前言

矿产资源的贫细杂特性决定了必须对矿石进行细磨方能实现矿物的有效分选，由于传统磨机已无法满足矿石再磨和细磨要求，人们开始研制和完善各种细磨设备.1952年河端重胜博士发明塔磨机^[1]，Metso公司于1972年取得该项技术，生产的磨机叫Verti Mill磨机.目前我国仅有部分厂家、科研单位可以生产螺旋磨矿机，并在黄金、冶金、化工、水泥工业得到应用，但国内产品规格小，在结构、材质、磨矿介质等多方面需待改进^[2].

银山矿业公司在6 500 t/d选矿厂项目中，引进VTM-800立磨机用于粗精矿再磨，成为国内首个使用立磨机的金属矿山，经过一年多的运行，设备各项指标稳定，节能明显，由于立磨机在细磨方面的优势，可以提高矿石的解离度、大幅度减轻磨矿产品的过粉碎现象、并可擦洗有用矿物表面黏附的杂质，有利于改善浮选指标，提高金属回收率.

1 立磨机构造和工作原理 1.1 立磨机构造

立磨机主要有电机、筒体以及筒体内的螺旋搅拌装置组成，配套了分级循环系统，分级循环系统由分级筒和循环泵组成.立磨机筒体有检修门，内壁有磁性衬板，顶部有入料口和钢球添加口，底部有循环泵入料口.银山选矿厂使用的立磨机构造组成见图 1^[3].

1.2 立磨机工作原理

立磨机—分级循环筒—旋流器组成闭路循环，立磨机排矿经分级筒处理后分为两部分，粗粒级通过循环泵由筒体底部进入立磨机，细粒级进入旋流器二次分级，合格溢流产品进入铜硫分离浮选，沉砂从立磨机筒体顶部给入，由于自身重力作用形成向下物料流，同时立磨机螺旋旋转带动钢球进行磨矿后形成向上物料流，给矿中细粒级由于受向上物料流的作用，部分向上进入分级筒避免过磨，粗粒级则继续下沉被钢球磨细.

物料和磨矿介质受自身重力和挤压力产生的磨擦、冲击和剪切作用力，物料能够被有效的粉碎^[4].在立磨机内存在以下几种磨矿作用：①叶片内球与球的摩擦作用；②叶片与球的摩擦作用；③叶片外缘与筒体内壁间隙内球的相互研磨作用；④筒体内壁与球的摩擦作用 ^[5].

2 粗精矿再磨流程设计 2.1 再磨设备选型

目前，粗精矿再磨所用磨机主要是立式磨机、Isa磨机和普通球磨机.磨矿过程中主要的磨矿作用有砸碎和磨剥，随着磨矿粒度在磨矿过程中逐渐变细，砸碎作用越来越小，磨剥作用占据主要地位，尤其是在再磨过程中.传统球磨机作为再磨设备，虽然已经使用小钢球，由于只有磨剥作用是最有效的，所以还是有相当部分的能量由于无效的钢球提升最终被转化为声能和热能^[6]，导致磨矿能耗高.

一般来说磨矿产品粒度在小于74 μm粒级占90 %左右时可采用球磨机，磨矿产品粒度在20～74 μm内的，应选用立磨机，若再细磨到粒径小于20 μm选用Isa磨机为好^[7].

2.2 再磨工艺流程

银山选矿厂立磨机型号为VTM-800-WB，装机功率600 kW，台时处理能力80 t/h，给矿粒度F₈₀=0.1 mm，磨矿产品P₈₀=0.045 mm.再磨流程见图 2.

3 立磨机应用实践 3.1 磨矿介质粒度

磨矿介质粒度是影响磨矿效果的重要参数，必须要保证足够粗的磨矿介质，以磨碎给料中的最粗颗粒，介质粒度太细时，磨矿产品粒度分布较广^[6]，对粗粒级磨矿效果差.

银山选矿厂立磨机磨矿介质目前采用锻钢球，底球尺寸为φ25 mm︰φ20 mm︰φ12.5 mm=5︰4︰1，补加球采用φ25 mm钢球，单耗按0.2 kg/t·原矿添加，再磨产品粒径小于45μm含量82 %左右，粒径大于74 μm含量6 %以下.

为了增加磨矿细度，于2012年9月试验只补加Φ12.5 mm钢球，试验开始后粒径小于45 μm含量逐步提升达到88 %，但粒径大于74μm含量变化不大，在9 %左右，后续补加了部分Φ25 mm钢球，粒径大于74 μm含量降至5 %以下，证明过细的磨矿介质对粗粒级磨矿效果欠佳.精确选择细磨介质的尺寸，旨在细磨过程中产生准确的破碎力，是提高细磨效率的必要条件^[8].

3.2 磨矿介质充填率

立磨机磨球充填率的测量，主要是通过测定装球量的高度来实现.第1步需测量筒体高度，第2步需在第1步测量点位置上测出磨球顶部到测量点高度，2次高度之差就是装球量高度.

介质层高度增加，新生粒级含量增高，但增加的幅度越来越小，并逐渐保持在稳定状态^[5].研究表明，立式磨机无论在单位质量还是单位体积上都能提供更好的功率强度^[9]，从而保证小球有足够的能量.磨机装球量和电流、功率呈正相关关系，可以用来估计装球量、磨矿细度、功率和螺旋衬板磨损情况.目前银山选矿厂立磨机充填率控制在26 %左右，主电机电流强度在45～52 A.

3.3 磨矿浓度

为了获得最佳的磨矿效果，需要控制最佳磨矿浓度.矿浆浓度影响了给入磨机的流量，矿浆流变学研究表明，矿浆的高黏度会减缓介质的运动，低黏度时，流体会润滑介质从而降低磨矿效率，而高浓度适宜细磨，低浓度更适合粗粒给矿的研磨^[10]，经过一年多的使用，银山选矿厂最佳磨矿浓度在55%±5 %.

3.4 磨矿介质材料 3.4.1 磨矿介质材料的选择

磨矿介质材料的成本，物理性能如硬度、密度、耐磨性和本身的磨耗对矿浆的污染情况是选择研磨介质的首要考虑因素，同时还要考虑介质光洁度.

立磨磨矿介质可采用惰性介质替换钢球，可以减少矿物表面铁离子污染，进一步提高回收率.铁介质磨矿容易使矿粒表面形成金属沉淀和氢氧化铁薄膜，从而影响矿物可浮性和选择性^[11]，惰性介质可尝试用半自磨顽石或者硬度较好的鹅卵石、砾石，陶瓷珠.

3.4.2 磨矿介质材料发展趋势

磨机介质粒度越用越小，需要细磨时，用粗粒径介质始终无法达到磨矿要求，改用较小粒径效果得到明显改善，同时要保证和最大给料粒度相匹配的粗粒径介质；比重越用越大，密度越大的介质运动能量越大，研磨效率相对越高；磨矿介质的粒径偏差越来越小，光洁度越来越高，磨耗和介质表面光洁度成反比，光洁度越高磨耗越低.

3.5 立磨机与传统磨机经济比较

按年处理量200万t，原矿品位0.4%，铜平均无税价5.2万元/t，原矿含金按0.5g/t，金价300元/g计算.主要与球磨技术经济数据对比见表 1.

由表 1可见，立磨机较普通磨机每年可节约成本188.9万元，虽然立磨机价格贵，但是由于占地面积小，基建投资少，节能明显，同时钢球衬板单耗低且有利于增加回收率，铜回收率每年可增加0.3 %，伴生金回收率增加4 %，多产生效益1 300多万元，基本在2年左右即可收回投资成本.

3.6 立磨机与传统磨机指标对比

立磨机与传统磨机指标对比见表 2.

磨矿粒度直接影响精矿品位和回收率，要想获得较高的选矿技术指标，细磨设备的合理选择是选矿工艺的关键环节之一^[7].实践证明立磨机在磨矿细度方面优势明显，粒径小于45μm含量增加11 %左右，由于单体解离度增加，铜精矿品位提高1.3 %，回收率增加0.3 %.

4 立磨机使用需重点关注的问题

（1） 在磨机停机维修检查期间，必须定期检查装球量位置，静态装球量突然升高20 cm左右表明螺旋衬板已磨损.

（2） 立磨机启动前必须确保有大约60 cm的磨球深度，避免螺旋主轴晃动造成损伤.

（3） 长期停机时必须确保磨机内矿浆浓度5 %以下，停机期间应每隔一周重启一次磨机运行10 min防止细粒级矿物凝固结块，导致负荷过大无法启动磨机；中长期和紧急停机需打开循环泵，并加水稀释矿浆，减缓凝固结块过程，必要时需开仓放球才能确保磨机再次启动.

5 结束语

立磨机、Isa磨机和Detritor磨机是应用最好的工业细磨和超细磨设备^[6]，立式磨机的破碎方式比较适合提高矿物的选择性磨碎作用^[12]，立磨机具有磨剥、擦洗、分层研磨、内部分级等特点^[13]，能有效进行细磨和超细磨.银山实践表明，立磨机再磨细度较好，粒径小于45μm含量增加11 %，电耗节约40 %左右（与普通磨机比），钢球单耗0.18 kg/t，每年可节约运行成本近200万元.

立磨机在国外已广泛应用，在国内使用较少，继银山矿业公司首次引进后，多家矿业公司和研究院到访参观，说明该设备受到国内矿业界的广泛关注.由于立磨机的节能和磨矿效果优势，立磨机将越来越多地用于细粒级磨矿.