立式螺旋搅拌磨机在闪锌矿再磨中的参数优化

王学东，李 红

（1.中南大学，湖南 长沙 410012；2.长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012）

凡口铅锌矿是目前中国乃至亚洲已探明地质储量和铅锌精矿生产量最大的矿山之一。然而从凡口铅锌矿生产指标以及现场操作来看，锌快速浮选流程明显不适合锌矿物的浮选，主要原因是锌精矿的品位不稳定，造成整体的锌回收率不高。为解决上述问题，在选锌作业增加立式螺旋搅拌磨机用于锌粗精矿再磨，以提高锌矿物的解离度，从而保证锌浮选精矿的品位和回收率。本文针对凡口铅锌矿锌粗精矿进行了立式螺旋搅拌磨机介质充填率、搅拌器转速、介质配比等运行参数条件试验，通过运行参数条件优化和生产应用实践，取得了较好的生产运行技术指标。

1 立式螺旋搅拌磨机的结构与工作原理

立式螺旋搅拌磨机主要由传动装置、螺旋搅拌器、筒体等部分组成。立式螺旋搅拌磨机工作原理：筒体内的钢球、砾石等磨矿介质和物料受到螺旋搅拌器的搅拌作用，螺旋搅拌器在传动装置的带动下旋转，使磨矿介质与物料在筒体内做整体的多维循环运动和自转运动。物料在磨矿介质压力，螺旋回转产生的挤压力、摩擦力、冲击挤压和剪切作用下被有效的研磨。矿浆由立磨机的下部给入，合格的磨矿产品从立磨机的顶部溢流排出，较粗的颗粒则继续留在立磨机中被研磨。

2 立式螺旋搅拌磨机在闪锌矿再磨中的参数优化试验

经锌快速浮选后的选锌尾矿（锌粗精矿），该锌粗精矿以难浮的闪锌矿连生体为主，粗精矿中闪锌矿单体仅占72%。闪锌矿的解离程度会直接影响到闪锌矿浮选上浮的速度。所以立式螺旋搅拌磨机用于锌粗精矿再磨，目的是为提高闪锌矿的单体解度度，从而提高锌精矿的品位和回收率。再磨试验设备为长沙矿冶研究院研制的JM-1800型立式螺旋搅拌磨机，其主要规格型号及技术参数为：电机功率315KW，筒体直径1800mm，筒体高度3200mm，有效容积8m3，给矿粒度-0.4mm＞75%，出料粒度-0.4mm＞85%～95%，处理量45t/h。

试验在凡口铅锌矿试验厂锌再磨再选流程现场进行，通过依次改变JM-1800立式螺旋搅拌磨机的介质充填率、搅拌器转速、介质配比等运行参数条件，考察立式螺旋搅拌磨机的磨矿效率，采用-0.04mm生产能力、能耗、球耗来评价立式螺旋搅拌磨机的磨矿效率。

2.1 介质充填率对磨矿效率的影响

固定搅拌转速40r/min和其它条件下，进行了介质充填率对磨矿效果的影响试验研究。本试验选取的立磨机介质充填率分别为25%、35%、45%、55%和65%。

介质充填率对-0.04mm生产能力、能耗、球耗的影响结果为：-0.04mm生产能力和球耗均随介质充填率增加而增加，只是增加的速度及趋势不同：-0.04mm生产能力随介质充填率基本呈线性增长，只是当介质充填率达到55%时，-0.04mm生产能力随充填率增加而提高的幅度降低；而球耗则在介质充填率小于55%时近似线性增长，当达到55%以后开始增长加剧。能耗随介质充填率的变化则呈现了与-0.04mm生产能力及球耗不一样的规律，当介质充填率小于55%时，能耗随介质充填率增加而略微下降；当介质充填率超过55%时，能耗随介质充填率增加而急剧增加。

总体而言，随介质充填率增加，相同处理量时，磨矿产品细度减小，但相应地，能耗及球耗增大，磨矿成本增加。因此，适当增加介质量，可以提高磨矿效率，而介质充填量过大时，反而会使磨矿效率降低。综合-0.04mm生产能力、能耗和球耗随介质充填率变化可以看出，介质充填率选择55%时最为合适。

2.2 搅拌转速对磨矿效率的影响

在介质充填率55%条件下，进行了搅拌器转速对磨矿效率的影响试验，本试验选取的搅拌转速分别为35r/min、40r/min、45r/min、50r/min和55r/min。搅拌器转速对-0.04mm生产能力、能耗、球耗的影响结果如图1～图3所示。由图5可以看出，-0.04mm生产能力随转速提高而增加，且随转速提高，增加的幅度逐渐变小。这是由于随着磨机搅拌器转速增加，由搅拌器传递给介质球的能量加大，钢球之间有效碰撞增加，物料与钢球接触概率相应提高，故磨矿效果变得更好。

在不同转速下磨矿电耗随转速变化则呈现了不同的变化规律如图2所示。在转速35r/min～45r/min段，电耗随转速提高而降低，到达45r/min时，电耗最低，随后随着转速提高电耗增加，这是由于在45r/min时，介质碰撞能量与碰撞频率正好适合铅锌矿在粉碎粒度区的粉碎能，因而破碎效率最高，电耗最低。

图1 不同转速时立式螺旋搅拌磨机-0.04mm生产能力

图2 不同转速时立式螺旋搅拌磨机磨矿能耗

图3 不同转速时立式螺旋搅拌磨机磨矿球耗

不同搅拌转速时的磨机球耗变化如图3所示。其总体变化规律与电耗随搅拌转速的变化规律相似，却略有不同。在转速40r/min～50r/min区间，球耗较低，且数值基本接近；转速提高或降低，球耗都增加。这说明转速过小时，介质球之间的碰撞能量不足以引起铅锌矿颗粒破碎，磨矿效率低，但是介质球碰撞引起的磨损却依然存在，因而球耗高；而转速过高时，虽然磨矿效率提高，但介质球的磨损速度也加快而起球耗增加。

综合以上分析，随着磨机搅拌转速提高，相同处理量时，能耗及球耗降低，但提高至一定范围内，虽然磨矿产品细度降低，但能耗及球耗不再降低甚至提高，即存在一个最佳转速（或转速范围），本试验中确定最佳转速为45r/min，在该转速下，电耗及球耗最低，此时磨机排矿中-0.04mm含量达到86.81%，磨机处理量达到45t/h。

2.3 介质配比对磨矿效率的影响

在立式螺旋搅拌磨机介质充填率55%、搅拌转速45r/min条件下，进行了介质配比对磨矿效率的影响试验，本次试验选取的介质配比分别为10mm、10mm～15mm、15mm、15mm～20mm、20mm、25mm和10mm-15mm-20mm。图4～图6为不同介质配比时的-0.04mm生产能力、能耗和球耗。

在试验范围内，随着介质尺寸增大，-0.04mm生产能力降低，且混合尺寸介质比单一尺寸介质磨矿效果好。

随着介质尺寸增大，磨矿能耗增加，且混合尺寸介质能耗介于单一尺寸介质之间。这是因为介质尺寸越小，介质球数量越多，在能达到铅锌矿磨矿能的情况下产生的粉磨次数越多，因而效率越高，而且介质尺寸越小，单次碰撞引发的能量损失越低，因而能耗越低。

由图6表明，随着介质尺寸增大，磨矿球耗先减后增。当介质尺寸10mm～15mm区间，磨矿球耗随介质尺寸增大而减小，当介质尺寸＞15mm时，磨矿球耗随介质增大而增加。这是因为介质尺寸较小时，虽然磨矿效率高，但由于介质球数量多，碰撞次数多，因而引起的介质磨损量大。而介质尺寸较大时，在相同速度下，单次碰撞引发的介质磨损量大，因而球耗高。

总体而言，在所试验的介质尺寸范围内，介质尺寸越小，磨矿效果越好，能耗越低，球耗越高。综合磨矿效果、能耗和球耗，在所试验的介质尺寸区间，以15mm尺寸介质钢球效果最佳。