典型石墨再磨设备的应用进展

刘之能

(北京矿冶研究总院)

典型石墨再磨设备的应用进展

刘之能

(北京矿冶研究总院)

着重叙述了球磨机和搅拌磨机等应用较为广泛的石墨再磨设备，对搅拌磨机的基本结构和种类做了较详细的介绍，并对石墨再磨设备的选型方法和原则进行了分析。

石墨 再磨 球磨机 搅拌磨 选型

石墨是非金属矿中的一种重要的国际战略资源，按照其性质和地质成因，共分为鳞片石墨和土状石墨2大类。

因石墨具有优良的导电性、润滑性、稳定性、可塑性且无毒、可涂敷性、易加工成型等特点，而被广泛用作耐火材料、导电材料、耐磨润滑材料、抗腐蚀材料、导热材料、高温冶金材料等，这些材料在科工领域有着广泛的应用，在电力电子、航空航天、军事领域更是十分重要的战略性物资。基于石墨在国民经济的发展和现代化建设中的重要地位，因而享有“黑金子”的美称，有专家预言——20 世纪是硅的世纪，21 世纪将是碳的世纪。

目前，我国已有石墨生产企业 300 余家，其中年产万t以上石墨的大型矿山有 40 余家，已经形成了鸡西、萝北、莱西与平度、盘石、鲁塘和内蒙古等几大生产加工基地，这几大生产加工基地的产量占全国石墨总产量的80%以上，代表着我国石墨行业的整体水平[1]。

石墨具有较好的天然可浮性，尤其是鳞片石墨，因而，石墨的选别通常采用浮选工艺。对鳞片石墨而言，在磨矿过程中加强对石墨鳞片的保护、在浮选过程中提高石墨回收率是国内石墨加工中亟需解决的课题[2]。

目前，石墨选矿通常采用多段磨多段选工艺，以尽早选出实际应用的大鳞片石墨。占我国30%石墨资源的鸡西地区的石墨厂，采用7次左右的磨矿、10次左右的精选的阶段磨选工艺情况十分普遍[3-4]，因此，石墨的磨矿是石墨回收的关键环节。

1 石墨再磨设备的应用进展

石墨的磨矿设备大致可分为球磨机和搅拌磨机2大类。

1.1 球磨机

球磨机是选矿厂应用广泛、历史悠久、操作简单、且生产成本较低的磨矿设备。格子型球磨机、溢流型球磨机均被广泛采用[5]。图1为某石墨选矿厂的再磨溢流型球磨机。

图1 应用于石墨再磨流程的球磨机

球磨机在石墨再磨流程中，主要用于一段磨矿或二段再磨，其装机功率一般在80～120 kW，介质充填率为30%～40%，单台处理能力在10～40 t/h不等。

1.2 搅拌磨机

20世纪30年代，搅拌磨机开始应用于工业生产，至今已有80多a，已经发展成为了一类加工制造方便、操作简单、种类齐全的磨矿设备。

搅拌磨机与球磨机最大的区别在于前者内部有搅拌装置。磨机工作时筒体固定不动，搅拌装置以一定的速度旋转。搅拌磨机通过搅拌装置的旋转带动研磨介质进行自转和公转，进而产生剪切、冲击、摩擦作用，以达到对物料进行细磨的目的。搅拌装置的末端线速度一般为3～20 m/s。

搅拌磨机的常见搅拌装置形式有螺旋式、圆盘式、棒式和叶轮式等[6]，石墨再磨流程中应用较多或前景较为广阔的有叶轮式和棒式2种，其中叶轮式可分为双层叶轮式和多层叶轮式，其在国内很多地区的石墨再磨流程中得到应用。

1.2.1 双层叶轮式搅拌磨

双层叶轮式搅拌磨机由北京矿冶研究总院自20世纪90年代末自主研发。该设备充分吸收了国内外已有设备的优点，摒弃了相关设备的不足，产生了多项国内搅拌磨机的创新性技术。应用在石墨再磨流程中的主要有GJM10(GJ5×2)双槽搅拌磨机和GJM5(GJ5/75)单槽搅拌磨机，上述2种设备的基本结构见图2。

图2 GJM型搅拌磨机基本结构

GJM型搅拌磨机主要由电动机、减速机、双层叶轮搅拌器、槽体、排料筛、橡胶衬和电控柜等部分组成[7]。

GJM型搅拌磨机应用于2段以后的再磨流程中，此设备在鸡西地区的石墨再磨流程中应用十分广泛，图3为GJM5(GJ5/75)单槽搅拌磨机在鸡西某石墨选矿厂3段再磨中的应用。

图3 应用于石墨再磨流程的GJM型搅拌磨机

鸡西地区应用的GJM型搅拌磨机的装机功率一般为45～75 kW，单槽容积为5 m3左右，单台设备处理量为1.5～3.0 t/h，磨矿浓度为18%～20%，研磨介质为φ6～8 mm陶瓷球、玻璃球等，研磨介质充填率在40%左右。

1.2.2 多层叶轮式搅拌磨

多层叶轮式搅拌磨机的搅拌装置结构型式与双层叶轮式相似，只是搅拌装置上有4～6层叶轮；磨机槽体为圆筒状，其在鸡西地区某石墨再磨流程中的应用见图4。

图4 应用于石墨再磨流程的多层叶轮式搅拌磨机

多层叶轮式搅拌磨机的装机功率一般为15～35 kW，容积约为0.5 m3，4层叶轮结构，研磨介质为φ12 mm左右的陶瓷球或玻璃球，单台设备的处理能力一般在0.8～1.5 t/h。

1.3 棒式搅拌磨机

棒式搅拌磨机于20世纪60年代由Svedala研发成功，并于1969年应用于高岭土磨矿工艺中，21世纪才开始应用于石墨再磨流程中。

棒式搅拌磨机是一款流化立式搅拌磨机，其利用搅拌棒的旋转动能，使磨矿腔室中的介质和料浆混合物产生高能运动，进而产生颗粒间的剪切、摩擦和挤压力，形成细磨、再磨以及擦洗的理想磨矿环境[8]。

棒式搅拌磨机在国外的石墨再磨流程中应用较多，图5为国外某石墨矿棒式搅拌磨机的应用情况。

图5 应用于国外石墨再磨流程的棒式搅拌磨机

棒式搅拌磨机的装机功率一般为18.5～1 100 kW，但在石墨再磨流程中的应用规格均较小，一般在18.5～185 kW，研磨介质为陶瓷球，单台设备处理能力一般为1.5～15 t/h。

2 石墨用再磨设备选型原则

综合现有石墨再磨流程中所用的细磨设备，考虑石墨鳞片结构的特殊性，在石墨再磨设备选型中应着重注意以下几点：

(1)在满足石墨单体解离的情况下，应尽可能保护产品中大鳞片石墨，尽量减少矿物颗粒的过磨现象。

(2)由于再磨段数较多，再磨设备应具有功耗低、效率高等突出优点。

(3)再磨设备所使用研磨介质应常见且成本低，同时设备的安装维护成本也应尽量低。

根据上述要求，分析石墨再磨流程中的现有设备，总结归纳出的石墨再磨设备选型的基本原则：

(1)一、二段磨矿由于处理量较大，可选用球磨机为磨矿设备，但必须注意到球磨机以冲击破碎方式来达到细磨作用，对大鳞片石墨有破坏性，且球磨机的磨矿效率较低。因此，在经济成本允许的情况下，可考虑采用大规格棒式搅拌磨机来代替球磨机进行一、二段细磨。

(2)对二段以后的再磨，由于处理量适中，可选择叶轮式和棒式搅拌磨机作为再磨设备。该类设备具有功耗低、效率高、磨矿介质消耗低、适用性强等优点，其生产能力更强、操作更安全，且易于实现常规和优化控制；最重要的是，该类设备能有效地保护大鳞片石墨，尤其是棒式搅拌磨机，对大鳞片石墨的保护更加有效，其对提高大鳞片石墨的产率和提升经济效益方面具有重要作用。

3 结 论

(1)在石墨的多段磨选中，球磨机和搅拌磨机都得到了广泛的应用，同时也取得了较好的应用效果，这些设备的配合使用，可以选别出品位高达95%以上的高纯度石墨。

(2)从保护大鳞片石墨及降低磨矿能耗、节约成本等方面考虑，搅拌磨机(叶轮式和棒式)相对于球磨机具有显著的优势，尤其是棒式搅拌磨机。

[1] 李传华.鸡西市石墨产业发展战略研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2008.

[2] 郭 敏,马化龙,胡四春，等.某鳞片状石墨剥片磨矿浮选试验[J].现代矿业,2013(6):88-90.

[3] 段惠彬.对我国石墨资源开发与利用的探讨[J].中国矿业，2001(6):22.

[4] 肖伟丽.某石墨矿提高精矿大片产率及品位的浮选工艺研究[J].硅谷,2012(8):110-111.

[5] 段希祥.碎矿与磨矿[M].北京:冶金工业出版社,2006.

[6] 袁树礼,卢世杰,何建成,等.几种典型搅拌磨机在金属矿山的应用进展[J].矿山机械,2014(7)：1-4.

[7] 孙小旭,卢世杰,杨俊平,等.GJM搅拌磨机在非金属矿细磨中的应用[J].矿山机械,2014(11)：80-82.

[8] Davey，Graham.Fine copper grinding using Metso's stirred Media Detritor [J].Mining Engineering，2004(4):33-35.

Equipments Application Status in Typical Graphite Ore Regrinding Operation

Liu Zhineng

(Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy)

Equipments, such as ball mill and stirred mill, used in graphite regrinding was emphasis analyzed. Basic structure and types of stirred mill was introduced in detail. Equipment's type selection methods and principles on graphite regrinding were analyzed.

Graphite, Regrinding, Ball mill, Stirred mill, Type selection

2015-05-18)

刘之能(1982—)，男，工程师，100160 北京市南四环西路188号。