长沙矿冶研究院张国旺等：矿用搅拌磨机的研究创新及发展展望

随着高品位易选矿石资源日渐枯竭，当前利用矿石多呈现低品位、细粒嵌布、多金属共生的复杂特性。这类矿石中，有价矿物与脉石矿物的嵌布粒度细至微米级，必须通过细磨或超细磨处理，才能实现两者的有效单体解离。然而，传统磨矿设备普遍存在能量利用率低、易发生过磨等问题，不仅会增加能耗，还会导致有价矿物难以回收，严重制约了低品位矿、复杂共生矿的开发效率。在此背景下，以摩擦研磨为施力方式的搅拌磨机受到广泛关注，其能量利用率显著优于传统设备，凭借研磨介质填充率高、能量密度大、超细磨矿效果优的核心优势，正逐步取代传统球磨机，在提升矿物解离度、降低单位磨矿能耗方面展现出巨大应用潜力。

更值得关注的是，当选择性细磨与精准解离技术融入矿用搅拌磨机后，这一装备进一步成为破解低品位矿、复杂共生矿选冶技术难题的关键。从发展历程来看，矿用搅拌磨机经历了从小型到大型、从单一功能到集成化的迭代升级：立式螺旋搅拌磨机、卧式搅拌磨机、高强度搅拌磨机等不同类型产品，分别在有色金属、黑色金属等不同金属矿的细磨、超细磨或再磨环节发挥独特优势；每一次机型革新，都对应着磨矿效率、能耗控制等核心指标的优化提升。而不同设备的结构特性也与应用场景高度匹配，如塔磨机的垂直研磨结构、双槽搅拌磨机的双腔协同作业模式、卧式艾萨磨机的水平布置高强度磨矿设计，精准适配了不同矿物加工的实际需求。

“十四五”国家重点研发计划项目（编号：2022YFC2904602）、中国五矿集团科技专项（编号：23-C4JM001）的支持下，张国旺团队矿用搅拌磨机的发展历程、创新技术及主要产品类型进行了系统梳理。通过明晰各类设备的技术特点与适用范围，团队为选择性细磨精准解离技术设备的深度融合提供了清晰路径，能够有效解决实际生产中矿物解离不充分、磨矿能耗过高等痛点。相关成果发表在《金属矿山》11期“矿物粉碎技术研究进展”专题。

作者简介

张国旺

博士，教授级高工

博士生导师

毕业于中南大学，享受国务院特殊津贴专家。曾任长沙矿冶院资源所副所长、矿冶装备所所长、金磨科技公司总经理和长沙矿冶研究院副总工程师。中国颗粒学会理事，中国金属学会选矿学会理事，中国非金属矿协会常务理事和湖南省机械学会常务理事。长期从事超细磨技术和选矿装备的研发及应用工作，在超细磨装备技术的研制和大型化上发挥了关键作用，研发的立式搅拌磨机已在国内外金属矿和非金属矿应用800多台（套）。在国内外学术期刊上发表超细粉碎相关论文80余篇，出版《超细粉碎设备及其应用》和《现代选矿技术手册破碎筛分磨矿分级》专著2部，编写《无机盐工艺学》（粉碎部分）。获国家发明和实用新型专利12项，获湖南省科学技术进步奖二等奖、中国冶金矿山科学技术奖二等奖和中国五矿科学技术进步奖一等奖等。曾荣获全国“讲理想、比贡献”科技创新标兵，中国五矿劳动模范，中央企业知识型先进工作者和湖南省优秀研究生导师等。

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1 矿用搅拌磨机的发展历程

搅拌磨机的发展依托现代材料科学技术的进步,其应用最早可追溯至涂料、颜料、油漆等精细化工行业。1928年,Klein与Szegvari博士率先提出搅拌磨机的工作原理,即在筒体内部配置搅拌器与研磨介质,物料在搅拌器的驱动下,通过介质间的相互作用实现充分研磨与粉碎,这一开创性理论为后续设备研发奠定了理论基础。1939年,美国矿山局设计出一款用于浮选前矿物表面清理的设备,被认为是矿用搅拌磨机早期应用的雏形。1946年,Szegvari博士创立UnionProcess公司,深耕搅拌研磨与分散技术,推动搅拌磨机从实验室阶段迈向工业化应用,为行业超细研磨需求提供解决方案。

20世纪50年代,美国杜邦公司开发出以硅砂为介质的高速搅拌磨机(砂磨机),凭借高速搅拌带来的高效研磨性能,迅速在颜料、油墨行业普及,其粉碎效率与产品细度控制能力不仅推动搅拌磨机在精细化工领域崛起,更引发矿业界对其应用潜力的关注。矿用搅拌磨机的研发正是借鉴砂磨机技术原理,针对矿石硬度高、成分复杂的特性优化设备参数与材质,重点强化搅拌装置与研磨介质的适配性研究。

20世纪60至80年代,随着易选高品位矿石资源减少,低品位、细粒嵌布矿石的处理需求凸显,传统球磨机难以实现有效解离,立式搅拌磨机因占地面积小、介质填充率高、研磨强度大的优势脱颖而出。20世纪60年代,澳大利亚矿物加工研究所开展塔磨机的基础研究,证实其对细粒硫化矿的解离效果优于传统设备,节能效率达30%~40%;20世纪70年代,德国洪堡公司推出首台工业级立式搅拌磨机,在南非某金矿实现50 t/h处理量,产物中-38 μm粒级占比达70%;20世纪80年代,长沙矿冶研究院、秦皇岛设计院等单位启动立式搅拌磨机试制,针对国内铁矿、铜矿细磨需求完成参数优化,开启国产化探索进程。

20世纪90年代至21世纪初,低品位复杂多金属矿石处理需求激增,研磨产物粒度要求降至-38 μm甚至10 μm以下,推动搅拌磨机进入超细研磨技术突破期。这一阶段的研发呈现两大方向:一是介质体系升级,向多材质毫米级微型化发展,通过介质球级配优化减少矿物“过粉碎”,实现选择性解离;二是设备大型化与连续化,塔磨机单机处理量提升至200 t/h。1994年,澳大利亚Xstrata公司研发卧式艾砂磨机,采用1~5 mm的研磨介质,可将硫化矿石磨至-10 μm占比90%,并在Mount Isa矿实现超细磨工业化应用;1999年,澳大利亚世纪锌矿引入21台美卓SMD355立式搅拌磨机,通过高效摩擦、剪切、研磨,显著提升锌精矿再磨流程的效率与金属回收率,同时降低能耗。

21世纪以来,高速搅拌磨机成为研发热点。2012年,Outotec公司从STMMinerals获得HIGmill技术矿业应用授权,将其引入金属矿再磨领域;2018年,FlSmidth公司推出Vxpmill立式搅拌磨机,主要应用于金矿、铜矿等金属矿的细磨与再磨场景。上述2种设备通过提升搅拌线速度至20~30 m/s、采用ϕ3~6 mm陶瓷珠介质、介质填充率达90%以上,可将矿石磨至1~5 μm。其功率密度可达350 kW/以上,是低速设备的5~10倍,借助15~30 m/s研磨盘线速度形成动态高压区,尤其适配嵌布粒度小于10 μm的微细粒硫化矿等难处理矿石。近年来,Isamill、HIGmill、Vxpmill等高速机型已在金、铜、钼、铅锌、镍矿等领域广泛应用。目前,澳大利亚、美国、德国、加拿大等国家的专业研究机构持续深耕矿物加工细磨技术,形成Tower mill、Vertimill、Isamill、SMDmill、HIGmill和Vxpmill等系列成熟机型。国内搅拌磨行业发展迅速,已开发立式螺旋搅拌磨机(塔磨机)、高速搅拌磨机、卧式砂磨机等多种机型,其中JM系列立式螺旋搅拌磨矿机可将物料磨至1 μm以下,节能效率较卧式球磨机提升30%以上,已在紫金矿业、金堆城钼业等企业的金矿、钼矿、稀土矿加工中规模化应用。设备不断向大型化升级,广泛服务于矿业细磨与超细磨场景,成为低品位矿石高效利用的核心装备

2 矿用搅拌磨机的创新研究

矿用搅拌磨机的创新研究围绕传统磨矿设备在细磨效率、精准解离、能耗控制及矿物适应性等方面的瓶颈展开,通过结构设计与工作参数优化、耐磨材料创新应用、智能控制、工艺集成创新及选择性细磨精准解离技术等多维度突破,实现对低品位微细粒复杂矿石的高效处理。

2. 1 结构与工作参数优化

结构创新是提升搅拌磨机性能的核心途径,通过优化搅拌器、筒体衬板及介质运动方式,可实现研磨强度与能耗的精准匹配。

数值模拟技术是揭示搅拌磨机内部流场、介质运动及能量传递规律的核心手段。长沙矿冶研究院采用CFX软件与离散元法(DEM),对螺旋式、棒式、盘式3种搅拌器的流场与介质运动进行模拟,如图1所示。结果表明:盘式搅拌器圆周流场具有完全周期对称性,无速度梯度,但高剪切率区域体积分数最小;棒式搅拌器圆周流场速度梯度最显著;螺旋式搅拌器高剪切率区域体积分数最大,但分布均匀性低于棒式。

图1　三种搅拌器中垂直于转轴截面上的速度的等值线图

SINNOTT等通过DEM法对中试规模立式磨机(螺旋搅拌器、棒形搅拌器)的介质流态、能量吸收及磨损特性展开分析。如图2所示,对于螺旋搅拌器,介质围绕螺旋轴形成强回旋流,沿轴向循环运动,在“螺旋叶片外缘-筒体内壁”环形区域缓慢下沉,运动状态呈柱对称性且与高度无关;螺旋叶轮外缘处速度、压力及介质能量吸收率最大,随半径增大而递减,该径向分布可改善混合效果与磨矿性能,能量主要耗散于剪切、磨剥作用,且介质的磨矿参与率极高。对于棒形搅拌器,高压区集中于棒体周围及主轴附近,介质在磨机中部及上部以圆周运动为主,轴向随机运动微弱,混合效果差;能量吸收率随高度上升显著下降,高能量吸收区域仅局限于棒体附近(尤以底部两根棒体周围最突出),磨矿行为集中于该区域,介质参与率低。

图2 搅拌磨螺旋搅拌器和棒形搅拌器的DEM介质球运动分析

KWADE等针对搅拌磨机内应力强度与物料粉碎特性的关联性展开研究,指出应力发生概率与介质碰撞次数、颗粒捕获概率及颗粒数量相关,并定义“介质捕获被研磨颗粒的概率”与“介质间有效空间”的概念。KEIKKALA等采用DEM法对比HIGmill中平圆盘转子与GrindForceTM转子的性能,如图3所示。结果显示:平圆盘转子表面存在研磨珠打滑现象,而GrindForceTM转子通过圆盘凸齿结构固定研磨珠自生成层,可有效抑制打滑;此外,凸齿结构能将珠间剪切作用从转子附近向研磨珠总体积内部传递,提升磨机内部空间利用率与物料停留时间。在HIGmill中,将叶片间距减小25%,可减少介质“死区”,磨矿效率提升18%。相同功耗条件下,平圆盘转子需维持2~3倍于GrindForceTM转子的转速;现场应用数据表明,平圆盘转子磨损寿命约1个月,而GrindForceTM转子可达6~8个月。

图3 HIGmill的搅拌器模拟优化

针对高黏度矿浆易出现的“介质沉降”问题,采用“上宽下窄”变径筒体结构,配合螺旋导流板引导介质沿轴向循环运动,可避免局部堆积;此外,开发双向逆向搅拌技术,通过双轴反向旋转搅拌器(如SMD立式搅拌磨的“内外轴反向叶轮”),使介质形成“径向剪切流+轴向对流”的复合流场,强化研磨效果。

2. 2 耐磨材料创新应用

磨矿过程中介质与筒体的磨损是设备运维的核心成本,通过耐磨材料研发与应用优化,可显著延长关键部件寿命、降低能耗,相关技术创新主要体现在基础耐磨材料的选型与应用、复合耐磨工艺与部件防护、衬板材料的场景化优化及非金属耐磨介质的拓展应用等方面。

(1)基础耐磨材料的选型与应用。通过选用高硬度、高韧性耐磨材料,直接提升筒体、衬板等部件的抗磨损能力。常规耐磨材料包括高铬钼合金、微晶陶瓷、硬质合金及橡胶聚氨酯等,应用此类材料可延长筒体寿命并降低设备能耗,适用于中低磨损强度的磨矿场景。针对高磨损工况(如高硬度矿石超细磨),开发外层高硬度耐磨层(如WC-Co合金涂层)、内层高韧性基体(如低合金钢)的梯度功能耐磨材料,可同时兼顾耐磨性与抗冲击性,解决单一材料“耐磨则脆、韧性则易磨”的矛盾,进一步延长立磨机螺旋叶片的耐磨寿命。

(2)复合耐磨工艺与部件防护。通过特殊铸造工艺或局部防护设计,强化关键部件的耐磨性能。某厂采用高铬铸铁陶瓷复合铸造工艺生产搅拌磨机叶片,即在高铬铸铁材料表面熔铸陶瓷颗粒形成陶瓷金属复合层。该复合层的耐磨性能可达纯高铬材料的3~4倍,且复合层厚度仅为原备件厚度的1/3,可根据部件原磨损曲线针对性制作,在保证高耐磨性的同时兼具抗冲击性;应用结果显示,陶瓷复合铸造衬板叶片的使用寿命是传统高铬产品的2倍以上。部件防护方面,立磨机螺旋主轴下部螺旋面与主轴焊接面为磨损高发区域,大红山矿业通过自主制作安装陶瓷管、陶瓷片耐磨保护套,直接对磨损部位进行防护,有效延长设备使用寿命并提升作业率。

(3)衬板材料的场景化优化。根据不同矿种、矿浆特性,选择适配的衬板材料,同时优化安装方式以降低运维成本。搅拌磨机筒体衬板可根据工况选用合金钢衬板、网格衬板、橡胶磁性衬板、陶瓷衬板及橡胶聚氨酯衬板等。例如,华联锌铟选厂为解决锌粗精矿再磨塔磨机筒体衬板“寿命短、拆装难”的问题,将原有衬板更换为橡胶磁性衬板。橡胶磁性衬板由耐磨橡胶与永磁体组成,通过磁性吸附安装,无需螺栓固定,安装过程仅需2 d完成,且具有不漏矿浆、工作环境清洁的优势,大幅降低维修人员劳动强度;应用后,塔磨机筒体衬板使用寿命延长5倍以上,设备开机率显著提升,同时简化了拆装流程,减少一线作业人员工作量。

(4)非金属耐磨介质的拓展应用。非金属耐磨介质球的研发与应用,不仅拓展了搅拌磨机选择性细磨技术的发展空间,还可避免金属介质对某些矿物的污染。景德镇百特威尔新材料有限公司研发的耐磨微晶瓷球,适用于矿山二段磨矿及二段后的超细磨场景。该瓷球通过控制浆料细度与粉体煅烧温度获得亚纳米氧化铝粉体,在原料粒级控制基础上添加氧化物及特殊稀土材料,形成高韧性复合材料,既保证成型过程中材质的均一性,又使介质球具备高强度、高耐磨性。目前已在艾萨磨机和立磨机中成功应用,为低品位、易污染矿物的精准细磨提供了新方案。

2. 3 智能化与自适应控制

通过传感器集成、算法优化与数字孪生技术的融合应用,构建磨矿过程“感知-决策-执行”闭环控制系统,实现对矿石性质波动的动态适配,降低人工干预成本并提升运行稳定性,相关技术创新涵盖多参数监测、AI算法控制、数字孪生建模及智能介质管理等方面。

(1)多参数实时监测系统。通过在关键部位集成多类型传感器,实现研磨环境与设备状态的全面感知,为后续控制决策提供数据支撑。在筒体、搅拌轴等核心部件安装振动、温度、功率传感器,同步配置激光粒度仪、近红外光谱仪等,实时采集磨矿过程中的设备运行参数与物料特性数据。例如,在立磨机驱动轴上安装温度在线监测系统,可通过温度变化趋势反映磨机内部衬板磨损、润滑系统供油不足等潜在故障,帮助运维人员实时掌握设备健康状态。美卓新一代VGX立式磨机已集成AI预测性维护功能,通过振动传感器持续采集设备振动信号,结合机器学习算法对数据进行分析,可提前7~14 d预警轴承磨损、衬板失效等故障。

(2)AI自适应控制算法。基于矿石特性与磨矿参数的关联模型,通过机器学习实现研磨参数的动态优化,适配原矿性质波动。以矿石硬度、嵌布粒度、原矿品位等实时数据为输入,通过训练后的机器学习模型预测最优研磨参数,并自动下发至执行机构调整。系统通过传感器和AI算法实时采集搅拌磨机的运行数据(如浆料浓度、设备温度等),结合三维建模技术生成虚拟镜像,可提前预警设备异常(如轴承过热或搅拌效率下降),减少停机风险。该方面中信重工做了大量创新工作。

(3)数字孪生磨矿系统。构建与物理设备1∶1映射的虚拟模型,通过仿真模拟优化运行参数,实现“虚拟调试-实体应用”的高效迭代。数字孪生模型实时接收物理设备的运行数据,动态映射设备运行状态,可模拟不同给料量、搅拌速度下的能耗变化与矿物解离效果,为参数优化提供虚拟验证环境。构建搅拌磨机的数字孪生模型,可支持虚拟调试不同工况,优化搅拌时间和能耗分配。“数字孪生系统”在江铜集团德兴铜矿大山厂磨浮工段7号球磨机上成功应用,“孪生兄弟”可以在计算机里不分昼夜地监测球磨机的运转情况,一旦矿石性质改变或磨矿系数不佳时,启动自动判断、决策,全自动控制率达98%以上,大幅减少了磨机功率、泵池液位等关键数据的波动,实现智能调节,稳定磨矿流程。东北大学和中信重工正在开展在立磨机上的应用研究工作。

(4)介质控制系统。针对搅拌磨机介质更换与补充过程中的高耗时、高风险问题,开发自动化介质处理系统,提升运维效率与安全性。针对HIGmill的维护需求,Metso开发了介质泵送系统(MPS)和装填系统(MCS),将停机时间从10 h缩短至3 h,并减少80%的手动操作风险。介质泵送系统(MPS)适用于陶瓷介质研磨设备(如HIGmillTM和介质搅拌式磨机),用于停机检查或维护前后的介质转移与存储;典型配置包含介质输送泵组、浆料过滤筛以及用于存储的料斗/仓体,可避免人工接触陶瓷介质导致的划伤风险。介质装填系统(MCS)适用于Vertimill®立磨机等钢质介质设备,可自动化完成停机后的介质卸出与维护后的介质装填,替代传统人工铲运方式。Met so开发的介质提升系统(MLS)由装载溜槽、专用罐笼、卸料仓及可选单轨起重机组成,主要用于大吨位钢质介质的垂直转运,适配大型立磨机的介质补给需求。印度Odisha铁矿项目,应用了多台Vertimill立磨机,其介质球提升系统与MD矿浆泵、MHC旋流器组合,显著优化了磨矿回路。

2. 4 工艺集成创新

突破搅拌磨机单一磨矿定位,通过与选矿核心工艺(如浸出、磁选、浮选)及其他碎磨设备的深度集成,构建“磨矿—分选”一体化或梯级化流程,实现流程缩短、能耗降低与资源回收率提升,工艺集成创新主要包括边磨边浸一体化、磨浮联动、梯级碎磨联合三种模式。

(1)边磨边浸一体化工艺系统。针对包裹体金、硫化矿包裹银等难浸矿物,将搅拌磨机的细磨解离功能与浸出反应过程同步融合,在研磨过程中实时实现目标矿物暴露与浸出剂反应,避免传统“先磨后浸”流程中矿物二次包裹或浸出不充分的问题。搅拌磨机筒体内同时加入矿石、研磨介质与浸出剂,在搅拌器驱动下,介质通过剪切、磨剥作用破碎矿石,使包裹在脉石中的金粒(或其他目标矿物)即时暴露,同步与浸出剂接触并发生反应,生成可溶性金属离子;通过实时控制研磨强度与浸出剂浓度,平衡解离效率与反应速率。某难浸金矿[26]应用该工艺后,金浸出率较传统“磨矿—浸出”流程提高了0.49个百分点,氰化钠和碱石灰用量分别降低了1 kg/t、1.47 kg/t,浸渣含金量降低了0.21 g/t,经济效益显著

(2)搅拌磨-浮选柱/浮选机联动系统。在搅拌磨机出口直接设置在线浮选槽,构建“研磨—浮选”实时反馈闭环,通过浮选指标动态调整磨矿参数,实现磨矿细度与浮选效率的精准匹配,解决传统流程中“磨矿与浮选脱节导致的过磨/欠磨”问题。搅拌磨机研磨后的矿浆直接进入在线浮选槽,通过浮选泡沫图像分析仪实时监测泡沫层厚度、颜色、流速等指标;将浮选数据反馈至磨矿控制系统,若泡沫层过薄则提高搅拌速度或延长研磨时间,若泡沫层过厚且夹杂脉石则降低介质填充率或减少给料量,动态优化磨矿参数。金堆城钼矿钼粗精矿表面粘附杂质、脉石颗粒及过剩油药,导致精选次数高达7次,精矿品位难以达到要求且不稳定,通过二段搅拌磨机细磨擦洗-浮选柱提质联动缩短工艺流程,显著提升了精矿品位。

(3)梯级碎磨设备联合工艺系统。将搅拌磨机与高压辊磨机、传统球磨机等设备按“粗碎—中磨—细磨”功能分工组合,构建梯级碎磨流程。充分发挥不同设备的优势,实现矿石从大块到微细粒的高效解离,尤其适用于低品位、细粒嵌布的铁、铜、镍等矿石。前序设备承担“大粒度缩减”任务,降低后续设备处理负荷;搅拌磨机作为终端细磨设备,负责将矿物解离至目标粒度,保证目标矿物充分暴露。某低品位铁矿采用“高压辊磨机(处理原矿至5~10 mm)—球磨机(中磨至-74 μm占60%)—立式搅拌磨(超细磨至-20 μm占80%~90%)”梯级联合工艺。应用后,铁精矿品位从传统单一球磨流程的62%提升至67%,尾矿品位从15%降至8%;同时,因各设备负荷匹配合理,综合能耗较传统流程降低30%。

2. 5 选择性细磨技术

针对细粒嵌布、多金属共生矿石,通过研磨介质调控与工艺参数优化,可实现目标矿物的有效解离,同时降低能耗。

(1)研磨参数调控。基于不同矿物的硬度差异,通过调整搅拌强度、施力大小、施力频率,以及磨矿介质的尺寸与材质,优化细磨效果。研究表明,采用搅拌磨机进行细磨时,磁铁矿的解离度更高,可在后续磁选过程中获得更高品位的铁精矿;相较于球磨机,搅拌磨机更适用于产品粒度为10~30 μm的矿物细磨解离。

(2)预先分级设计。在搅拌磨机出口集成高效分级设备,可及时分离出合格细粒级产物,减少矿物过磨,因此,搅拌磨—分级系统的合理设计对提升研磨效率至关重要。搅拌磨机与水力旋流器组成闭路,提前分离合格粒级,减少磁选或浮选系统的负荷,提升整体效率,如云南某高硫铅锌矿硫精矿再选作业中,合格粒级提前进入精选,磨矿效率提升21%。

(3)微纳米级超细研磨技术。采用粒径为0.1~0.5 mm的超细介质(如氧化锆珠),在高速条件下(线速度20~30 m/s)进行研磨,可将产品细度控制在1 μm以下。例如,在磷酸铁锂矿物研磨过程中,通过采用二段或三段研磨工艺,能够满足电池级正极材料对矿物细度的要求。

矿用搅拌磨机的技术创新以最低能耗实现目标矿物有效解离为核心目标,通过设备结构、研磨材料与智能控制技术的协同优化,使其从单纯的细磨/超细磨设备,升级为复杂难选矿石资源高效利用的核心单元系统。上述创新不仅解决了低品位、细粒嵌布矿石的处理难题,更推动了矿业向节能、高效、绿色方向转型,为金属矿山资源综合利用与节能降耗提供了技术支撑。

3　国内外典型矿用搅拌磨机及应用

矿用搅拌磨机的研制始终以复杂矿石资源的高效利用、节能降耗,以及适应不同矿石细磨或超细磨要求为核心目标。其发展历经实验室探索至工业化应用阶段,技术迭代深度融合机械工程、材料科学与选矿工艺的进步,最终成为低品位细粒嵌布矿石处理的核心磨矿装备。

国外搅拌磨机研制工作始于20世纪40年代,至60年代技术实现快速发展。其中,立式搅拌磨机的代表机型包括Metso公司的Vertimill磨机、HIGmill及StirredMediaDetritor(SMD)磨机,以及FLSmidth公司的Towermill和Vxpmill;卧式搅拌磨机的代表机型为Xstrata公司的Isamill磨机。国内超细搅拌磨机研制始于20世纪70年代初,至今已历经50余年发展并取得显著进步。立式搅拌磨机代表机型主要有湖南金磨科技的立式螺旋搅拌磨机,以及中信重工、北矿机电、北方重工、沈阳五寰、马鞍山天工、马鞍山天源等企业的立式搅拌磨机;卧式搅拌磨机则以浙江金华艾领创艾砂磨机,及广州派勒、湖南欧华、广东亿富、广东琅菱的卧式砂磨机为代表。

3.1 国外典型矿用搅拌磨机及应用

3.1.1　Towermill及Vertimill

爱立许塔磨机(EirichTowermill)由德国古斯塔夫·爱立许机械制造公司研发,属于立式搅拌式介质磨机,其ETM-1500型号单台装机功率达1300 kW;FLSmidth公司的富勒塔磨机(Fuller Towermill)中,FT-4500型号单台装机功率达3352 kW。20世纪50年代,日本Kubota公司河端重胜博士发明并制造了首台用于矿物加工的立式螺旋磨机;20世纪80年代末,美卓公司从美国MPSI公司获得该技术专利,经持续改进后发展为现今的Vertimill。目前,Vertimill由Metso公司提供,其VT-4500型号单台装机功率达3352kW。Towermill与Vertimill均属于立式螺旋搅拌磨机,二者通过垂直安装的螺旋式搅拌器带动磨矿腔内的介质球产生梯级运动速度,利用摩擦与冲击作用实现磨矿。其中,搅拌器边缘线速度约为3 m/s,介质通常采用12~25 mm钢球;当使用Vertimill处理粗颗粒矿石时,介质最大直径可达30mm。矿浆从磨机下部给入,经筒体内介质研磨后,磨矿产品从磨机顶部溢出。为便于安装与维修,Vertimill的磨矿筒体设计为“大开门式”(如图4所示),可有效减少维护工作量及停机时间。

图4 Vertimill立式磨机结构示意

Vertimill多用于二段磨矿、再磨及尾矿细磨等作业。美卓立磨机最大给料粒度可达6mm,磨矿产品粒度可实现P₈₀<10 μm。在矿山选冶领域,Vertimill主要应用于再磨和细磨环节;当立磨机与小直径旋流器形成闭路系统时,可生产满足选冶要求的较细磨矿产品。

截至2024年6月,Vertimill系列磨机全球累计安装量已超500台,覆盖金矿、铁矿、铜矿等多种矿物加工场景。当前Vertimill®家族中最大功率型号为Vertimill7000,Metso公司推出的VTM-4500型号功率达3 352 kW,已应用于印尼Martabe金矿二段磨矿作业,使该矿处理能力从300~400万 t/a提升至700万 t/a以上。在巴西SerraAzul铁矿项目中,14台VTM-3000-WB(单机功率2 235 kW)用于铁精矿再磨,项目产能提升至2400万t/a;与传统球磨机相比,预计每年可节省18 MW电力,显著降低能耗成本。在鞍钢关宝山铁矿,6台VTM-1500立式磨机用于铁矿石细磨,实现铁精矿粒度P₈₀<20 μm;较传统球磨机能耗降低35%以上,且钢球与衬板磨损量显著减少。此外,VTM-1250应用于澳大利亚新南威尔士州CadiaValley金矿第三段磨矿作业及金川集团广西铜渣项目(装机功率1 250 kW);国内较早应用的一台VTM-800立磨机安装于江西铜矿银山选矿厂,运行后电耗节能约30%,钢球单耗降低0.1 kg/t,铜回收率提升0.3%。

美国OceanaGold Haile金矿采用ETM-1500磨机,将产品粒度从150 μm降至22 μm,能耗仅为16.4 kWh/t。在昆钢大红山铁矿与攀钢白马铁矿项目中,各应用3台ETM-1500(功率1 120 kW)进行铁精矿再磨,配套旋流器形成闭路循环,产品粒度-38 μm占比90%以上,较传统球磨机能耗降低35%,钢球单耗减少0.1 kg/t。澳大利亚Karara磁铁矿项目则应用5台ETM-1500(功率1 120 kW)进行铁精矿再磨,配套旋流器实现闭路循环,产品粒度-38 μm占比90%以上。

富勒公司由北方重工集团(NHI)与FLSmidth公司合资组建,其生产的富勒塔磨机(Fuller Tower Mill)功率范围覆盖7.5 kW至3 352 kW,最大型号为FTM-4500,干基处理量可达750 t/h。多米尼加共和国某金矿采用FTM-4500磨机,该设备支持变速驱动(VFD)技术,实际处理量达500 t/h,可将浮选精矿粒度从₈₀=150 μm降至₈₀=22 μm;通过变速驱动技术调整搅拌速度,能够实现处理量灵活调节与能耗动态优化,较传统球磨机节能30%。

3.1.2　Isamill

Isamill磨机由澳大利亚芒特艾萨矿业公司(Mount Isa Mines)与德国耐驰精细研磨技术公司(Netzsch-Fein Mahltechnik)联合研发,其结构示意如图5所示。该设备源于耐驰公司用于油墨、涂料颜料工业的卧式砂磨机,经针对矿山应用场景优化改进后,形成适用于矿物加工领域的矿用搅拌磨机。

（a）结构示意图

（b）现场工业应用

图5 艾萨磨机的结构和工业应用

Isamill磨机的研发始于澳大利亚Mount Isa公司(现为Xstrata公司)的技术需求。该公司旗下McArthur River铅锌矿与Mount Isa铅锌矿在生产过程中发现,只有当再磨细度达到P₈₀=7 μm时,非硫化矿脉石才能实现单体解离,进而产出混合精矿。为满足这一需求,Mount Isa公司对传统球磨机与立磨技术开展了大量细磨试验研究,结果表明:采用上述2种技术实现目标磨矿细度时,不仅电耗与钢球消耗量极高,经济性较差;且钢球磨损产生的Fe元素会污染矿物表面,严重恶化后续浮选作业效果。

1990年,全球范围内尚无既能实现经济高效超细磨,又能避免污染矿物表面与矿浆化学性质的技术。为此,Mount Isa公司与Netzsch公司合作,对Netzsch卧式砂磨机进行矿山适用性改进与优化。1994年底,首台M3000型(功率1.1 MW)Isamill磨机在Mount Isa铅锌矿成功完成试验安装,并很快在该选厂增设了第二台同型号设备;1995年,McArthur River铅锌矿也成功安装该型号Isamill磨机。自1999年Isamill磨机实现商业化应用至2010年底,全球已安装运行的Isamill磨机数量超过400台;经过近30 a的技术迭代,其已成为全球矿物加工领域细磨设备的主流选择之一。截至2024年5月,Isamill磨机已在全球23个国家的150余个金属矿山项目中落地应用,覆盖铜、铅、锌、金、铂族金属等多个矿种,设备功率覆盖范围广,可满足不同规模项目需求。

Isamill磨机设备内部设有8个安装于悬臂轴上的带孔圆盘,圆盘周边转速可达21~24 m/s,能量输入密度最高可达350 kW/m;排矿端安装有专利分离器,可在将研磨介质截留于磨机内部的同时,仅允许矿浆通过。该设备采用高耐磨陶瓷球作为研磨介质,如微晶纳米陶瓷球、MT1系列陶瓷球等,其真密度为3.7 g/cm,堆密度为2.3~2.4 g/cm。在磨损控制方面,Isamill磨机采用可转动的筒体内衬,材质选用聚氨酯或耐磨橡胶,有效降低了设备的磨损率。

Isamill磨机的最早工业应用案例为澳大利亚Mount Isa矿山。在锌粗精矿再磨流程中,利用Isamill磨机处理塔磨机—旋流器回路的溢流产品(给矿粒度F₈₀=20 μm),最终产品粒度达到₈₀=11.3 μm,净能耗为22 kWh/t;在锌尾矿再选流程中,由于前段浮选已移除解离的有用矿物,再磨给矿中含有大量连生颗粒,且SiO含量高达30%,磨矿难度极大,采用Isamill磨机可将给矿(F₈₀=22.8 μm)磨至产品粒度₈₀=7.8 μm,净能耗为48 kWh/t。

Isamill磨机在澳大利亚与南非地区获得了广泛且成功的应用,其研制为低品位有色矿产资源开发提供了技术支撑,使过去被认为无经济价值的矿产资源得以高效利用并产生良好经济效益。目前,该设备已在铅锌矿、铂族金属尾矿再利用、金矿等领域的细磨、再磨及超细磨作业中广泛应用。澳大利亚Mount Isa铅锌矿选厂在铅粗精矿再磨回路与锌中矿再磨回路中安装8台M3000型Isamill磨机(功率1.12 MW),给矿粒度F₈₀=40~45 μm,产品粒度P₈₀=8 μm,单台设备生产能力为15~16 t/h,比功耗为50~60 kWh/t;南非Anglo铂矿选厂安装世界首台M10000型Isamill磨机(功率2.6 MW),用于处理尾矿库中的铂尾矿,给矿粒度F₈₀=42.5 μm,产品粒度P₈₀=16.5 μm,比功耗为37 kWh/t;吉尔吉斯斯坦Kumtor金矿安装1台M10000型Isamill磨机(功率2.6 MW),用于处理再磨球磨机的排矿,给矿粒度₈₀=20 μm,产品粒度P₈₀=10 μm,设计处理能力为65 t/h,实际平均处理能力达72 t/h,当前实际运行功率为1 950 kW,对应比功耗为27.1 kWh/t。

3.1.3　Stirred Media Detritor(SMD)

立式棒式搅拌磨机(Stirred Media Detritor,简称SMD)是美卓公司(Metso)生产的一种立式搅拌磨设备,其技术起源可追溯至英国ECC公司。该公司最初为满足高岭土磨矿需求,研制出首台立式棒式搅拌磨机,后经技术改进与优化,逐步拓展至金属矿研磨领域。

SMD的核心结构由筒体、棒式搅拌器、传动装置及机架等部件组成,设备采用八边体外壳设计,用于支撑安装在磨机中心轴上的多层长棒搅拌器;搅拌器上配置有二排或三排搅拌盘棒,每排搅拌盘棒数量为4根或6根;从设备尺寸比例来看,磨矿筒体的高度与直径比大致为1∶1。在工作过程中,SMD的筒体固定不动,筒内填充一定量的研磨介质球(可选用钢球、锆球、刚玉球等类型);棒式搅拌器在电机驱动下以中高转速旋转,最高转速可达550 r/min,其棒梢端速度最高达11 m/s。为实现研磨介质与矿浆的分离,磨机筒体上部区域设置了一系列楔形聚氨酯筛板,该筛板可将研磨介质截留于研磨室内,仅允许矿浆通过筛板排出;实际应用中,可根据矿浆流量及研磨介质大小,灵活选择适配的筛板孔径。在研磨介质选用方面,SMD早期主要采用低成本研磨介质,如陶瓷珠、河砂、卵石等,介质粒径通常为1~3 mm;现阶段则以高耐磨微晶陶瓷球为主,介质粒径为2~6 mm。从设备规格覆盖范围来看,SMD的功率跨度较大,可从7.5 kW延伸至1 100 kW,以满足不同规模的磨矿作业需求,其具体结构示意如图6所示。

图6 SMD搅拌磨机的结构示意

目前,SMD已广泛应用于铅、锌、铜、铂族金属等多种矿石的磨矿作业。澳大利亚世纪锌矿(Zinifex Century)选厂共安装21台装机功率为355 kW的SMD,既有用于超细磨作业,也有用于再磨作业。在超细磨作业中,给矿粒度F₈₀=34 μm,最终磨矿产品粒度P₈₀=6.6 μm;研磨介质选用上,前期采用直径1~2 mm的河砂与矿石子,后期逐步替换为2~3 mm的耐磨陶瓷球,对应的磨矿单位能耗为34~37 kWh/t。澳大利亚塔斯马尼亚(Tasmania)铜矿选用1台355 kW的SMD,用于扫选精矿与精选尾矿的再磨作业,可将给矿F₈₀=150 μm磨至产品粒度P₈₀=70 μm。该磨机于2001年底正式投入运行,运行初期采用6 mm卵石作为研磨介质;由于卵石属于惰性介质,其应用有效改善了后续浮选作业的电化学条件,并降低了捕收剂用量。通过对磨矿流程与浮选流程的协同优化,最终精矿铜品位从27.5%提升至29.8%,铜回收率从92%提升至93%。

3.1.4　HIGmill及Vxpmill

美卓立式高强度搅拌磨机(HIGmill)由美卓矿机(Metso)研发,HIGmill工作原理如图7(a)所示。Vxpmill磨机的技术前身是Knelson-Deswik Mill,由南非Deswik(Pty)Ltd.早期开发,Vxpmill工作原理示意如图7(b)所示。这2个设备均为立式高应力强度搅拌磨机,结构相似,专为细磨与超细磨矿作业设计,尤其适用于多金属矿物的高效解离,目前已广泛应用于金矿、铜矿、硫化矿等难处理矿石的加工领域。

（a）HIGmill工作原理

（b）Vxpmill工作原理示意图

图7 HIGmill和Vxpmill的工作原理

HIGmill的技术核心在于结合重力作用与Grind Force转子技术,通过多级转子与高密度研磨介质的协同作用,在高能量输入条件下实现超细研磨,产出更细的研磨产品,从而保障矿物的有效解离。HIG mill采用高窄立式筒体设计,借助重力作用使研磨介质(2~3 mm高耐磨微晶陶瓷珠或锆球)紧密堆积,形成高强度研磨区;可通过配置30级转子,构建阶梯式研磨梯度,同时采用法兰式对开筒体与顶部悬挂结构,简化设备维护流程。矿浆从磨机底部泵入,向上流经多级GrindForce转子;转子边缘线速度可达15~20 m/s,通过剪切、挤压与冲击作用将颗粒粉磨至10 μm以下;定子与转子的交错布置优化了介质循环路径,确保能量均匀分布,减少过磨现象;粗颗粒在底部高能量区完成初步破碎,细颗粒随矿浆上升至顶部低能量区进行精细研磨。研磨介质装填量高达70%,可通过变频驱动动态调整搅拌器转速(150~250 r/min),以适应不同矿石硬度与粒度要求;单机最大功率可达5 000 kW,年处理量最高达400 000t,且设备占地面积仅为传统球磨机的1/3;更换衬板仅需3 h,较传统磨机维护效率提升60%。

澳大利亚SunriseDam金矿项目采用HIG3500/23000型号HIGmill,设备功率为23 000kW,选用2~4 mm陶瓷珠作为研磨介质,并配置耐磨橡胶衬板。该设备将硫化物精矿磨至₈₀=10 μm,通过超细磨矿暴露包裹在硫化物中的金颗粒,结合后续氰化浸出工艺实现金的高效回收,最终使金回收率提高约6%,单位能耗降至7.58 kWh/t,较传统球磨机节能30%以上。巴西EroCopperCaraiba铜矿项目在原有球磨回路中引入HIGmill作为再磨机,构建“球磨+HIG mill”两段式磨矿流程。改造后,矿山年处理量从1.77Mt提升至2.37 Mt,浮选精矿铜品位从27%提升至32%,铜回收率从86.8%增至92.4%。巴基斯坦RekoDiq铜金矿项目采用“Vertimill粗磨+HIGmill超细磨”串联系统,处理含铜铁硫化物的复杂矿石。两段磨机功率合计超10MW,年处理量达9 000万t;HIGmill与Vertimill的串联组合,有效实现了磨矿系统能效最大化。

富勒史密斯(F.L.Smidth)研发的Vxpmill是一种高效节能的立式搅拌磨机,专为超细磨矿作业(目标产品粒度P₈₀=15~20 μm)设计,目前已广泛应用于金矿、铁矿、铜矿等矿石加工领域。

Vxpmill的核心优势在于高效的能量利用与灵活的工况适配能力。其采用高扭矩驱动系统与模块化叶盘设计,通过垂直布置的搅拌轴带动研磨介质(陶瓷或钢质介质,直径3~12 mm)形成动态研磨床;矿浆从磨机底部泵入,在螺旋结构推动下向上流动,通过介质的挤压、剪切与磨剥作用实现颗粒细化。能量利用率比传统球磨机提升30%~50%;设备功率覆盖范围广,从55 kW至3 352 kW,单机处理量最高可达800 t/h,可适配不同规模矿山的生产需求;集成变频驱动与在线监测技术,能动态调整搅拌器转速(50~180 r/min)与介质装填量,确保设备在不同工况下稳定运行。一台VXP2500搅拌磨机在Casmyn矿业津巴布韦Turk矿完成安装,用于矿山尾矿的再处理;系统研究了圆盘直径、叶尖速度、研磨介质类型及用量对磨矿能耗、处理量和产品粒度的影响,最终形成了优化操作参数,实现了运营成本降低和处理量提升的双重效益。

3.2 国内典型矿用搅拌磨机及应用

3.2.1 立式螺旋搅拌磨机

长沙矿冶研究院研制的JM系列立式螺旋搅拌磨机已形成系列标准化产品,装机功率为5.5~2250 kW。该系列设备凭借成熟的技术性能,已广泛应用于金矿、钼矿、铜矿、铅锌矿、锰矿、铁矿、镍矿等各类选厂的细磨或再磨作业中。JM系列立式螺旋搅拌磨机的核心技术优势体现在强化磨矿与后续工艺的协同效果上。在金矿边磨边浸工艺中,磨矿介质与矿料之间的强烈剥磨作用,可有效破坏物料颗粒表面的扩散界面层,从而加快浸出化学反应速度,显著提高金的浸出率。在黄金矿山等典型应用场景中,该设备处理给料粒度-74 μm占比超过60%时,可稳定产出细度-38 μm占比超过95%的产品。截至目前,JM系列立式螺旋搅拌磨机已在国内多家大型矿山实现规模化应用,累计装机量超800台,应用案例涵盖金川集团、江西德兴铜矿、金堆城钼业、洛钼集团、柿竹园多金属矿、中国黄金集团、山东黄金集团、招远黄金集团、福建紫金矿业、云南铜业等知名矿业企业。

北矿机电开发的KLM系列立式搅拌磨设备具有良好的介质适配性,对钢球、陶瓷球等主流研磨介质均能兼容,装机功率覆盖3~3 000 kW,可满足不同规模磨矿作业需求。该系列设备的研发进程体现了国内大型立式搅拌磨的技术突破。2011年,北矿机电成功开发630 kW立磨机;2022年,1 750 kW立磨机实现工业应用,持续推动国内大型立式搅拌磨设备的功率等级与技术成熟度提升。

中信重工在立式搅拌磨领域的研发与应用成果显著。CSM-1120型立式搅拌磨(装机功率1 120 kW)主要用于铜粗精矿再磨作业。工业应用数据显示,经该设备再磨后,产品粒度P₈₀可达25.3 μm;结合后续3次精选工艺,可获得铜精矿品位22.83%、铜回收率89.44%的优异选矿指标。实际生产验证表明,CSM-1120型立式搅拌磨有效解决了含铜连生体矿物解离不充分的行业难题,实现了铜矿物与脉石矿物的有效分离,减少了脉石矿物在浮选流程中的恶性循环,显著改善了选矿技术指标。目前,中信重工已成功推出世界最大规格的立式搅拌磨设备,装机功率达5 300 kW,标志着我国在大型立式搅拌磨研发领域达到国际领先水平。

除上述企业外,国内还有多家企业具备立磨机或塔磨机的生产能力,产品技术性能已能完全满足矿山细磨作业需求,主要包括北方重工集团、沈阳五寰科技有限公司、沈阳顺达重工机械有限公司、大连芬格机械有限公司、马鞍山天工科技股份有限公司、中钢天源股份有限公司等。这些企业的产品覆盖不同功率等级与应用场景,共同构成了国内完善的立式搅拌磨设备供应体系,为矿山企业提供了丰富的设备选型方案。

3.2.2 大型双槽高强度搅拌磨机

北京矿冶研究总院研发的GJ系列大型双槽高强度搅拌磨机,容积覆盖2~50 m,装机功率为75~264 kW。设备采用双叶轮式搅拌器,槽体由底部联通的2个相同尺寸立方体形槽子组成,其中一个槽用于预磨,另一个槽用于精磨,槽体设有隔离筛与排料口;工作时,介质与矿浆总体积占磨腔容积的60%左右。双叶轮式搅拌器不仅能驱动粉磨介质产生径向与切向运动,还可促使介质产生向上或向下的轴向运动,大幅提升搅拌磨效率;通过双叶轮上下反向作用配合五等角均布叶片,使矿浆运动呈现“太极流转”状态,强化内部物料运动与交换,确保作用力均匀,在增强矿物擦洗效果的同时减少冲击损伤;大盘面设计相较于传统叶片结构可降低转速30%,特别适用于大片石墨的保护性擦洗作业,同时也能适配高岭土、云母等物料的剥片需求;双槽结构可满足多磨多选工艺需求,在提升产品品位的同时,有效降低过磨概率。工作时,搅拌器高速旋转,对介质与矿浆形成强烈搅拌,矿物颗粒通过剪切、冲击、摩擦作用实现粉磨。

山西某公司煅烧煤系高岭土剥片项目采用GJ5×2型大型双槽高强度搅拌磨机进行剥片作业,在给料粒度为-45 μm、生产能力1.2~1.5 t/h的工况下,单台设备的产品-2 μm粒度占比可达85%以上,2 台设备串联运行时,产品-2 μm粒度占比可提升至90%以上;该搅拌磨机单台可替代10 台早期小型剥片机,大幅减少设备数量,简化生产流程,降低操作人员数量与劳动强度。黑龙江某鳞片石墨选矿厂在三段再磨工序中,采用该搅拌磨机替代原有再磨设备。工业试验数据显示,在相同生产条件下,搅拌磨机再磨后浮选精矿品位提升幅度超40%,研磨介质消耗量仅为原有设备的50%左右,实现节能降耗25%以上,且对大鳞片石墨的保护效果更优。此外,国内生产单槽、双槽高强度搅拌磨机的企业还包括湖南金磨科技、江苏中远科技、江苏江阴鑫久机械等,其产品已广泛应用于高岭土、石墨、云母等物料的擦洗磨矿作业。

3.2.3 大型超细搅拌磨机

国内大型超细搅拌磨机主要有湖南金磨科技研制的非金属矿专用型LXJM系列,徐州煤机与江苏通惠化机等企业生产的BP系列剥片机,以及湖南超牌化工的CYM系列搅拌磨机等。该类设备专用于非金属矿物的生产加工,广泛应用于超细重钙、滑石、萤石、高岭土及水煤浆等物料的制备。

以CYM-5000型搅拌磨机为例,其采用多边形筒体结构,配备盘式搅拌器,具有高径比大的特点。该磨机有效容积为5 m,安装功率315 kW,整机高度10.5 m。矿浆从磨机下部进入,经研磨后的细粉浆通过上部不锈钢出浆口排出,随后经振动筛筛分后进入成品浆池。在煤系高岭土研磨中,该设备产量可达2.0 t/h以上,单位电耗≤70 kWh/t;在重质碳酸钙研磨中,产量可达4.0 t/h以上,单位电耗≤50 kWh/t。该设备主要应用于超细重钙、高岭土及水煤浆等行业。LXJM大型湿法超细搅拌磨机则广泛应用于轻钙、重钙、复合纳米钙、软/硬高岭土、水煤浆、重晶石、氧化铁红及磁性材料等物料的超细研磨作业。

3.2.4 卧式砂磨机

浙江艾领创矿业科技有限公司研制的卧式砂磨机(简称艾砂磨)是针对金属矿山矿石难磨、成分复杂、嵌布粒度细的特点,专门开发的二段或三段细磨再磨设备。该设备筒体内搅拌盘在主轴的驱动下高速旋转,带动磨矿介质(采用2~6 mm高耐磨陶瓷球)产生轴向运动和自转运动,使矿物颗粒在磨矿介质的冲击、剪切和擦洗作用下实现有效磨细。艾砂磨机采用内部分级和选择性磨矿技术,可获得粒度分布窄、解离度高的产品。工业生产数据表明:在磨矿粒度P₈₀为0.037 mm时,采用3 mm陶瓷介质的单台艾砂磨机能耗较使用40 mm钢球介质的单台球磨机降低60%以上。

以ALC-3900L型艾砂磨机为例,该设备应用于紫金矿业公司大陆黄金有限公司哥伦比亚分公司Buritica金矿选冶厂的全硫浮选粗精矿再磨作业。该磨机采用无筛网自动双向分级研磨技术,单机容积达10 000 L,采用开路式磨矿流程,无需配置旋流器分级系统,不仅简化了工艺流程,降低了系统投资成本,同时提高了生产效率。

目前,艾领创砂磨机已在黄金、有色、铁矿、非金属矿等领域得到应用,累计应用近100台。该设备主要应用于硫化矿的磨矿作业,包括三段细磨、粗精矿再磨、中矿再磨等工艺环节。其产品具有窄粒级分布的特点,且采用陶瓷介质球进行无铁化磨矿,显著改善了后续硫化矿浮选环境,使选别指标得到明显提升。特别是在金精矿细磨浸出工艺中,采用艾砂磨超细磨技术可有效打开包裹金,使金矿物充分暴露,从而提高金的浸出率。

除艾领创公司外,深圳市叁星飞荣机械有限公司、四川耐驰机械有限公司、广东派勒智能装备有限公司、广东东莞市利腾达智能装备有限公司、广东亿富装备有限公司、广东东莞市琅菱机械有限公司、湖南欧华智能装备有限公司、常州市龙鑫智能装备有限公司和东莞康博机械有限公司等企业也生产卧式砂磨机,设备规格涵盖500~3 000 L,已成功应用于锆英砂、新能源矿业、煤浆、有色矿和铁矿等行业。

4　展　望

4.1 大型化与集成化矿用搅拌磨机集成系统

为满足大规模工业生产需求,矿用搅拌磨机将朝着大型化与规模化方向发展。在大型化方面,通过进一步优化设备结构设计、材料选择及制造工艺,提升单机处理能力,研发更大规格的设备。重点优化设备筒体衬板和搅拌器的结构与材质,确保大型设备的结构强度与稳定性;同时改进传动系统和支撑结构,有效解决振动、噪音等问题。在集成化方面,矿用搅拌磨机将与上下游设备组成大规模自动化生产线,实现物料的连续化、规模化集成生产。通过与磁选、浮选等作业的自动化控制与协同,提高生产效率,降低生产成本。未来,矿用搅拌磨机将突破单一磨矿功能,向多功能集成方向发展。一方面,与磁选、浮选等工艺集成,提升整体技术指标,简化工艺流程。另一方面,与微波技术、超声技术等先进技术集成,利用微波的热效应与非热效应促进物料粉碎,提高研磨效率;超声技术则可改善物料分散性,增强研磨效果。此外,矿用搅拌磨机还将具备在线检测和产品指标控制功能,实时监测矿物磨矿性能参数和生产技术指标。

4.2 矿用搅拌磨机智能化与绿色节能

未来,矿用搅拌磨机将进一步融合人工智能、大数据、物联网等前沿技术。利用深度学习算法挖掘磨矿数据,建立精准磨矿模型,实现全流程智能优化控制,根据实时监测的矿石性质、磨矿产品粒度等数据自动调整设备运行参数,确保磨矿过程始终处于最优状态,提高效率和产品质量稳定性。通过物联网技术实现远程监控与运维,操作人员可随时随地通过终端设备查看设备状态、进行远程操作和故障诊断;设备制造商可基于远程监控数据提供预防性维护服务,降低停机时间和维护成本。此外,智能化的矿用搅拌磨机将与选厂整体自动化生产系统深度融合,实现智能化协同,提升生产效率和管理水平。绿色节能是未来发展的关键方向,研发新型高效传动系统(如永磁同步电机、新型齿轮传动装置)以降低能量损耗;优化设备内部结构,减少介质与筒体、搅拌器之间的无效碰撞和摩擦,提高能量利用率。在环保方面,研发可降解、无污染的研磨介质和设备内衬材料,减少环境污染;遵循绿色制造理念,采用环保材料和节能工艺,降低碳排放。

4.3 选择性搅拌磨细磨技术

在搅拌磨机中的实现,需通过设备结构设计、研磨介质匹配、工艺参数调控、多物理场协同及智能控制的系统性结合,引导磨矿作用集中于未解离的连生体、需回收的有用矿物与脉石结合体,同时避免有用矿物过磨或脉石过度粉碎。利用矿物自身的硬度、脆性、表面特性差异,设计差异化搅拌磨机筒体形状和搅拌器形状,实现选择性磨矿。矿用搅拌磨的搅拌转速、矿浆浓度、进料参数直接影响磨矿的力场强度与颗粒停留时间,需根据进料特性动态调整,确保力场适配目标颗粒的解离需求。研磨介质的材质、尺寸、填充率决定磨矿力类型与强度,需根据“目标颗粒特性”定制,避免“错配力”导致的过磨或解离不足。

4.4 微纳米搅拌磨超细化技术

随着新材料、电子信息、生物医药等行业的发展,对粉体材料的超细化和高精度要求日益提高,如新能源材料磷酸铁锂需超细磨至300~400 nm且产量大。未来,矿用搅拌磨机将不断突破技术瓶颈,实现更节能高效的微纳米粒度产品生产。通过改进研磨介质的材质、形状和尺寸,提高研磨介质对物料的作用效果;开发纳米级研磨介质,利用其高比表面积和特殊物理化学性质,实现工业矿物材料的亚微米和纳米级粉碎。精确控制搅拌速度、研磨时间、物料流量等参数,确保产品粒度的一致性和稳定性;结合高精度分级技术,实现对超细微粉的精确分级,满足不同行业对粉体粒度分布的严格要求,生产出高质量的超细微粉产品。

《金属矿山》简介

《金属矿山》由中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司和中国金属学会主办，主编为中国工程院王运敏院士，现为北大中文核心期刊、中国科技论文统计源期刊（中国科技核心期刊）、中国精品科技期刊（F5000顶尖学术论文来源期刊）、中国百强报刊、RCCSE中国核心学术期刊（A）、中国期刊方阵双百期刊、国家百种重点期刊、华东地区优秀期刊，被美国化学文摘（CA）、美国剑桥科学文摘（CSA）、波兰哥白尼索引（IC）、日本科学技术振兴机构数据库（JST）等世界著名数据库收录。主要刊登金属矿山采矿、矿物加工、机电与自动化、安全环保、矿山测量、地质勘探等领域具有重大学术价值或工程推广价值的研究成果，优先报道受到国家重大科研项目资助的高水平研究成果。根据科技部中国科技信息研究所发布的《2024中国科技期刊引证报告（核心版）》，《金属矿山》核心总被引频次位列26种矿业工程技术学科核心期刊第1位；根据中国知网发布的《中国学术期刊影响因子年报》（2024版），《金属矿山》学科影响力位居73种矿业期刊第9位。

供稿：杨 婷

编排：余思晨

审核：王小兵

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