在礦物加工領(lǐng)域，常規(guī)普通臥式球磨機(jī)由于采用沖擊粉磨方式進(jìn)行磨礦，應(yīng)用于礦物的細(xì)磨或超細(xì)磨，能量利用率低，磨礦能耗費(fèi)用是相當(dāng)高的。攪拌球磨機(jī)采用摩擦研磨施力為主的磨礦，而摩擦研磨是細(xì)磨或超細(xì)磨礦最有效的粉磨方式，能量利用率高。最近十幾年來(lái)超細(xì)攪拌球磨機(jī)得到了迅速的發(fā)展，在冶金、礦業(yè)、非金屬礦物材料、化工、陶瓷和新材料領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用。超細(xì)攪拌球磨機(jī)是一種高效節(jié)能的超細(xì)粉碎設(shè)備，隨著攪拌球磨設(shè)備的大型化和攪拌球磨技術(shù)的不斷完善，攪拌球磨機(jī)將在金屬礦山再磨或細(xì)磨作業(yè)中越來(lái)越普遍應(yīng)用。大型螺旋攪拌球磨機(jī)將在金屬礦山再磨或細(xì)磨作業(yè)中越來(lái)越普遍應(yīng)用，富通新能源銷售球磨機(jī)、雷蒙磨粉機(jī)等磨機(jī)機(jī)械設(shè)備。
1立式螺旋攪拌磨礦機(jī)的基本原理和技術(shù)特點(diǎn)
立式螺旋攪拌磨礦機(jī)的結(jié)構(gòu)由筒體、螺旋攪拌器、傳動(dòng)裝置和機(jī)架等組成，見(jiàn)圖l。筒體內(nèi)充滿一定的磨礦介質(zhì)（鋼球、瓷球和礫石）。螺旋攪拌器經(jīng)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)作緩慢旋轉(zhuǎn)，磨礦介質(zhì)和物料在筒體內(nèi)作整體的多維循環(huán)運(yùn)動(dòng)和自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，物料在磨礦介質(zhì)質(zhì)量壓力和螺旋回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的擠壓力下利用摩擦，少量的沖擊擠壓和剪切被有效地粉磨（圖2）。
由于立式螺旋攪拌磨礦機(jī)具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)，因此具有如下顯著特點(diǎn)。
(1)磨剝離。粉磨作用以磨剝離為主，少量的沖擊和剪切作用。這樣可以保持物料原有品格形狀，充分利用能量有效研磨物料。因?yàn)樵诩?xì)磨和超細(xì)磨礦中，摩擦研磨磨礦是最有效的粉磨方式。
(2)擦洗。采用小介質(zhì)球，快速研磨浮選精礦、中礦或尾礦，可搓洗有用礦物表面粘附的雜質(zhì)，為浮選提供良好的選別環(huán)境，顯著提高精礦品位和回收率。
(3)分層研磨。在磨礦區(qū)域，介質(zhì)表面壓力是由介質(zhì)質(zhì)量壓力和離心運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的擠壓力組成，因?yàn)檗D(zhuǎn)速低，介質(zhì)表面壓力可近似為介質(zhì)質(zhì)量壓力。
介質(zhì)表面壓力從磨機(jī)簡(jiǎn)體由上到下逐漸增大，在介質(zhì)充填的最底層磨礦作用最強(qiáng)烈。粗顆粒由于沉降在磨機(jī)筒體下部而得到有效磨礦。
(4)內(nèi)部分級(jí)。濕法磨礦時(shí)，在介質(zhì)充填之上是攪拌分級(jí)區(qū)域，物料按自然沉降和離心沉降分級(jí)，減少了過(guò)粉磨。
(5)獨(dú)有的介質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。介質(zhì)的均衡運(yùn)動(dòng)，介質(zhì)的多維運(yùn)動(dòng)和介質(zhì)的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)把攪拌器傳輸?shù)哪芰烤鶆驈浬⒌匮心ノ锪稀?br />
2立式螺旋攪拌磨礦機(jī)的設(shè)計(jì)研制
由于影響立式螺旋攪拌磨礦機(jī)的磨礦過(guò)程因素很多，例如被磨物料的性質(zhì)和被磨物料所處的狀態(tài)、希望產(chǎn)品細(xì)度、以及機(jī)械結(jié)構(gòu)諸因素等。單純從理論上進(jìn)行設(shè)計(jì)還不太可能。進(jìn)行必要的理論分析和數(shù)值模擬分析，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室磨機(jī)的大量試驗(yàn)，包括各種機(jī)型和物料的細(xì)磨再磨試驗(yàn)，結(jié)合選礦工藝精選的試驗(yàn)考察，再借鑒已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)的工業(yè)型磨機(jī)所獲得的大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，經(jīng)濟(jì)地確定大型立式螺旋攪拌磨礦機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和參數(shù)。
2.1立式螺旋攪拌磨礦機(jī)流場(chǎng)斂值仿真分析
采用計(jì)算機(jī)流場(chǎng)數(shù)值模擬技術(shù)與傳統(tǒng)分析相結(jié)合的放大設(shè)計(jì)原則。首先根據(jù)傳統(tǒng)分析，接應(yīng)力強(qiáng)度、能量輸入放大原則，即從攪拌器結(jié)構(gòu)、攪拌器軸功率和所需研磨滯留時(shí)間出發(fā)，按相似比例放大基準(zhǔn)設(shè)計(jì)大型超細(xì)攪拌磨機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)，然后進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬出磨機(jī)內(nèi)流場(chǎng)速度分布、速度梯度等相關(guān)信息，見(jiàn)圖3。進(jìn)行綜合分析優(yōu)化其結(jié)構(gòu)和參數(shù)，確定立式螺旋攪拌磨礦機(jī)的優(yōu)化機(jī)型（如螺旋參數(shù)，轉(zhuǎn)速及間距等）。
2.2大型立式螺旋攪拌磨礦機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)
(1)簡(jiǎn)體。簡(jiǎn)體高度影響介質(zhì)表面壓力，介質(zhì)表面壓力隨簡(jiǎn)體高度增加而逐步增大，當(dāng)超過(guò)一定高度后，變化極小。根據(jù)國(guó)外設(shè)備的基本情況及我們的大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，筒體徑高比取1：3一1:4。筒體襯板采用高合金鋼、橡膠襯板或剛玉襯，特殊行業(yè)可根據(jù)具體作業(yè)要求設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)體上須合理設(shè)置有獨(dú)特方便的給料口、排料口、排球口及清洗口等。簡(jiǎn)體在是否設(shè)置大開門的問(wèn)題上，20世紀(jì)80年代中期進(jìn)行了詳細(xì)的方案分析和比較’JM -1200型以下均不必設(shè)置大開門，主要解決了密封問(wèn)題，更換螺旋體需拆卸螺栓過(guò)多而且生銹（礦漿有腐蝕性更差）．直接從上部松開8個(gè)螺栓即可吊出更換，極為方便，經(jīng)大量設(shè)備應(yīng)用證明符合我國(guó)國(guó)情，受到礦山一線技術(shù)人員和工人好評(píng)。
(2)螺旋攪拌器。螺旋攪拌器是該設(shè)備的關(guān)鍵部件，采用組裝螺旋體結(jié)構(gòu)和螺旋環(huán)片結(jié)構(gòu)，較好地解決了啟動(dòng)問(wèn)題和磨損問(wèn)題。螺旋參數(shù)，包括螺旋外徑，螺旋導(dǎo)程和螺旋頭數(shù)是影響整個(gè)磨機(jī)的性能參數(shù)。在大量的試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行了正確地確定，而不是簡(jiǎn)單地、機(jī)械地仿造。螺旋外徑的確定原則是螺旋外徑至筒體內(nèi)壁的間隙應(yīng)滿足不卡球，充分利用能量傳送給介質(zhì)球運(yùn)動(dòng)和筒壁磨損低。該間隙大小還與轉(zhuǎn)速、介質(zhì)尺寸和螺旋升角有關(guān)。螺旋升角直接影響介質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，確定的原則應(yīng)是介質(zhì)徑向速度和切向速度的比例分配。螺旋升角在螺旋面上自內(nèi)向外逐漸變小，設(shè)計(jì)時(shí)一般取螺旋中徑處升角：
式中，A。為螺旋中徑處升角；L為螺旋導(dǎo)程；d。為螺旋中徑。
螺旋頭數(shù)的選擇主要考慮了能量的輸送頻率，同時(shí)也考慮了螺旋體的受力情況及設(shè)備穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)時(shí)采用雙頭螺旋，解決了受力均勻和整機(jī)穩(wěn)定可靠，振動(dòng)小和噪音低。
螺旋葉片結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，在選廠已方便拆卸更換，加上應(yīng)用高耐磨合金材料，使用壽命長(zhǎng)。
(3)傳動(dòng)裝置。根據(jù)用戶需求：采用皮帶和擺線行星減速機(jī)或齒輪減速箱傳動(dòng)，較好地達(dá)到螺旋轉(zhuǎn)速工作范圍。
2.3立式螺旋攪拌磨礦機(jī)的工藝流程特點(diǎn)
(1)開路流程。①頂部給礦，底部排礦；②底部給礦，頂部排礦；③頂部給礦，頂部排礦。
(2)閉路流程。①濕式用圓錐水力分級(jí)機(jī)、振動(dòng)篩或水力旋流器分級(jí)；②于式用離心空氣分級(jí)機(jī)分級(jí)。
立式螺旋攪拌磨礦機(jī)典型的工藝流程見(jiàn)圖4。
3立式螺旋攪拌磨礦機(jī)在礦山再磨作業(yè)中的應(yīng)用
長(zhǎng)沙礦冶研究院從20世紀(jì)70年代末就著手立式螺旋攪拌磨礦機(jī)（簡(jiǎn)稱立磨機(jī)或稱塔磨機(jī)）的研制，20世紀(jì)80年代先后在實(shí)驗(yàn)室和中試研制了JM- 230，JM -260和JM—460立式螺旋攪拌磨礦機(jī)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了廣泛的工作參數(shù)和物料的細(xì)磨再磨試驗(yàn)，終于在1989年12月JM -500型立式螺旋攪拌磨礦機(jī)通過(guò)了湖南省科委組織的鑒定，1990年JM -1000型濕式立式螺旋攪拌磨礦機(jī)通過(guò)了原冶金工業(yè)部和國(guó)家黃金管理總局組織的鑒定。獲得國(guó)家專利4項(xiàng)。結(jié)合中國(guó)國(guó)情大膽創(chuàng)新，設(shè)計(jì)了各種材質(zhì)、各種型號(hào)的具有自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的立式螺旋攪拌磨礦機(jī)，最近4年來(lái)在礦山的大量工作得到了選礦專家、領(lǐng)導(dǎo)的肯定，已在金川、德興、金堆城、洛鋁集團(tuán)、中國(guó)黃金、福建紫金等大型礦山應(yīng)用300多臺(tái)套。并由此得到國(guó)家自然基金重點(diǎn)項(xiàng)目，科技部院所基金項(xiàng)目和國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃資助。
3.1立式螺旋攪拌磨礦機(jī)在鐵精礦再磨中的應(yīng)用
由于難選鐵礦屬于貧細(xì)雜礦石，所以其組成十分復(fù)雜，采用傳統(tǒng)選礦回收提高品位有很大的難度，磨礦細(xì)度是一個(gè)關(guān)鍵因素。如祁東鐵礦磨礦細(xì)度—38um≥95%～98%，出西太鋼袁家利鐵礦- 38I_Lm≥95%，還有柿竹園有色金屬礦，汝陽(yáng)鉬礦等尾礦中回收鐵精礦，磨礦細(xì)度都要求- 38um≥95%，鐵精礦品位才能達(dá)到65%，因此再磨或細(xì)磨的設(shè)備選擇至關(guān)重要。
我國(guó)許多礦山工業(yè)生產(chǎn)鐵精礦都使用普通臥式球磨機(jī)磨礦，因普通臥式球密機(jī)磨礦效率低、產(chǎn)品粒度達(dá)不到要求、礦物沒(méi)有達(dá)到單體解離，所以鐵品位只能在53%一55%之間。立式螺旋攪拌磨礦機(jī)是鐵礦再磨或細(xì)磨最具有發(fā)展前景、能量利用率高、產(chǎn)品粒度細(xì)的一種細(xì)磨設(shè)備，另外，由于該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作維護(hù)方便，從而被廣泛應(yīng)用于黃金礦、有色金屬礦、金屬礦和磁性材料等工業(yè)生產(chǎn)中。
柿竹園有色金屬礦鐵精礦再磨多年來(lái)都是采用普通臥式球磨機(jī)，磨礦粒度一直都是-43um占60%，鐵品位在53%~55%之間，磨礦細(xì)度達(dá)不到，鐵精礦品位不能提高。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，柿竹園有色金屬礦鐵精礦再磨設(shè)備采用長(zhǎng)沙礦冶研究院研制的立式螺旋攪拌磨礦機(jī)（圖5）。從2005開始在柿竹園有色金屬礦尾礦回收鐵精礦生產(chǎn)線上應(yīng)用，磨礦粒度-38um達(dá)到95.10%，鐵精礦品位達(dá)到65%以上，提高了鐵精礦品位，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
3.2立式螺旋攪拌磨礦機(jī)在金銀礦再磨中的應(yīng)用
金被黃鐵礦包裹，以顯微金、次顯微金或固熔體存在的含金礦石，是難溶浸提金的一類金礦石。立式螺旋攪拌磨礦機(jī)在邊磨邊浸過(guò)程中，磨礦介質(zhì)與礦料之間強(qiáng)烈的剝磨作用，破壞了物料顆粒表面的擴(kuò)散界面層，從而加快化學(xué)反應(yīng)速度，提高了浸出率。已在福建紫金礦業(yè)股份公司、安徽省銅陵朝山金礦、山東乳山金礦、湖南辰州礦業(yè)（原湘西金礦）、河南虎溝金礦、陜西中礦生物工程公司、陜西寶雞地質(zhì)隊(duì)、廣西福斯銀銀礦、廣西貴港冶煉廠和云南大理黃金冶煉廠等黃金企業(yè)中成功應(yīng)用。
在某黃金冶煉廠，給料粒度較細(xì)，給料粒度-325目占70%一85%．要求產(chǎn)品細(xì)度- 400目90%_95%。采用先分級(jí)后磨礦的工藝。漿料和水加入攪拌桶，砂泵打入水力旋流器分級(jí)，合格細(xì)度產(chǎn)品溢流排出進(jìn)入后續(xù)作業(yè)進(jìn)行濃密、碳浸或解吸電解。粗粒漿科經(jīng)高位料槽一定壓力給入立式螺旋攪拌磨礦機(jī)下部繼續(xù)細(xì)磨，經(jīng)過(guò)上部溢流進(jìn)入攪拌桶進(jìn)入下輪分級(jí)磨礦。
福建紫金礦業(yè)股份有限公司的燒渣給料粒度小于3 mm，產(chǎn)品細(xì)度要求達(dá)到- 325目占90%一95%，處理量20 ~30 t/d。采用先磨礦后分級(jí)工藝。粗粒給料從立式螺旋攪拌磨礦機(jī)上部給料口給入，經(jīng)過(guò)磨機(jī)磨礦從上部溢流，漿料進(jìn)入攪拌桶，利用砂泵打入水力旋流器分級(jí)，合格細(xì)度產(chǎn)品溢流排出進(jìn)入后續(xù)作業(yè)進(jìn)行濃密、碳浸或解吸電解。粗粒漿料給入立式螺旋攪拌磨礦機(jī)繼續(xù)細(xì)磨。
3.3立式螺旋攪拌磨礦機(jī)在在電解錳和稀土的超細(xì)磨礦中的應(yīng)用
濕磨電解錳片制造四氧化三錳，金瑞新材料科技股份公司氧化錳廠用20多臺(tái)專用型JM - 600B型細(xì)磨電解錳片，給料粒度3mm，產(chǎn)品細(xì)度- 500目大于950，貴州松桃錳礦，湖南特種金屬材料廠等單位已應(yīng)用60多臺(tái)。已在益陽(yáng)稀土總廠、樂(lè)山普而美、上海君太公司和株洲硬質(zhì)合金鉭鈮分廠應(yīng)用細(xì)磨獨(dú)居石和稀土礦，給料80目，產(chǎn)品細(xì)度- 400目2950。
3.4立式螺旋攪拌磨礦機(jī)在銅礦再磨中的應(yīng)用
在洛鉬集團(tuán)選鉬三公司．2003年對(duì)鉬精選系統(tǒng)進(jìn)行了改造。將傳統(tǒng)的溢流型再磨球磨機(jī)改為立式螺旋攪拌磨礦機(jī)。立磨機(jī)與水力旋流器閉路作業(yè)，旋流器溢流- 200目(0.075um)達(dá)95%，送浮選柱精選。鉬精礦品位從46.12%提高到49. 88%，最高達(dá)到54.44%，選礦回收率由79, 79%提高到84.19%。工藝參數(shù)的優(yōu)化和再磨設(shè)備提高了輝鋁礦的單體解離度，加上立式螺旋攪拌磨礦機(jī)的擦洗作用，為浮選提供了良好的環(huán)境。
在欒川地區(qū)先后有豐源、三強(qiáng)、大東坡、長(zhǎng)青、九揚(yáng)、滬七、雙峰、瑞達(dá)、鉬城、宏達(dá)、鑫川、鑫鑫萬(wàn)噸選廠、洛鉬三公司、洛鉬萬(wàn)噸選廠、洛鋁五千噸選廠、洛鉬一公司等礦業(yè)公司選廠應(yīng)用立式螺旋攪拌磨礦機(jī)作為再磨設(shè)備，另外在陜西，金堆城鉬業(yè)公司、德興銅礦、洛南秦嶺鉬業(yè)、九龍礦業(yè)、煉石礦業(yè)和福秦鉬業(yè)等選礦廠也采用立式螺旋攪拌磨礦機(jī)作為再磨設(shè)備，投產(chǎn)后，其鉬精礦品位和回收率明顯提高。
立式螺旋攪拌磨礦機(jī)在鉬礦現(xiàn)場(chǎng)使用如圖6所
示。上圖為在洛鉬集團(tuán)應(yīng)用的4臺(tái)（鉬礦精選，再磨擦洗），處理量為10000t/d．下圖為在欒川宏達(dá)礦業(yè)應(yīng)用（鉬礦精選，再磨擦洗），處理量為3 000t/d。
3.5大型立式攪拌磨礦機(jī)在非礦中的應(yīng)用
最近又研制成功3600L型大型超細(xì)攪拌磨機(jī)（功率250 kW．產(chǎn)量2～4 Uh），在太陽(yáng)紙業(yè)高旭化工公司和廣東東莞立偉達(dá)（臺(tái)資）公司等企業(yè)成功應(yīng)用，取得了重鈣碳酸鈣濕法研磨設(shè)備大型化生產(chǎn)的突破（圖7）．必將促進(jìn)濕法研磨重鈣的品質(zhì)提高和生產(chǎn)成本的降低。
4結(jié)論
大型立式螺旋攪拌磨礦機(jī)將會(huì)受到金屬礦山礦物加工領(lǐng)域更多的關(guān)注和重視，已在礦山應(yīng)用300多臺(tái)，也將會(huì)越來(lái)越多的得到應(yīng)用。國(guó)內(nèi)已基本具備生產(chǎn)滿足制造設(shè)備的條件，但是要在選廠應(yīng)用好設(shè)備均需要設(shè)備研制者和工藝人員密切配合，共同攻關(guān)進(jìn)行大型攪拌球磨機(jī)研制及其在金屬礦山的應(yīng)用實(shí)踐，真正實(shí)現(xiàn)金屬礦山再磨設(shè)備的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、大型化和自動(dòng)化，顯著提高品位和回收率，并達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)，做最好的塔式攪拌磨機(jī)為我國(guó)的礦山節(jié)能降耗作出貢獻(xiàn)。
