2.2　磨礦與分級

2.2.1　磨礦

磨礦是在礦石經破碎機破碎之后的繼續粉碎作業，常稱為磨粉或磨礦作業，主要目的有三個：一是滿足選礦提純對礦物解離度的要求；二是直接加工滿足塑料、橡膠、陶瓷、玻璃、耐火材料、涂料、造紙等相關應用領域細度要求的非金屬礦粉體產品；三是為下述超細粉碎和精細分級作業提供滿足其給料粒度要求的粉體原料。

非金屬礦的磨礦方法主要是機械粉碎。常用設備是各類干法磨粉機，如雷蒙磨（懸輥磨）、立式磨、機械沖擊磨、球磨機、棒磨機、振動磨、輥磨機或壓輥磨等。從是否使用研磨介質來說，這些設備又可分為兩類：一是無研磨介質磨機，包括雷蒙磨、旋磨機、輥磨機、機械沖擊式磨機等；二是研磨介質磨機，包括球磨機、棒磨機、振動磨等。表2-3為常用的磨機類型、磨礦原理、給料粒度、產品細度及其應用。

圖2-2所示是非金屬礦加工業中常用磨礦或磨粉設備的結構示意。以下分別予以介紹。

（1）球磨機　球磨機是非金屬礦磨礦中常用的細磨設備，包括用于選礦準備作業的磨礦、為后續超細粉碎作業進行預粉碎以及直接加工粉體產品的粉磨作業。

各類球磨機的基本結構大體上是相同的，一般均由回轉筒體、傳動裝置、進料裝置、出料裝置、潤滑裝置等部分構成。圖2-2（a）所示是用于方解石干磨（生產重質碳酸鈣）的球磨機結構示意圖。

進料裝置通過螺栓緊固上襯板以避免磨損和方便更換襯板。兩個相同的主軸承安裝在磨筒的兩端，每個主軸承裝配一套潤滑油站。回轉筒體是磨機的主體，是由鋼板焊接的殼體和進料出料耳軸組成。襯板安裝在球磨機的內側。排料裝置由帶有排風管和排料管的排料罩組成，在排料罩和球磨機殼體之間設有密封裝置。襯板及磨礦介質有兩種：一種是鐵質的；另一種是非鐵質的。鐵質襯板用奧氏體錳鋼或高錳鋼、合金鑄鋼制造，介質為各種不同直徑的鋼球或合金；非鐵質襯板采用燧石、陶瓷、氧化鋁（剛玉）等制造，介質為燧石、氧化鋁（剛玉）、陶瓷球、氧化鋯球磨（珠）等。

球磨機中常用的磨礦介質有鋼球（相對密度7.8）、高鉻鋼段和鋼球、氧化鋯球（相對密度5.6）、氧化鋁球（相對密度3.6）、瓷球（相對密度2.3）等。磨礦介質的尺寸，直接影響球磨機產品的粒度和粒度分布。磨礦介質粒徑愈大，產品的粒度也愈大、產量愈高；反之，磨礦介質粒徑愈小，磨礦產品的粒徑也愈小，產量愈低。適宜的磨礦介質粒徑，要視物料的性質和對產品粒度及粒度分布的要求而定。磨礦介質的密度也影響磨礦效率，一般磨礦介質密度較大，磨礦效率較高。

球磨機的工作原理是：當以適當的轉速運轉時，球磨機中磨礦介質與物料一起，在離心力和摩擦力的作用下被提升到一定高度后，因重力作用而脫離筒壁沿拋物線軌跡下落。然后，它們又被提升一定高度，再沿拋物線軌跡下落，如此周而復始，使處于磨礦介質之間的物料受沖擊作用而被擊碎。同時，由于磨礦介質的滾動和滑動，使顆粒受研磨、摩擦、剪切等作用而被磨碎。

球磨機的轉速大小決定著筒體內磨礦介質的運動狀態和磨礦的效果。當轉速較小時，全部球荷被提升的高度較小，只向上偏轉一定角度，其中每個介質都繞自己的軸線轉動。當球荷的傾斜角度超過介質（鋼球或瓷球等）在球荷表面上的自然休止角時，介質即沿此斜坡滾下，介質的這種運動狀態稱為瀉落。在瀉落式狀態工作的磨機中，物料在介質間主要受到磨剝作用，沖擊作用很小。如果磨機的轉速足夠高，介質邊自轉邊隨筒體內壁作圓曲線運動上升至一定高度，然后紛紛作拋物線下落，這種運動狀態叫拋落式。在拋落式狀態工作的磨機中，物料在圓曲線運動區受到介質的磨剝作用，在介質落下的地方，物料受到介質的沖擊和強烈翻滾著的介質的磨剝作用，故此種運動狀態，磨礦效率最高。當球磨機的轉速超過某一限度時，介質就貼在筒壁上而不再下落，這種狀態稱為離心運轉。發生離心運轉時，物料也隨筒體一起運轉，既無介質的沖擊作用，磨剝作用也很弱。

球磨機的種類較多，按球磨機筒體長度L與直徑D不同，可分為短筒型（L/D≤1）、長筒型（1<L/D<3）和管磨機（L/D>3）；按排料方式不同可分為格子型球磨機、溢流型球磨機、中心排料球磨機和周邊排料球磨機。格子型球磨機和溢流型球磨機主要用于濕法磨礦；中心排料球磨機和周邊排料球磨機一般用于干法磨礦或磨粉作業。

球磨機的規格用筒體直徑×長度表示。如?900mm×1800mm、?1500mm×100mm、?1500mm×3000mm；溢流型球磨機表示為MQY900×1800、MQY1500×3000等；對于格子型球磨機，無論是濕式或干式的，均用MQG表示，如MQG900×1800、MQG1500×3000，有的設備廠則用MQS表示濕式，MQG表示干式。

球磨機目前仍是國內外廣泛使用的粉磨設備，其中格子型球磨機和溢流型球磨機是非金屬礦選礦常用的粉磨設備；中心排料球磨機和周邊排料球磨機主要用于方解石、白云石、石英、鋯英砂等非金屬礦的細磨和超細磨（與分級機組成閉路作業）。

（2）棒磨機　棒磨機的結構與溢流型球磨機大致相同，因使用長圓棒作為磨礦介質，因此稱為棒磨機。為確保介質棒在棒磨機內有規則運動和落下時不互相打擊而變彎曲，棒磨機的錐形端蓋曲率較小，內側面鋪有平滑襯板，而筒體多采用不平滑襯板；排料中空軸直徑一般比同規格球磨機大，其他部分與同類溢流型球磨機相同。

棒磨機的排料粒度較相同規格球磨機要粗，但過粉碎少，目前主要應用于石英石和石英巖或砂巖的磨礦，加工滿足工業與民用建筑玻璃、玻璃器皿及其他玻璃制品生產要求的石英砂或石英粉原料。

（3）懸輥磨　又名雷蒙磨（Raymond mill）或擺式磨粉機。其結構如圖2-2（b）所示，輥子2的軸安裝于梅花架1上，梅花架由傳動裝置帶動而快速旋轉。磨環3是固定不動的，物料由機體側部通過給料機給入機內，在輥子2和磨環之間受到磨礦作用。氣流從磨環下部以切線方向吹入，經過輥子同圓盤之間的磨碎區，夾雜粉塵排入盤磨機上部的風力分級機（選粉機）。梅花架上懸有3～5個輥子，繞機體中心軸線公轉。由于公轉產生的離心力，輥子向外張開，壓緊磨環并在其上面滾動。給入磨機內的物料由鏟刀4鏟起并送入輥子與磨環之間進行磨碎。鏟刀與梅花架連在一起，鏟刀是傾斜安裝的，每個輥子前面有一把鏟刀，使物料形成一股物料流連續送至輥子與磨環之間。研磨后的物料隨氣流向上進入上部的風力分級機進行分級，粗粒物料脫離氣流落至磨碎區再度研磨，細粒級產品隨氣流進入旋風集料器，從集料器下部收集。

懸輥磨按研磨輥子數目的不同分為3R（3輥）、4R（4輥）、5R（5輥）。主要技術參數為磨環內徑、磨輥數目、磨輥尺寸、主軸轉速、最大進料粒度、產品粒度、生產能力、分級機葉輪直徑、風機風量、主機功率、設備重量和外形等。

懸輥磨具有性能穩定、工藝簡單、操作方便等優點，廣泛應用于方解石、大理石、白堊、石灰石、滑石、硅灰石、石膏、硬質高嶺巖、陶土、長石、重晶石、膨潤土、石墨、透閃石、伊利石、絹云母等非金屬礦物的細磨。懸輥磨主要用于加工150～400目的細粉。

懸輥磨發明至今已過去100多年，2000年后懸輥磨在結構和內分級上有了重大改進，如增加磨輥質量、磨輥加壓、提高磨輥的擺動速度、提高選分機的分級細度和精度，同時提高磨輥和磨環的硬度和強度。這些改進顯著提高了傳統雷蒙磨的生產能力，降低了單位產品的能耗和磨耗；而且通過增加分級機葉片數量，提高分級葉輪轉速，或配置渦輪式空氣分級機進行二次分級，提高產品細度，還可以生產600目（20μm）、800目（15μm）等更細的粉體。

（4）盤輥磨　又稱立式磨。其結構主要由磨輥、磨盤、給料器、排料部、傳動機構、分級機及風力輸送系統等組成。其結構形式與懸輥式磨機相似，也是下部傳動，中部給料和研磨，上部分級和排料；不同之處是用磨盤代替了磨環，磨輥形狀也不同。其特點是磨盤臥式安裝，磨盤上表面可以是水平的，也可以有一定錐度。磨輥位于磨盤上方，由壓緊機構壓緊在磨盤上。如圖2-2（c）所示，被磨物料由設在機殼側壁的給料口給到研磨盤上面，靠輥子的自重和磨輥對磨盤內物料的碾（擠）壓作用將物料磨碎。研磨盤周圍有一圈孔口，氣流經這些孔口向上運動，將磨細的物料送至上部的分級機，細粒通過葉片從上部排出，粗粒則被葉片阻留而返回研磨區。

盤輥磨具有生產能力大、產品粒度可調范圍寬、磨耗小等特點，廣泛應用于石灰石、方解石、大理石、石膏等大多非金屬礦和水泥原料的粉磨。

（5）機械沖擊或渦旋式粉碎機　機械沖擊磨是一類應用廣泛的磨粉設備。如圖2-2（d）所示為HWV型旋風磨的結構示意圖，它主要由機架、機體、粉碎裝置、加料斗、傳動裝置和電機等組成。

工作原理如下：物料由上箱體的頂部加入后，迅速被轉子上部的預粉碎刀片打散，散向定子四壁，進入轉子和定子組成的粉碎區。轉子高速旋轉產生的大量空氣流，既受機內轉動和靜止部件的影響，又受機內的恰當導向，被轉變成無數個急轉的湍流。這些在粉碎區內為數眾多的空氣湍流，使物料的運轉方向和速度都在瞬間突然改變，導致大多數顆粒相互碰撞和粉碎，只有小部分顆粒是通過機內運動和靜止部件的沖擊而被粉碎的。粉碎后的粉體物料隨空氣流排出機外。大流量的空氣及其急轉的湍流確保物料粉碎過程中溫升最小。

HWV型旋風磨的主要技術參數是轉子直徑、轉子轉速、風速、風量、電機功率、產品粒度、產量、設備重量及外形尺寸等。

（6）振動磨　振動磨是主要的非金屬礦粉磨設備之一，機型較多，應用范圍較寬，既可以用于粗磨、細磨，又可以用于超細研磨。

振動磨的典型結構形式分單筒式和雙筒或三筒式。單筒式一般用于間隙式粉磨物料；雙筒或三筒式一般用于連續粉磨物料。圖2-2（e）為雙筒式振動磨結構示意圖。其結構主要由磨機筒體、激振裝置、彈性支承裝置、萬向傳動聯軸裝置、制動裝置、驅動電動機及機座等部件組成。

振動磨由電動機經萬向傳動聯軸器驅動偏心激振器高速旋轉，從而產生激振力使參振部分（筒體部件）在彈性支承裝置上作高頻率、低振幅的連續振動，筒體內的物料受到研磨介質（球或棒）的強烈沖撞、打擊、擠壓和磨剝作用；同時由于研磨介質的自轉和相對運動，對粉體顆粒產生頻繁的研磨作用。

振動磨的主要技術參數為筒體容積、筒體直徑、振動頻率、振幅、研磨介質裝填量、進料粒度、出料粒度、生產能力、電機功率、振動部件質量等。

振動磨已在石墨粗選精礦的再磨以及石英和石英巖等的細磨及超細磨中得到應用。