矿物精细加工｜超细粉碎、精密分级工艺设计与设备选型实例分析（矿石粉碎机）

一、超细粉碎和精密分级设备选型

　　在超细粉碎工厂设计中，主要设备设计与计算的依据是：

　　（1）超细粉碎厂的建设规模、产品结构或品种、产品细度及粒度分布、纯度、粒形等数量和质量要求；

　　（2）被粉碎物料的硬度、粒度、比表面积、化学成分、黏度等物理化学性能；

　　超细粉碎厂的工作制度；

　　（3）设计的超细粉碎工艺流程图或设备联系图。包括质量流程图及料浆流程图；

　　（4）设备计算参数的试验资料及类似厂的生产指标或数据；

　　（5）所建厂的自动控制水平及设备作业率；

　　（6）定型设备的产品样本，新设备的工业试验数据及鉴定资料。

1、超细粉碎设备选型

　　超细粉碎设备的选择和规格的确定主要与所处理的物料的物理性质（硬度、密度、水分、给料粒度等）、处理量、粉碎产品细度和粒度分布、纯度、粒形以及设备工艺配置等因素有关。所选用的设备必须满足粉碎产品粒度、设计产量或处理量和适应给料中最大颗粒粒度的要求。

（1）干式和湿式超细粉碎工艺设备的选择

　　对于前面不设置湿法提纯和湿法加工工序或后续不设置湿法加工工序的物料，一般当产品细度d97≥5μm时，在目前技术经济条件下，优先选择干法加工工艺和干法超细粉碎设备，如气流粉碎机、高速机械冲击式粉碎机、离心或旋（飓）风自磨机、干式球磨机、振动磨、搅拌磨等。除了内设精细分级装置或具有自行分级功能的超细粉碎设备，如气流磨等外，一般在选用时还要同时考虑相应的精细分级设备，才能满足产品细度和粒度分布的要求。

　　当需要设计生产d97＜5μm以下的超细粉体产品，或者最终产品可以滤饼或浆料销售时，应当优先选用湿法超细粉碎工艺和设备。

　　另外，如果被粉碎物料是经过前置其他湿法工艺（如水洗、提纯等）加工的，也即在超细粉碎作业之前设置有水洗、提纯等湿法加工工序，则不管最终产品粒度要求如何，应当优先考虑湿法超细粉碎工艺和设备。

　　此外，如果经超细粉碎后的粉料还是进行湿法加工，也应优先选用湿法超细粉碎工艺和设备。还有一此特殊情况.如用做珠光云母原料的碎白云母的加工，为确保片状颗粒形状和表而光洁度，要选用湿法超细粉碎工艺和设备。

（2）干法超细粉碎设备的选型

　　干法超细粉碎设备的类型很多，选型时主要考虑原料的物理性质（硬度、密度、粘性、水分等）及粒度、产品细度和粒度分布、纯度、粒形、设计产量及产品的价值等。同时要在相同条件下比较各种不同类型干法超细粉碎设备的生产能力、单位产品电耗、磨耗、设备运转稳定性、自动控制水平、维护和检修性能以及工艺配套性能等。

　　一般对于价位较大、产品纯度要求较高、粒形较规则的物料，如稀土、精细磨料、药品及保健品、名贵中药材、生物制品等可优先考虑选择气流粉碎机，尤其是新型的流化床式或对喷式气流粉碎机及内衬刚玉等耐磨材料的其他类型气流粉碎机。

　　对于大宗的工业矿物超细粉体的加工，如重质碳酸钙、普通滑石粉、高岭土、硅灰石等应当优先考虑其他干式超细粉碎设备，如高速机械冲击式超细粉碎机、旋转筒式球磨机（带分级机）、离心旋风自磨机、振动磨、干式搅拌磨（带分级机）、塔式磨等，原因是这些工业矿物粉体的单位价值相对较低，而气流粉碎机的单位产品能耗相对较高。物料的硬度也是干式超细粉碎设备要考虑的一个重要因素。

　　一般来说。除流化床对喷式气流磨之外的其他类型气流粉碎机、高速机械冲击式粉碎机、离心旋风式白磨机等不适台加工莫氏硬度大于7的高硬度物料。

　　选定了设备的类型后，接下来就要确定设备的规格和台数。设备规格和台数的确定主要依据所要求的产品细度条件下设备的处理量而定。设备的处理量或生产能力最好以同种物料的工业生产实例（相同产品细度和粒度分布条件下）或在指定产品细度和粒度分布条件下的工业设备的试验结果来确定。

　　在没有相同物料作参照物的情况下，超细粉碎设备的处理量的计算还要考虑物料种类、硬度、密度、黏度或含水量、杂质种类和含量以及给料粒度和粒度分布所带来的差别。

　　总之，在计算超细粉碎机的单机处理量时，最好是参照同种物料在相同或相近产品细度和粒度分布下的工业生产数据或相近机型的工业试验数据。

　　另外，还要说明的是，设备厂家提供的设备的技术性能参数是对一般物料而言的，所给出的生产能力随产品细度要求不同及不同物料而有较大的变化，因此，在选型计算时，如无相同物料在相同产品细度条件下的生产数据，最好是先取有代表性的原料在定型工业设备或样机进行一定时间的工业试验，以确保选型计算的准确和可靠。

（3）湿式超细粉碎设备的选型计算

　　相对于干式超细粉碎设备而言，湿式超细粉碎设备的类型较少。定型的主要有搅拌磨或摩擦磨（Attrition）、研磨剥片机、砂磨机、振动磨、球磨机和胶体磨、高压均浆机等，其中，除胶体磨和高压均浆机外，上述其他湿式超细粉碎设备都是介质研磨粉碎机，磨机筒体内充填钢珠、氧化铝珠、氧化错珠、玻璃珠以及氧化铝和氧化错复合珠等研磨介质。这些研磨介质的粒径大小及其配比、充填率等直接影响最终研磨产品的细度和产量。

　　这些使用研磨介质的湿法超细粉碎设备一般能用于各种硬度物料的超细研磨加工，因此，选型时主要比较在相同给料粒度和物料性质及相同产品细度、纯度、粒形等条件下，各种不同类型湿式研磨机的生产能力、单位产品电耗、单位产品磨耗、设备运转的可靠性和产品质量的稳定性、自动控制水平、维护检修性能及工艺配套性等。

　　湿式超细粉碎设备规格和台数的确定一定要以给料粒度和指定产品细度所需的设备的处理量而定一湿式超细粉碎设备生产能力的设计计算尚未建立起一套完善的方法，在设计中最好是参照同种物料在相同或相近产品细度、粒度分布、纯度、粒形等条件下的工业生产数据或工业试验数据确定。

　　对于搅拌磨、研磨剥片机及砂磨机来说，在估算粉碎机处理量或产量时还要考虑设计工艺与所参照的工业生产或工业试验在设备生产方式上的差别。这是因为对于这几种磨机有3种不同的生产方式，即间歇或批量式、循环式、连续式。间歇式和循环式一般是单机生产或多机并联生产，连续式有时是由几台搅拌磨或研磨剥片机串联成的机组进行生产。只有生产方式相同，而且给料粒度和产品细度均相同的同种物料的工业生产或工业试验数据才可直接用来确定设计设备的处理量。如果工业生产或工业试验是间歇式操作或生产，其他条件，如物料品种、物理化学性质、给料粒度、产品细度等均一与设计加工的物料相同，则可通过物料在磨机内的停留时间来计算连续运转的磨机的处理量或生产能力。

2、精密分级设备选型

　　目前工业上应用的分级机主要有两大类：即以空气为介质的干式转子涡轮式气流分级机和以水为介质的水力旋流器、卧式螺旋沉降式离心机及旋流式超细水力分级机等湿式精细分级机。其中转子式或涡轮式气流分级机一般与干式超细粉碎设备，如高速机械冲击式粉碎机、分级研磨机、离心旋风式自磨机、气流粉碎机等配套使用或单独设置；湿式精细分级机与湿式超细研磨机，如搅拌磨、振动磨等配套使用或单独设置。

（1）干式精细分级设备的选型

　　在超细粉体加工中，干式精细分级设备主要有两种设置方式：一是作为超细粉碎工艺设备系统的一个组成部分与超细粉碎设备设置在一起，构成内闭路或闭路作业，以提高粉碎作业的效率和控制最终产品的细度，在这种情况下，精细分级设备的处理量等于超细粉碎作业的排料量。内分级装置是超细粉碎设备的一个组成部分，由粉碎设备自带，因此无需单独选择。

　　在选择与超细粉碎机配套使用的共用一套风动系统的精细分级机时，一定要采取1配1的方式，即l台粉碎机配1台分级机或串联配置两台以上分级机，如果要并联配置2台以上的精细分级机，则一定要设置中间料仓和独立的分级机风动系统。这种独立设置的分级机的单独处理量要根据分级机的工作制度另行计算，一般应适当大于前段粉碎作业的排料量或产量。

　　一般来说，经分级机分级后得到粗、细两种产物，这两种产物的数量大小取决于分级机给料中小于指定粒度的粉体的含量和分级机的分级效率或超细粉提取率。

　　干式精细分级机的类型较多，选型时首先要确认拟选择比较的分级设备能否满足设计的分级产品细度和粒度分布的要求，然后要在物料种类、给料粒度、要求的分级细度及产品粒度分布等相同的条件下，比较各种不同类型干式精细分级设备的处理能力、细粉提取（效）率、单机处理量、单位产品电耗、设备的稳定性、自动控制水平、维修性能及收尘效率等。

　　为确保选型的先进性和可靠性，如果没有相应的同种物料的工业生产或工业试验数据，最好在选型之前在样机上进行带料试验。

（2）湿式精细分级设备

　　湿式精细分级设备主要是卧式螺旋卸料沉降离心机和小直径水力旋流器组，这些设备的选型计算第10章已有详细介绍，本章不再赘

　　述。

二、年产5万t超细重质碳酸钙生产线工艺设备选型实例

1、设计条件

　　（1）产品规格和产量

　　产品l：d97≤5μm，产量1.2万t/；

　　产品2：d97≤10μm，产量1.8万t/；

　　产品3：d90≤2μm，产量2.0万t/。

　　（2）原料粒度

　　方解石不大于5mm。