吳建明1曹永新2
（1.北京礦冶研究總院，北京 100044；2.巴斯夫礦產品（山西） 有限公司，山西朔州 036800）
摘要 GJ 5×2 大型雙槽高強度攪拌磨機是國內超細物料加工中最新出現的超細磨/剝片設備，也是目前國內這壹領域內最大規格的設備之壹。該設備采用了雙葉輪攪拌器、方斷面雙槽槽體和帶負荷起動方法等創新技術。設備生產能力大、超細磨效率高、產品粒度細、可連續生產。該設備結構新穎，便於安裝、操作和維修。該機已成功應用於某高嶺土公司煤系煆燒高嶺土剝片中，在1.2～1.5 t/h，的生產能力下，單機產品細度可達-2μm 85%～90%，兩臺串聯可達-2μm 94%。
關鍵詞 GJ 5×2 大型雙槽高強度攪拌磨機；超細磨；煤系煆燒高嶺土。
作者簡介：吳建明（1951—），男，北京礦冶研究總院研究員，從事粉碎工程研究與開發。通訊地址：北京市西直門外文興街1號，100044。
曹永新（1970—），男，高級工程師，巴斯夫礦產品（山西）有限公司總經理。通訊地址：山西省朔州市平魯區，036800。
壹、概述
近30年來，超細物料加工設備的研究與開發出現了持續而日益快速的發展［1～8］。這是由於：①許多工業礦物和物料粉磨到超細粒度後，會產生更高的表面能，化學反應速度快、吸附量大、填充補強性能好、燒結溫度低、且燒結體強度高，且具有獨特的分散性、流變性、電性、磁性、光學性能等優良性能，從而滿足特殊的應用要求，或產生高性能和高附加值的產品。因此，各種超細物料廣泛應用於現代工業、高新技術產業和新材料產業等相關領域，如高性能陶瓷、微電子和信息材料、塑料、橡膠和復合材料填料、造紙填料和塗料、高性能顏料和塗料、高性能潤滑材料、精細磨料、高級耐火材料、精細化工產品、高檔化妝品、紡織助劑、醫藥和保健品等。超細物料的需求迅速增長，促使生產規模不斷擴大。②隨著礦物加工技術的發展，特別是細粒選礦方法的進步，已能夠實現≤10μm的有效分選。這使以往難於處理的細粒嵌布的有用礦物和尾礦中有用成分的回收進入實際生產階段，並因礦產資源的日益貧化和短缺，以及有用礦物回收利用深度和廣度的日益加強而受到重視。這些新的應用或加工要求都需要采用超細磨，超細磨設備成為這壹加工領域的重要而必不可少的裝備。
二、國內外攪拌磨機研究與發展狀況
（壹）國外狀況
攪拌磨機最早是由美國聯合工藝公司（Union Process Inc.）於1928年發明的，該公司20世紀80年代開發的Attritor 攪拌磨機目前仍是國際知名產品。1939年美國礦山局設計制造了壹種浮選前清理礦物表面的設備，20世紀50年代末至60年代初將其改進為USBM立式攪拌磨機，用於高嶺土和雲母剝片以及氧化鉍超細磨。1948年美國杜邦公司（Du Pont）開發出了高速攪拌磨機——砂磨機，主要用於生產油漆工業顏料，使攪拌磨機獲得了重大發展。20 世紀50年代日本科波塔磨機（Kopper Tower Mill）公司開發了新型的攪拌磨機——塔磨機，在超細磨和化學處理領域獲得了廣泛的應用。20世紀60～70年代，攪拌磨機的排礦裝置得到改進，攪拌器轉速不斷提高。1969～1972年，美國工業礦物工藝設備公司（IMPEX）發明了專利技術——高強度超細攪拌球磨（剝片）工藝，相應研制了FMM雙槽高強度攪拌磨機。該設備采用方形斷面的立式槽體，具有攪拌速度高、超細磨效率高、生產能力大、可連續生產等優點，美國佐治亞州多家高嶺土公司使用了這種設備。20 世紀70～80年代，國外出現了采用盤式攪拌器的攪拌磨機，特點是磨腔容積較小，攪拌器為多片圓盤組成，轉速較高，圓周速度可達8～10 m/s。介質填充磨腔的60%～80%。由於磨腔容積較小，介質量也少。因此其攪拌器不僅起攪拌作用，還起研磨作用［1］。
目前國際上有三種有代表性的先進攪拌磨機，即盤式攪拌元件的Isa磨機、螺旋型攪拌器的立式磨機（VertiMill）和棒形攪拌元件的Detritor磨機［2］。
澳大利亞Mount Isa Mines鉛鋅礦和德國Netzsch-Feinmahltechnik公司***同開發的Isa磨機是壹種采用臥式盤式攪拌器的高能量密度型攪拌磨機，其圓盤圓周速度高達20～23 m/s，電機功率為2.6～3 MW。其最大規格的型號為M10000，容積為10 m3，是目前世界上最大規格、功率和能力的攪拌磨機。目前已有25臺Isa磨機在澳大利亞、南非、吉爾吉斯斯坦和美國等國投入使用。Isa磨機多用於精礦再磨，使用礦石作介質時可實現自磨。例如在McArthur River 礦山，第壹段自磨機排料經振動篩篩出0.8～1.8mm粒級作為Isa磨機的粉磨介質，將浮選粗精礦從45μm 80%開路磨到7μm 80%。Isa磨機還可以在細磨階段開路粉磨代替球磨機或塔磨機的閉路粉磨，例如在Kumtor金礦，從135μm 80%開路粉磨到62μm 80%，電耗不到再磨球磨機的壹半，還省去了水力旋流器及其給料泵［3］。
立式磨機即日本Kubota塔磨機公司於1950年發明的塔磨機。1979年美國MPSI公司購買了日本的塔磨機專利，稱之為立式攪拌磨機，並應用於鉛鋅礦、金礦等工業部門。立式磨機隨企業間的兼並於20世紀90年代初歸瑞典Svedala集團所有，90年代末又歸芬蘭Metso集團所有。該磨機螺旋外緣圓周速度為3 m/s左右，介質為12～30mm的鋼球，允許的給料粒度較粗，產品粒度常在10～20μm之間，多用於選礦再磨，目前應用的最大規格設備安裝功率為1100 kW。
Detritor磨機也是芬蘭Metso集團制造的立式攪拌磨機，攪拌棒端部線速度為11 m/s左右，介質為1～2mm左右的陶瓷微珠或砂子，最佳給料粒度為50μm左右，產品粒度可達10μm以下。目前應用的最大規格設備安裝功率為355 kW，澳大利亞Zinifex Century Zinc礦山***使用了21臺，其中6臺用於再磨，15臺用於超細磨。
（二）國內狀況
20世紀80年代後期以來，我國開始引進並研制各種攪拌磨機和剝片機，主要有以下幾種。
1.批量式攪拌磨機
在美國聯合工藝公司200-SL型攪拌磨機的基礎上，國內研制的SJ-90型攪拌磨機和ZJM型攪拌磨機等。該攪拌磨機的主要特點是：槽體為立式圓桶形，固定安裝；攪拌器采用圓棒形攪拌件；攪拌速度較低，屬於低強度攪拌磨機；槽體、攪拌器等磨損件采用聚氨酯襯；用循環泵使物料外循環以保證粉磨均勻；利用筒體夾層或外部冷卻器對物料進行冷卻。這壹類攪拌磨機超細磨效率較低，規格為中小型，適於小規模批量生產，不適合大規模連續生產，是國內早期廣泛制造和使用的超細磨設備。
2.BP（MB）系列剝片機和GSDM-400型攪拌磨機
為圓盤式攪拌器的立式濕法連續作業的高強度攪拌磨機。BP（MB）系列剝片機筒體內襯剛玉或聚氨酯彈性體，攪拌器外襯聚氨酯彈性體。早期產品BP80剝片機安裝功率為30 kW，筒體容積0.080 m3，整機質量2.5t，需8～10臺串聯連續工作。後放大到MB300型剝片機，筒體容積0.3 m3，安裝功率75 kW，整機質量5 t，用於處理煤系高嶺土時，4臺串聯產量可達1.5t/h左右，產品粒度可達-2μm 90%左右。目前最大規格為BP 500型，筒體容積0.5 m3，安裝功率132 kW，整機質量12.5 t。
GSDM-400型攪拌磨機結構原理與BP（MB）系列剝片機相似，筒體內襯為航空橡塑或剛玉，攪拌器外襯航空橡塑。工作方式有外循環方式、多臺串聯連續磨礦方式和批量磨礦方式三種。筒體容積0.408 m3，安裝功率30～45 kW。用-325目的朔州煤系高嶺土進行超細磨試驗時，在30%的最適宜濃度下磨至-2μm 90%，處理能力約為260 kg/h［4］。
3.螺旋攪拌磨機
為螺旋式攪拌器的攪拌磨機，筒體高徑比較大，攪拌速度較低，屬於低強度攪拌磨機，適用於細磨、再磨或超細磨的較粗階段，濕式或幹式作業。
4.大高徑比的大型攪拌磨機
LXJM-3600大型超細攪拌磨機采用棒形攪拌器，容積為3.6 m3，安裝功率為250 kW，外形尺寸（長×寬×高）為2.2 m×2.2m×8.5 m。CYM-5000大型超細攪拌磨機采用多邊形筒體、盤式攪拌器，容積為5 m3，安裝功率為315 kW，外形尺寸（長×寬×高）為2 m×2 m×11 m。這兩種磨機都是近幾年問世的，具有較高的攪拌磨強度和生產能力。
三、GJ5×2大型雙槽高強度攪拌磨機的研制與應用
（壹）設備的基本結構
研制的大型雙槽高強度攪拌磨機型號為GJ5×2，主要由槽體、電動機、減速器、皮帶傳動裝置、隔離篩、攪拌器和電控櫃等部件組成。槽體由底部連通的兩個相同尺寸的立方體形槽子組成，容積***10 m3。兩槽中壹個用作預磨，設有給料口；另壹個用作精磨，設有隔離篩和排料口。槽體內裝有8～10 t粒度小於5mm的粉磨介質，介質和礦漿體積占磨腔容積的60%左右。每個槽內設有壹套攪拌器，槽上方各有壹套驅動裝置。兩槽底部各設有壹個卸料口和壓縮空氣入口。槽頂部設有排氣管。制造完成後的設備外觀見圖1。
圖1 北京礦冶研究總院研制的第壹臺GJ5×2 大型雙槽高強度攪拌磨機
工作時，攪拌器高速旋轉，對介質和礦漿進行強烈攪拌，使礦物顆粒受到強烈粉磨。被磨礦漿首先從給料口進入預磨槽預磨，然後從底部進入精磨槽精磨，最後經隔離篩從排料口排出。
（二）主要技術性能指標（表1）
表1 GJ5×2 大型雙槽高強度攪拌磨機主要技術性能指標
（三）應用效果
GJ5×2大型雙槽高強度攪拌磨機的研究設計工作從1997年開始。1999年7月，第壹臺GJ5×2大型雙槽高強度攪拌磨機在北京礦冶研究總院制造廠制造完成，並進行了帶負荷出廠試驗，達到了設計的機械性能。2000年1月，該設備在巴斯夫礦產品（山西）有限公司的前身——山西省朔州市平朔高嶺土廠進行了連續72 h的煤系煆燒高嶺土剝片單機滿負荷試驗，達到了預期的技術性能指標，取得了理想效果。自2002年5月起，該設備在巴斯夫礦產品（山西）有限公司正式投入生產。
1.工藝流程和物料
原料為煤系硬質高嶺巖，在長期生產中來源於數個產地，性質有所不同，經常將不同產地的原料混合使用。原料經顎式破碎機破碎，然後由雷蒙磨幹磨到-45μm，在調漿槽中與水和六偏磷酸鈉分散劑配制為濃度45%左右的料漿供給攪拌磨機。
第壹臺GJ5×2大型雙槽高強度攪拌磨機作為粗磨機使用，而用MB（P） 80型剝片機作為細磨機。以後GJ5×2大型雙槽高強度攪拌磨機逐漸增多，最後增加到6臺。這時不僅作為粗磨機使用，也作為細磨機使用，采用非常靈活的連接方式，可以兩臺串聯、三臺串聯或壹臺與多臺MB（P） 80型剝片機串聯。
2.單臺應用效果
2002年5月，第壹臺GJ5×2大型雙槽高強度攪拌磨機投入使用，並進行了考察。考察中GJ5×2大型雙槽高強度攪拌磨機的給料量每30 min測定和調整壹次並作記錄，其排料粒度每60 min取樣壹次，4次合為壹批測定。考察結果表明，GJ5×2大型雙槽高強度攪拌磨機產品粒度達到-2μm 85%～90%，生產能力達到1.5 t/h左右。在隨後的長期生產中，由於原料的不同，物料性質有所波動，生產能力也隨之變化，在較難磨物料的情況下，生產能力可保持1.2 t/h左右，達到了設計指標。
3.兩臺串聯的應用效果
由於第壹臺GJ5×2大型雙槽高強度攪拌磨機的成功應用，巴斯夫礦產品（山西）有限公司又陸續添置了幾臺該設備，最後達到6臺。這時采用非常靈活的連接方式，可以兩臺串聯、三臺串聯或壹臺與多臺MB（P） 80型剝片機串聯。
當兩臺GJ5×2大型雙槽高強度攪拌磨機串聯工作時，隨著原料性質的變化，生產能力為1.2～1.5 t/h，最終產品粒度在-2μm 94%左右。這個指標與兩個系列的MB（P） 80 剝片機（每個系列由11臺串聯，10臺運轉，1臺備用）的生產指標相同。由此可見，壹臺GJ5×2大型雙槽高強度攪拌磨機相當於10臺MB（P）-80剝片機。
（四） GJ5×2大型雙槽高強度攪拌磨機的優越性
1.設備數量少，簡化流程
壹臺GJ5×2大型雙槽高強度攪拌磨機可代替10臺MB（P）-80 剝片機，大幅度減少了設備數量，簡化了流程。同時減少了操作人員數量，減輕了操作人員的勞動強度。
2.節能
GJ5×2大型雙槽高強度攪拌磨機有明顯的節能效果。該設備每臺功率僅為150 kW，而MB（P）-80剝片機每臺功率為30 kW，10臺***300 kW。考慮到兩者不同的負荷率，前者比後者節能30%左右。
3.減少占地面積
安裝10臺MB（P）-80剝片機的場地上可以安裝2.5臺GJ5×2大型雙槽高強度攪拌磨機。按同等生產能力計算，前者占地面積只有後者的40%。
四、結語
通過深入調研和精心的研究設計，成功開發了GJ5×2大型雙槽高強度攪拌磨機。該設備采用了雙葉輪攪拌器、方斷面槽體雙槽結構、壓縮空氣負荷啟動方法等創新技術。設備用於巴斯夫礦產品（山西）有限公司煤系煆燒高嶺土剝片，在給料粒度為-45μm、生產能力1.2～1.5 t/h的情況下，單臺產品粒度可達-2μm 85%～90%，兩臺串聯產品粒度可達-2μm 94%。該設備具有生產能力強、超細磨效率高、產品粒度細、可連續生產、節約能耗等優點。該設備的應用減少了設備數量，簡化了流程，減少了操作人員數量，減輕了操作人員的勞動強度，可減少占地面積和基建投資。該設備整體結構和外形尺寸合理，便於安裝、操作、維修。該設備是目前國內最大規格的超細磨設備之壹，充分發揮了其大型設備在大規模生產中的優越性。
參考文獻和資料
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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 product size and continuate production，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 Products（Shanxi）Limited Company with the results of-2μm 85% -90% of product 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.