工作原理可見，原料硬度是設備選擇的關鍵，由此造成設備的主機、輔機、基建投資、運行費諸多方面的投資。若用雷蒙磨加工超細石英粉，需要加壓（液壓或機械式）系統施加足夠的壓力是物料粉碎，壓力的提高增加了設備的制造成本和運行成本，尤其是魔棍與磨盤的可靠性大大降低，加壓系統的故障率增加，設備停機和維修費用急劇上升。
2） 產品粒度與粒形，產品粒度及其分布與產品粒形是非金屬礦產品工業應用中最基本、最重要的指標之一，產品粒度分布雖然主要取決于分級設備，但是，破磨設備在加工期間派出的物料顆粒組分會大大制約分級效率與設備生產率，從而使得投資總額發生很大變化。粒形與破磨方式的相關性更加密切，比如：用高速沖擊方式加工球形度要求高的超細粉是不可能的，因為球形度高的顆粒是需要研磨加工方式的。因此，氣流磨在此方面的能力是相當弱的。低的球形度會造成超細粉體后續加工時，其物料流動性差而造成粉料混合性能低下和均勻度降低。粒度與粒形的控制是通過什么設備，是通過一段磨還是多段磨，每次破磨的破碎比十多大合理等，都極大的影響著投資總額的大小。
3） 雜質特性，雜質特性是非金屬礦加工的最大忌諱和困難。處理雜質是投資總額中難以解決的問題。可以將雜質分為兩種形式，一種是原生雜質，另一種是加工過程中摻入的外來雜 質。對于前者，可以采用對原礦進行精細挑選等方式盡量提高原生礦的純度，也就是在第一道工序中，采用對原生礦進行去雜的設備，盡量將雜質排除在后續加工以外，以大大降低后續處理的成本，并獲得盡量高的產品品質，從而得到高的銷售收入和投資收益。對于后者，則應在設備與物料接觸的所有部位，毫不放松地采取嚴格的隔離措施，隔離方式、設備、使用的隔離材料及其成本不是一個小數目。尤其是裝載與運輸設備的隔離選擇，往往被忽視。
非金屬礦物加工所得的產品，最致命的缺陷是雜質及去除問題，從一開始就應該引起極其高度的重視。在礦物開采中帶入的雜質，為后續的分離、分揀、加工、去雜帶來極高的代價，大大提升了生產成本，這一點一直沒有引起加工企業的重視。粗放式的開采方法，不但極大地浪費了一次性資源，而且污染了環境，給最終產品的性能提高帶來了無法補救的后患。因此，開采與運輸設備的選擇都應該特別注意雜質的侵入。
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