规模化干法生产超细重钙工艺分析

2012-11-14方苍舟杜仁忠

中国非金属矿工业导刊 2012年6期

苏宁，方苍舟，杜仁忠

（合肥水泥研究设计院，安徽合肥 230051）

超细重钙的生产和应用，其市场需求特点比较明显：一是目前我国超细重钙粉市场上主流需求的是600～1500目的重钙产品；二是重钙产品的附加值增值率偏低(与滑石、重晶石、高岭土等相比)。要满足市场要求及企业利润这两个条件，在选择重钙加工工艺和设备时，原则上要求技术成熟、产品质量稳定、设备运行可靠、产品能耗低、吨产品投资低。

1 常见干法生产超细重钙工艺性能比较

干法工艺设备主要有雷蒙磨、冲击式粉碎机、搅拌磨、振动磨、球磨机、环辊磨机和立式磨等，其中雷蒙磨主要加工200～400目粉体产品(配置分级机可分级加工出800目的产品，但产量较小)；冲击式粉碎机、振动磨可以用于加工800～1500目产品，但是能耗较高、生产能力偏小；搅拌磨配亚微米分级机可以用于加工1250～6000目产品，但能力也偏小；环辊磨主要用于加工800～1500目产品，具有能耗低的优势，但单机生产能力不够大；球磨机加超细分级机可以加工600～2500目的超细粉体，单机的生产能力可以设计的很大，但能耗稍高；立式磨具有单机能力大，800目产品以机型不同，可以达到7～8t/h，突出优势是能耗较低(800目产品能耗约为90kW·h/t，而球磨机工艺能耗达120kW·h/t)。常用的干法工艺能耗及产能如表1所示。

为了进一步说明，以生产1250目重钙为例，分别从给料粒度、最佳生产细度范围、粉碎机理、吨产品电耗、吨产品单机生产规模等生产技术性指标的角度，对不同干法工艺的实际运行参数进行比较，比较结果如表2所示。

表1 常用重钙干法加工工艺能耗及产能分析

表2 常用重钙配套设备比较

通过表1和表2，对比上述几种干法工艺可见：①从超细产品的单机生产规模看，冲击磨、干式砂磨机和环辊磨的单机生产能力都偏小，相比较而言，球磨机和立式磨在同等情况下可以获得更高的产量，易于实现重钙规模化加工；②立式磨在重钙超细加工时，最大特点是可以以较低的电耗(1250目以下产品时)、较大的规模生产重钙产品；③球磨的单机产能最大，在生产1250目以上的产品时，性能更突出，这是立磨工艺无法比拟的。

由于重钙生产工艺各有优缺点，故评价时不能全盘否定，需根据企业对产品需求和投资规模，选择合适的重钙生产工艺。但是在规模化的大趋势背景下，采用球磨分级工艺以及立磨分级工艺是必然的选择。

2 生产的工艺设备及其性能

2.1 球磨机配分级机生产工艺

球磨机，也称为回转式球磨机，其粉碎原理是，物料与研磨介质一起，在球磨机的回转过程中相互冲击和研磨，从而产生细粉，其细粉含量低于干式搅拌磨和振动磨，但高于其他的粉碎设备。在经过磨内改造后，因而其研磨能力得到大大改善，就成为高细球磨机，其细粉含量接近振动磨，而过研磨现象又大大低于振动磨。

高细球磨机配分级机工艺是当今世界先进粉体技术公司强力推荐、欧美著名粉体公司普遍采纳的工艺方案。广泛应用于重质碳酸钙、重晶石、滑石及高岭土等非矿产品的加工。以生产重钙微粉为例，可以生产600～6000目(6000目产品需另配亚微米分级机二次分级)之间的任一品种，特别适宜于800～2500目之间的产品，单线生产规模可以达到20万t/年。这一生产工艺完全符合生产重钙类低附加值产品要求投资少、技术成熟、工艺设备简单、产量大的原则。

高细球磨机配超细分级机生产重钙的工艺，主要用于超细重钙(800～2500目)的生产。所以，球磨机与分级机设备的能力配套问题很关键，其工艺流程看似比较简单，但是，由于重钙产品的细度波动要求较高(≤±1.0μm)，对能耗也要求加以控制，所以，该工艺有其特殊性。

对于一条大型的重钙生产线来讲，大型球磨机的制造和使用技术比较成熟，在对球磨机进行高细研磨改造后，球磨机系统可能只需要一套即可满足研磨的需要。但是，因为受到诸多条件的限制，国产的分级机还不能做得很大(与ALPINE公司的ATP630/4相比)，为达到产量要求，可能要使用2套甚至多套分级机系统并联或串联使用(欧洲目前在产的大型重钙企业常用数台分级机并串连使用)。这样就涉及到整个生产系统的协调及工艺一体化问题，所以，大型生产线的设备配置并非诸多设备的简单叠加那么简单。下面以球磨机配分级机年产6.5万t 1250目重钙超细微粉生产线为例作简单说明，该生产线的工艺流程如图1所示。

一般工艺步骤可以归纳为：

原料准备：方解石或大理石经过选矿、水洗除杂，晒干送入堆棚。

原料的破碎：分一段或两段破碎，大块石料先进行粗破，再进行细碎，细石料由斗式提升机送入原料储库待用。

原料的研磨与分级：这是一个闭路粉磨分级系统。来自原料库的细石料，定量喂入高细球磨机进行粉磨，出磨粉料送入超细分级机，产品细度可以在600～2500目之间任意调节。细产品直接进入高浓度高压脉冲袋式收尘器一次性收集；粗粉出分级机，由粗粉螺旋输送机送回球磨机头部，与原料混合再入球磨机粉磨。至此，完成一次生产循环。

目前，球磨+超细分级机的工艺路线非常成熟，球磨机的大型化中国处于国际先进水平，超细分级装备的大型化发展也比较成功，与国外相比差距较小。该工艺技术和装备可以满足非矿大规模生产600～2500目产品的要求，操作便利，产品质量稳定。

根据笔者的经验，对大于2500目以上产品的生产，不建议采用球磨分级一次性出品生产，而是采用二次分级的方式生产，可以大大降低能耗。

球磨机加分级生产超细重钙的另外一大优势是，采用球磨机研磨的颗粒形状基本呈球形结构，颗粒形貌比较规整，表面能较其他碾压设备生产的粉体低，对下游产品的品质有提升，所以很受下游客户的欢迎。在有些场合，必须要用球磨机配超细分级机生产的重钙粉体才能满足新材料的性能要求。

所以，球磨+超细分级机的工艺路线，在重钙深加工行业是主流的路线之一。

2.2 立式磨生产工艺

立式辊轮磨机(简称立式磨)技术是德国人发明的，实际上立式磨的粉磨机理与雷蒙磨类似，都属于碾压粉碎，所以它在单位时间内产生的细粉量偏少(与球磨相比)。由于磨辊的施压是采液压方式进行，磨辊对物料的碾压压力更大，所以其粉碎效率要远远好于雷蒙磨等碾压粉碎设备。起初，立式磨都为二辊结构，主要用于生产400目以下的粗粉。

为提高单位时间细粉含量，又开发了三辊立式磨，细粉含量得到了较大改善，但一般仍以生产1000目以下的产品为主。后来有人对上部的分级机进行了改造，可直接生产1500目以下的微粉。利用出磨的600～1250目产品，另配超细分级机进行二次分级，也可以生产1250目以上的产品。

目前，国外及中国台湾的超细立式磨可以达到规模一次性生产出1250目(产量4.5t/h左右)，小规格立磨最细也可以生产1500目的微粉。大陆的超细立式磨目前的技术现状是，可以大规模一次性生产325～600目产品，采用小规格立式磨时，可以一次性生产到800目(产量4.0～4.4t/h)。大型立磨(600目产量10t/h以上)还没有解决生产600目以上的粉体的难题，无法实现重钙产品的大规模超细化生产。下面以国产立式磨配二次分级系统年产5万t 800目重钙超细微粉生产线为例作简单说明，工艺流程如图2所示。

立式磨系统的工艺比较简单，相比较球磨生产而言，入磨的物料粒度较球磨大，≤30mm的原料可以直接入磨。经立式磨处理后的细粉直接由收尘器收集得到600～1250目成品重钙。如有需要可以在此成品中再进行二次分级，从中提取1250目以上的细粉。

从节能、规模化及一定程度的精细化生产重质碳酸钙微粉的角度，立式磨+二次分级工艺可以适应600～2500目超细重钙粉体的规模化生产，其最明显的优势在于1250目以下重钙生产的节能。但是，该工艺仍然存在二次分级下品如何处理及2500目以上功能化、超微细化产品如何实现的两个问题。

总之，立式磨工艺在重钙加工行业也是主流的路线之一。

2.3 球磨+分级与立式磨干法工艺技术性能比较

球磨机加精细分级机具有单机能力大的优点，可以大规模一次性加工d97=5～22μm的超细粉体(另配亚微米分级机二次分级，可以生产细至d97=2～5μm的亚微米粉体)，虽然能耗稍高(与立式磨比较1250目以下产品)，但是其产品的比表面积大，产品颗粒形状好。

立式磨也具有单机能力大的特点，可以达到600目12t/h，突出优势是能耗低，因此，立式磨在加工600～1250目以下粉体产品时具有单机产量高、能耗低的优势。

立式磨可以节约能耗的原因在于它和球磨是两种不同的技术路线，立式磨是采用碾压、剪切原理对物料进行粉碎，可以即时将达到粒度要求的颗粒随气流带走，避免了物料在球磨机内部的过研磨现象，从而达到了节能的目的。立式磨的最大特点是在1250目以下的重钙生产中电耗方面优于球磨，较球磨机工艺，可节电20%～30%左右。

用立式磨生产重钙的工艺在日本和我国台湾地区用得较多，目前在大陆的台商也基本采用这个工艺来生产重钙产品，欧洲和美国等其他发达地区因为对粉的品质要求较高，均采用传统的球磨配分级机工艺，除此以外的国家和地区使用立磨较少。国内目前实行球磨与立磨工艺并举。现将立式磨与球磨机的加工系统进行比较，结果列于表3。