2.2　磨矿与分级

2.2.1　磨矿

磨矿是在矿石经破碎机破碎之后的继续粉碎作业，常称为磨粉或磨矿作业，主要目的有三个：一是满足选矿提纯对矿物解离度的要求；二是直接加工满足塑料、橡胶、陶瓷、玻璃、耐火材料、涂料、造纸等相关应用领域细度要求的非金属矿粉体产品；三是为下述超细粉碎和精细分级作业提供满足其给料粒度要求的粉体原料。

非金属矿的磨矿方法主要是机械粉碎。常用设备是各类干法磨粉机，如雷蒙磨（悬辊磨）、立式磨、机械冲击磨、球磨机、棒磨机、振动磨、辊磨机或压辊磨等。从是否使用研磨介质来说，这些设备又可分为两类：一是无研磨介质磨机，包括雷蒙磨、旋磨机、辊磨机、机械冲击式磨机等；二是研磨介质磨机，包括球磨机、棒磨机、振动磨等。表2-3为常用的磨机类型、磨矿原理、给料粒度、产品细度及其应用。

图2-2所示是非金属矿加工业中常用磨矿或磨粉设备的结构示意。以下分别予以介绍。

（1）球磨机　球磨机是非金属矿磨矿中常用的细磨设备，包括用于选矿准备作业的磨矿、为后续超细粉碎作业进行预粉碎以及直接加工粉体产品的粉磨作业。

各类球磨机的基本结构大体上是相同的，一般均由回转筒体、传动装置、进料装置、出料装置、润滑装置等部分构成。图2-2（a）所示是用于方解石干磨（生产重质碳酸钙）的球磨机结构示意图。

进料装置通过螺栓紧固上衬板以避免磨损和方便更换衬板。两个相同的主轴承安装在磨筒的两端，每个主轴承装配一套润滑油站。回转筒体是磨机的主体，是由钢板焊接的壳体和进料出料耳轴组成。衬板安装在球磨机的内侧。排料装置由带有排风管和排料管的排料罩组成，在排料罩和球磨机壳体之间设有密封装置。衬板及磨矿介质有两种：一种是铁质的；另一种是非铁质的。铁质衬板用奥氏体锰钢或高锰钢、合金铸钢制造，介质为各种不同直径的钢球或合金；非铁质衬板采用燧石、陶瓷、氧化铝（刚玉）等制造，介质为燧石、氧化铝（刚玉）、陶瓷球、氧化锆球磨（珠）等。

球磨机中常用的磨矿介质有钢球（相对密度7.8）、高铬钢段和钢球、氧化锆球（相对密度5.6）、氧化铝球（相对密度3.6）、瓷球（相对密度2.3）等。磨矿介质的尺寸，直接影响球磨机产品的粒度和粒度分布。磨矿介质粒径愈大，产品的粒度也愈大、产量愈高；反之，磨矿介质粒径愈小，磨矿产品的粒径也愈小，产量愈低。适宜的磨矿介质粒径，要视物料的性质和对产品粒度及粒度分布的要求而定。磨矿介质的密度也影响磨矿效率，一般磨矿介质密度较大，磨矿效率较高。

球磨机的工作原理是：当以适当的转速运转时，球磨机中磨矿介质与物料一起，在离心力和摩擦力的作用下被提升到一定高度后，因重力作用而脱离筒壁沿抛物线轨迹下落。然后，它们又被提升一定高度，再沿抛物线轨迹下落，如此周而复始，使处于磨矿介质之间的物料受冲击作用而被击碎。同时，由于磨矿介质的滚动和滑动，使颗粒受研磨、摩擦、剪切等作用而被磨碎。

球磨机的转速大小决定着筒体内磨矿介质的运动状态和磨矿的效果。当转速较小时，全部球荷被提升的高度较小，只向上偏转一定角度，其中每个介质都绕自己的轴线转动。当球荷的倾斜角度超过介质（钢球或瓷球等）在球荷表面上的自然休止角时，介质即沿此斜坡滚下，介质的这种运动状态称为泻落。在泻落式状态工作的磨机中，物料在介质间主要受到磨剥作用，冲击作用很小。如果磨机的转速足够高，介质边自转边随筒体内壁作圆曲线运动上升至一定高度，然后纷纷作抛物线下落，这种运动状态叫抛落式。在抛落式状态工作的磨机中，物料在圆曲线运动区受到介质的磨剥作用，在介质落下的地方，物料受到介质的冲击和强烈翻滚着的介质的磨剥作用，故此种运动状态，磨矿效率最高。当球磨机的转速超过某一限度时，介质就贴在筒壁上而不再下落，这种状态称为离心运转。发生离心运转时，物料也随筒体一起运转，既无介质的冲击作用，磨剥作用也很弱。

球磨机的种类较多，按球磨机筒体长度L与直径D不同，可分为短筒型（L/D≤1）、长筒型（1<L/D<3）和管磨机（L/D>3）；按排料方式不同可分为格子型球磨机、溢流型球磨机、中心排料球磨机和周边排料球磨机。格子型球磨机和溢流型球磨机主要用于湿法磨矿；中心排料球磨机和周边排料球磨机一般用于干法磨矿或磨粉作业。

球磨机的规格用筒体直径×长度表示。如ϕ900mm×1800mm、ϕ1500mm×100mm、ϕ1500mm×3000mm；溢流型球磨机表示为MQY900×1800、MQY1500×3000等；对于格子型球磨机，无论是湿式或干式的，均用MQG表示，如MQG900×1800、MQG1500×3000，有的设备厂则用MQS表示湿式，MQG表示干式。

球磨机目前仍是国内外广泛使用的粉磨设备，其中格子型球磨机和溢流型球磨机是非金属矿选矿常用的粉磨设备；中心排料球磨机和周边排料球磨机主要用于方解石、白云石、石英、锆英砂等非金属矿的细磨和超细磨（与分级机组成闭路作业）。

（2）棒磨机　棒磨机的结构与溢流型球磨机大致相同，因使用长圆棒作为磨矿介质，因此称为棒磨机。为确保介质棒在棒磨机内有规则运动和落下时不互相打击而变弯曲，棒磨机的锥形端盖曲率较小，内侧面铺有平滑衬板，而筒体多采用不平滑衬板；排料中空轴直径一般比同规格球磨机大，其他部分与同类溢流型球磨机相同。

棒磨机的排料粒度较相同规格球磨机要粗，但过粉碎少，目前主要应用于石英石和石英岩或砂岩的磨矿，加工满足工业与民用建筑玻璃、玻璃器皿及其他玻璃制品生产要求的石英砂或石英粉原料。

（3）悬辊磨　又名雷蒙磨（Raymond mill）或摆式磨粉机。其结构如图2-2（b）所示，辊子2的轴安装于梅花架1上，梅花架由传动装置带动而快速旋转。磨环3是固定不动的，物料由机体侧部通过给料机给入机内，在辊子2和磨环之间受到磨矿作用。气流从磨环下部以切线方向吹入，经过辊子同圆盘之间的磨碎区，夹杂粉尘排入盘磨机上部的风力分级机（选粉机）。梅花架上悬有3～5个辊子，绕机体中心轴线公转。由于公转产生的离心力，辊子向外张开，压紧磨环并在其上面滚动。给入磨机内的物料由铲刀4铲起并送入辊子与磨环之间进行磨碎。铲刀与梅花架连在一起，铲刀是倾斜安装的，每个辊子前面有一把铲刀，使物料形成一股物料流连续送至辊子与磨环之间。研磨后的物料随气流向上进入上部的风力分级机进行分级，粗粒物料脱离气流落至磨碎区再度研磨，细粒级产品随气流进入旋风集料器，从集料器下部收集。

悬辊磨按研磨辊子数目的不同分为3R（3辊）、4R（4辊）、5R（5辊）。主要技术参数为磨环内径、磨辊数目、磨辊尺寸、主轴转速、最大进料粒度、产品粒度、生产能力、分级机叶轮直径、风机风量、主机功率、设备重量和外形等。

悬辊磨具有性能稳定、工艺简单、操作方便等优点，广泛应用于方解石、大理石、白垩、石灰石、滑石、硅灰石、石膏、硬质高岭岩、陶土、长石、重晶石、膨润土、石墨、透闪石、伊利石、绢云母等非金属矿物的细磨。悬辊磨主要用于加工150～400目的细粉。

悬辊磨发明至今已过去100多年，2000年后悬辊磨在结构和内分级上有了重大改进，如增加磨辊质量、磨辊加压、提高磨辊的摆动速度、提高选分机的分级细度和精度，同时提高磨辊和磨环的硬度和强度。这些改进显著提高了传统雷蒙磨的生产能力，降低了单位产品的能耗和磨耗；而且通过增加分级机叶片数量，提高分级叶轮转速，或配置涡轮式空气分级机进行二次分级，提高产品细度，还可以生产600目（20μm）、800目（15μm）等更细的粉体。

（4）盘辊磨　又称立式磨。其结构主要由磨辊、磨盘、给料器、排料部、传动机构、分级机及风力输送系统等组成。其结构形式与悬辊式磨机相似，也是下部传动，中部给料和研磨，上部分级和排料；不同之处是用磨盘代替了磨环，磨辊形状也不同。其特点是磨盘卧式安装，磨盘上表面可以是水平的，也可以有一定锥度。磨辊位于磨盘上方，由压紧机构压紧在磨盘上。如图2-2（c）所示，被磨物料由设在机壳侧壁的给料口给到研磨盘上面，靠辊子的自重和磨辊对磨盘内物料的碾（挤）压作用将物料磨碎。研磨盘周围有一圈孔口，气流经这些孔口向上运动，将磨细的物料送至上部的分级机，细粒通过叶片从上部排出，粗粒则被叶片阻留而返回研磨区。

盘辊磨具有生产能力大、产品粒度可调范围宽、磨耗小等特点，广泛应用于石灰石、方解石、大理石、石膏等大多非金属矿和水泥原料的粉磨。

（5）机械冲击或涡旋式粉碎机　机械冲击磨是一类应用广泛的磨粉设备。如图2-2（d）所示为HWV型旋风磨的结构示意图，它主要由机架、机体、粉碎装置、加料斗、传动装置和电机等组成。

工作原理如下：物料由上箱体的顶部加入后，迅速被转子上部的预粉碎刀片打散，散向定子四壁，进入转子和定子组成的粉碎区。转子高速旋转产生的大量空气流，既受机内转动和静止部件的影响，又受机内的恰当导向，被转变成无数个急转的湍流。这些在粉碎区内为数众多的空气湍流，使物料的运转方向和速度都在瞬间突然改变，导致大多数颗粒相互碰撞和粉碎，只有小部分颗粒是通过机内运动和静止部件的冲击而被粉碎的。粉碎后的粉体物料随空气流排出机外。大流量的空气及其急转的湍流确保物料粉碎过程中温升最小。

HWV型旋风磨的主要技术参数是转子直径、转子转速、风速、风量、电机功率、产品粒度、产量、设备重量及外形尺寸等。

（6）振动磨　振动磨是主要的非金属矿粉磨设备之一，机型较多，应用范围较宽，既可以用于粗磨、细磨，又可以用于超细研磨。

振动磨的典型结构形式分单筒式和双筒或三筒式。单筒式一般用于间隙式粉磨物料；双筒或三筒式一般用于连续粉磨物料。图2-2（e）为双筒式振动磨结构示意图。其结构主要由磨机筒体、激振装置、弹性支承装置、万向传动联轴装置、制动装置、驱动电动机及机座等部件组成。

振动磨由电动机经万向传动联轴器驱动偏心激振器高速旋转，从而产生激振力使参振部分（筒体部件）在弹性支承装置上作高频率、低振幅的连续振动，筒体内的物料受到研磨介质（球或棒）的强烈冲撞、打击、挤压和磨剥作用；同时由于研磨介质的自转和相对运动，对粉体颗粒产生频繁的研磨作用。

振动磨的主要技术参数为筒体容积、筒体直径、振动频率、振幅、研磨介质装填量、进料粒度、出料粒度、生产能力、电机功率、振动部件质量等。

振动磨已在石墨粗选精矿的再磨以及石英和石英岩等的细磨及超细磨中得到应用。