如何選擇最合適的非金屬礦超細(xì)粉磨設(shè)備?
2021-06-29
1 引言
對于非金屬礦行業(yè)，突出的特點(diǎn)是礦產(chǎn)品種具有多樣性，同一礦產(chǎn)的超細(xì)粉品種要求各不相同。同時就造成了目前的超細(xì)粉碎設(shè)備單機(jī)多，主機(jī)多，設(shè)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(xì)粉碎機(jī)械各具特色，各廠家及其科研人員已經(jīng)付出了很大的心血和代價(jià)，為我國的超細(xì)粉制造設(shè)備的崛起做出很大的貢獻(xiàn)。但從根本上講，技術(shù)力量薄弱，引進(jìn)的沒能力消化；消化的不透，難以吸收，無力改進(jìn)；具有獨(dú)立研制開發(fā)能力的廠家，更是寥寥無幾。有的設(shè)備吃軟不吃硬，有的產(chǎn)量很低，能耗很大等等。
面對上述問題，本文試圖通過產(chǎn)品性能要求與設(shè)備選擇、投資總額與設(shè)備選擇、比能耗與設(shè)備選擇、加工雜質(zhì)的去除問題等討論，以期妥善處理非金屬礦物的超細(xì)粉加工過程中，加工設(shè)備、產(chǎn)品品質(zhì)、成本、礦產(chǎn)利用率諸方面的問題。這里，產(chǎn)品性能對設(shè)備的選擇約束是最基本的，也就是說破磨的基本原理是設(shè)備選擇時要特別分析的。同時也為制造商的設(shè)備改進(jìn)提供有益的借鑒。
2 超細(xì)粉產(chǎn)品性能要求與設(shè)備選擇
眾所周知，在礦物的加工過程中，超細(xì)粉產(chǎn)品性能與采用的加工工藝過程、使用的加工設(shè)備、制定的操作規(guī)程等密不可分。采用的工藝過程、使用的加工設(shè)備、制定的操作規(guī)程不同，便會得到不同的礦產(chǎn)利用率、不同的生產(chǎn)成本、不同的產(chǎn)品品質(zhì)，不同的經(jīng)濟(jì)效益。
非金屬礦產(chǎn)品基本上全是最終產(chǎn)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(zhì)解離，但它更注意直接加工出的最終產(chǎn)品的品質(zhì)特性。因此，應(yīng)該針對具體的原礦礦物的產(chǎn)地、形成、組份、結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品要求等，慎重研究工藝過程、選擇設(shè)備、制定操作規(guī)程等。對這個問題的松懈，必將導(dǎo)致投資不小、效益甚微、失去機(jī)會、品牌和市場。有的還是損失慘重，這一方面的實(shí)例已有不少。
根據(jù)產(chǎn)品品質(zhì)、加工工藝參數(shù)、設(shè)備的基本工作原理，加工設(shè)備的選擇原則主要有：非金屬顆粒在加工機(jī)械中被破碎的方式、加工機(jī)械使用的動力源、制造加工機(jī)械使用的主要材料等。為此，簡單論及幾種設(shè)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(nèi)劇烈碰撞、摩擦等達(dá)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(chǎn)品品質(zhì)。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(tài)的空氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，把電能或化學(xué)能（發(fā)動機(jī)）轉(zhuǎn)化為壓縮氣體的能量，在經(jīng)過氣體的雜質(zhì)處理（油污、水份等），進(jìn)入粉碎腔釋放能量做功，此后的氣體能量無法循環(huán)利用。這些過程造成該設(shè)備能量利用率相當(dāng)?shù)?。高壓氣體攜帶被加工礦物顆粒在粉碎腔內(nèi)劇烈碰撞、摩擦等達(dá)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(zhǔn)備投入很大，污染通常在此產(chǎn)生。氣流磨粉碎腔體積不大，可以使用價(jià)格貴的非金屬材料加工而成，以便避免破碎時對物料產(chǎn)生污染，因此氣流磨主機(jī)可以加工純度很高的超細(xì)粉產(chǎn)品。氣流磨對產(chǎn)品產(chǎn)生的污染來自前期工序。碰撞產(chǎn)生的產(chǎn)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(zhì)之間的剪切力、擠壓力加工產(chǎn)品。研磨產(chǎn)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(zhì)和被磨物料，用于破磨物料的能量少，主要表現(xiàn)為發(fā)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(zhì)，同時使得物料所經(jīng)過的通道均不得和金屬接觸，這一點(diǎn)容易達(dá)到。分級時，需另加動力系統(tǒng)和設(shè)備。該類機(jī)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(zhì)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(jī)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(xiàn)象。二是隨著物料的細(xì)化，碾壓滾下接觸面上物料顆粒的數(shù)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(shè)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(yùn)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(tǒng)材質(zhì)選擇受到工作方式的限制，剔除加工摻入的雜質(zhì)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(zhì)混入量較大，且難以去除。分級需另加動力系統(tǒng)和設(shè)備。
高速沖擊磨（錘式、風(fēng)扇式、．．．）的基本工作原理是利用設(shè)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(dá)到粉碎的目的，這會隨著物料的細(xì)化使得破碎能力急劇降低。而且轉(zhuǎn)子與定子間的間隙會因磨損而發(fā)生變化，造成破碎粒度放大。轉(zhuǎn)子的速度提高有利于破碎獲得更細(xì)得物料顆粒，但轉(zhuǎn)子動力學(xué)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(tǒng)材質(zhì)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(zhì)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(zhì)的沖擊、研磨、剪切、擠壓等多種復(fù)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(tǒng)調(diào)節(jié)，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(zhì)配比等的調(diào)節(jié)而改變。由于機(jī)器結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度的原因，消耗無用功的機(jī)器自重給啟動功率和能量利用率帶來麻煩，但合理的介質(zhì)共振應(yīng)用可以提高效率，確給共振工作點(diǎn)穩(wěn)定控制帶來問題。由于破磨方式多樣，破磨結(jié)構(gòu)的材質(zhì)選擇自由，給非金屬礦加工帶來極大的方便?？杉庸ぜ?xì)粉與超細(xì)粉，對物料硬度適應(yīng)性極強(qiáng)，而且粒型好，粒度分布均勻和可以調(diào)節(jié)。為了避免污染，使用非金屬襯板和非金屬介質(zhì)，同時使得物料所經(jīng)過的通道均不得和金屬接觸，這一點(diǎn)容易達(dá)到。分級時，需另加動力系統(tǒng)和設(shè)備。
通過設(shè)備基本工作原理的分析，可以獲得適合超細(xì)粉產(chǎn)品性能要求的設(shè)備選擇基調(diào)。
3. 投資總額與設(shè)備選擇
1） 原料硬度，由設(shè)備的工作原理可見，原料硬度是設(shè)備選擇的關(guān)鍵，由此造成設(shè)備的主機(jī)、輔機(jī)、基建投資、運(yùn)行費(fèi)諸多方面的投資。若用雷蒙磨加工超細(xì)石英粉，需要加壓（液壓或機(jī)械式）系統(tǒng)施加足夠的壓力是物料粉碎，壓力的提高增加了設(shè)備的制造成本和運(yùn)行成本，尤其是魔棍與磨盤的可靠性大大降低，加壓系統(tǒng)的故障率增加，設(shè)備停機(jī)和維修費(fèi)用急劇上升。
2） 產(chǎn)品粒度與粒形，產(chǎn)品粒度及其分布與產(chǎn)品粒形是非金屬礦產(chǎn)品工業(yè)應(yīng)用中最基本、最重要的指標(biāo)之一，產(chǎn)品粒度分布雖然主要取決于分級設(shè)備，但是，破磨設(shè)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(shè)備生產(chǎn)率，從而使得投資總額發(fā)生很大變化。粒形與破磨方式的相關(guān)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(xì)粉是不可能的，因?yàn)榍蛐味雀叩念w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(dāng)弱的。低的球形度會造成超細(xì)粉體后續(xù)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(shè)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(zhì)特性，雜質(zhì)特性是非金屬礦加工的最大忌諱和困難。處理雜質(zhì)是投資總額中難以解決的問題?？梢詫㈦s質(zhì)分為兩種形式，一種是原生雜質(zhì)，另一種是加工過程中摻入的外來雜 質(zhì)。對于前者，可以采用對原礦進(jìn)行精細(xì)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(jìn)行去雜的設(shè)備，盡量將雜質(zhì)排除在后續(xù)加工以外，以大大降低后續(xù)處理的成本，并獲得盡量高的產(chǎn)品品質(zhì)，從而得到高的銷售收入和投資收益。對于后者，則應(yīng)在設(shè)備與物料接觸的所有部位，毫不放松地采取嚴(yán)格的隔離措施，隔離方式、設(shè)備、使用的隔離材料及其成本不是一個小數(shù)目。尤其是裝載與運(yùn)輸設(shè)備的隔離選擇，往往被忽視。
非金屬礦物加工所得的產(chǎn)品，最致命的缺陷是雜質(zhì)及去除問題，從一開始就應(yīng)該引起極其高度的重視。在礦物開采中帶入的雜質(zhì)，為后續(xù)的分離、分揀、加工、去雜帶來極高的代價(jià)，大大提升了生產(chǎn)成本，這一點(diǎn)一直沒有引起加工企業(yè)的重視。粗放式的開采方法，不但極大地浪費(fèi)了一次性資源，而且污染了環(huán)境，給最終產(chǎn)品的性能提高帶來了無法補(bǔ)救的后患。因此，開采與運(yùn)輸設(shè)備的選擇都應(yīng)該特別注意雜質(zhì)的侵入。
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