大型超细搅拌磨在亚微米级重质碳酸钙生产中的应用

　　1.前言

　　在粉碎设备的发展长河中，球磨机家族占有非常重要的历史地位，它的应用相当广泛，设备也非常成熟，直至现在仍是很重要的设备。然而随着现代工业生产的不断发展，对粉碎的要求也越来越高，传统的球磨机已经不能满足其特定要求，因此，人们试图寻找更高效、更节能的超细粉碎设备。在此背景下，开始了搅拌磨的发明和不断完善的过程。1928年Klein和Szegvari提出搅拌磨概念和完成湿磨粉碎，1948年高速搅拌球磨机问世，1952年日本河端重胜博士发明塔磨机。直到20世纪60年代新材料的发展，各种搅拌磨机正式开始出现。现在造纸、塑料、涂料等行业的发展，需要的颜料细度极细，例如重钙涂布级要求-2um>=90%-95%,d50<=0.5-0.7um,而且产量较大，要求从2-5万t/a甚至10万t/a。因此研磨设备研究非常活跃，国内80年代末开始，从80L剥片机开始，出现了100L、300L和500L大型超细搅拌磨，设备质量也在不断提高，已从油漆、颜料行业的小型砂磨机正向金属矿和有色金属矿应用的大型搅拌磨矿机发展。

　　长沙矿冶研究院从20世纪70年代末就着手立式螺旋搅拌磨机（或简称立磨机或塔磨机）的研制，80年代先后在试验室和中试研制了JM-230，JM-260和JM-460立式螺旋搅拌机，在此基础上进行了广泛的工作参数和物料的细磨试验，在1989年12月JM-500型干式立式螺旋搅拌磨机通过了湖南省科委组织的鉴定，1990年JM-1000型湿式塔磨机通过了原冶金工业部和国家黄金管理总局组织的鉴定，1998年KJLM-400型超细搅拌磨机通过了江苏省科委组织的鉴定，并先后获4项国家专利。
自1990年黄金行业山东乳山金矿选矿厂应用立式螺旋搅拌磨以来，长沙矿冶研究院在推广应用时，不断完善其结构和改进耐磨材质，并利用长期从事粉磨设备研制和选矿制粉工艺的优势，设计出了具有自有知识产权的系列化立式螺旋搅拌磨，产品不断更新，已在黄金、磁材、锰业、化工、稀土和无机非金属等行业应用260多对号套。最近又研制3600L型大型超细搅拌磨，在太阳纸业高旭化工公司和广东东莞立伟达（台资）公司成功应用，取得了重质碳酸钙湿法研磨设备大型化生产的突破，必将促进湿法研磨重钙的品质提高和生产成本的降低。

　　2.设备结构和工作原理

　
　　大型超细搅拌磨的结构由筒体、组合式搅拌器、传动装置和机架等组成。筒体内充满一定的磨矿介质（锆珠、瓷珠或玻璃珠）。传动装置带动搅拌轴以中等速度旋转，通过优化的搅拌器结构强制带动介质球和物料在筒体内作多维循环旋转运动，物料在磨矿介质和搅拌器回转产生的的挤压力下利用摩擦和冲击碰撞被有效地研磨。矿浆经加料口泵送入磨腔内，经介质之间强烈研磨、剪切和冲击碰撞磨细，成品浆由上部筛网过筛溢出排入贮浆桶。

　　3.造纸涂布重钙的要求

　　造纸涂布重质碳酸钙除了满足其矿石的物理性能和化学成分外，还应满足如下要求。

　　（1）粒度及粒度分布要求：底涂级重质碳酸钙（GCC）-2um大于60%，而面涂级重质碳酸钙的粒度要求-2um大于90%。一般要求涂布重钙白度大于90%或者更高。

　　（2）白度：白度是天然GCC的优点，不同的矿源，白度不同，从石灰石、方解石到大理石，GCC的白度由86%到96%。一般要求涂布重钙白度大于90%或者更高。

　　（3）流变性：泥浆状的GCC有很好的流变性，面涂GCC固含量75%，细度-2um大于95%，粘度要求小于300mPa.s。

　　（4）磨耗：湿法GCC的磨耗，大于800m/min车速的磨耗值通常采用菲尔康磨耗仪测定，一般填料小于25mg，涂布料小于5mg。

　　国内正在制定湿法研磨碳酸钙产品标准，生产企业到时可以参照执行并高于标准。

　　4.大型磨机的设计及工艺

　　4.1磨机的设计

　　由于影响超细搅拌磨的磨矿过程因素很多，例如被磨物料的性质和被磨物料所处的状态、希望的产品细度以及机械结构等因素，单纯从理论上设计还不太可能。我们采取的方法是：进行必要的理论分析，通过间歇式运转的实验室磨机实验，再借鉴已经运转的磨机所获得的经验相结合，经济地确定最佳大型超细立式搅拌磨机的基本结构和参数，然后进行机械设计。

　　简体：简体高度影响介质表面压力，介质表面压力随筒体高度增加而逐步增大，当超过一定高度后，变化极小。根据国外设备的情况及我们的经验，筒体径高比取1：5-1：6.筒体衬板采用耐磨不锈钢、高分子材料衬板或刚玉衬，特殊行业可根据具体要求设计。筒体上须合理设置泵送给料口、浆料溢流口、排球口及清洗口等，考虑到发热情况，筒体设计为夹套形式，实际证明冷却效果良好。

　　搅拌器：搅拌器是该设备的关键部件，采用组装圆盘结构和叶片结构，较好地解决了启动和磨损问题。在大量的试验研究基础上，对其结构参数进行了正确的确定，不是简单、机械地仿造。确定原则是搅拌器外径至筒体内壁的间隙应满足不卡球，充分利用能是传送给拿云握雾球运动和筒壁磨损低。该间隙大小还与转速、介质尺寸和搅拌器结构等有关。叶片数量的选择主要考虑了能量的输送频率、介质填充量、功率输入情况、磨矿停留时间，同时也考虑了搅拌体的受力情况及设备稳定性。

　　传动装置：采用电机直接驱动行星齿轮减速机的组合，较好地达到搅拌器转速工作范围。

　　4.2磨机的工艺

　　湿法研磨碳酸钙生产线基本工艺流程步骤为：

　　（1）按拟定的磨矿条件（即原矿、水、助剂的配比）将原矿、水、助剂加入调浆池搅拌一定的时间使之均匀；
　　（2）用渣浆泵或齿轮泵将调浆池中的搅拌均匀的原矿浆打入缓冲桶中；、
　　（3）用隔膜泵将在缓冲桶中搅拌的原矿浆从磨机底部打入磨机中磨矿；
　　（4）随着磨机中矿浆的逐渐增多，磨矿产品（即磨细后的矿浆）从磨机上部溢流口溢出，通过振筛机，顺管道流入贮浆桶中。必要时设置多级振动筛和分级设备，以确保产品最大粒径及粒度分布。

　　以上流程是通过控制溢流的流量大小来控制矿浆在磨机中的停留时间，从而控制产品的细度以及产量的大小，属于开路连续生产工艺流程。

　　对于-2um大于60%-90%产品，可采用一段磨矿，对于-2um大于95%-98%产品或更高，建议采用二段磨矿。

　　5.磨机在湿法研磨重钙行业中的应用

　　3600L大型超细搅拌磨已成功地应用在山东某大型造纸企业。产品细度-2um含量大于68%的处理能力4.6t/h（固含量72%，按浆料计），能耗小于40-50kW.h/t。产品细度-2um含量大于90%的处理能力2.1t/h（固含量72%，按浆料计），能耗小于80-90kW.h/t。

　　工业大型超细搅拌磨生产的重钙浆料达到国外某公司产品粒度，粒度d90小于2um，作为涂布颜料已应用于造纸工业，满足其工业要求。

　　大型超细搅拌磨从2004年6月运行以来，设备性能稳定、噪音低、能耗省、操作简便。其研制成功，必将带动湿法研磨重钙厂家的技术进步，提高湿法重钙产品品质，大大降低能耗，降低生产成本。以10万t/a亚微米重钙浆料为例，每吨节省电费20元，则一年节省电费200万元，效益相当可观。
 

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