王 磊 苗 濤

(中鋁山東有限公司， 山東 淄博 255052)

0 前言

隨著國內鋁行業(yè)的發(fā)展，各企業(yè)都在引進先進的生產設備或對現有設備進行技術改造，降低生產成本，實現企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。礦漿制備是氧化鋁生產的主要工序之一。在礦漿制備工序中，普遍采用球磨機或管磨機進行礦漿磨制。由于球磨機驅動電機功率很大，一般都在1 000 kW以上，整個礦漿制備工序電耗巨大。因此，改進磨機結構，優(yōu)化磨礦工藝，提高磨礦效率，對于降低磨礦電耗和生產成本具有重要意義。

1 礦漿粒度對溶出率的影響

鋁土礦溶出過程中，由于溶出條件及礦石特性等因素的影響，礦石中的氧化鋁無法完全進入溶液。實際反應后進入到鋁酸鈉溶液中的氧化鋁與鋁土礦中氧化鋁的總量之比，就是氧化鋁的溶出率[1]。從理論上講，在其他條件相同時，礦漿粒度越細，其表面積就越大，礦石與溶液的接觸面積就越大，溶出效果就越好。但礦漿粒度過細，一方面會增加生產成本、降低生產效率；另一方面會使溶出赤泥變細，不利于后續(xù)分離沉降的進行[2]。因此，將礦漿細度控制在合適的范圍內在氧化鋁生產中具有重要意義。山東某鋁公司甲氧化鋁廠磨礦粒度控制在100#篩篩上(+150 μm)20%～30%，乙氧化鋁廠控制在30%～40%，丙氧化鋁廠的磨礦粒度按照50#篩篩上(+300 μm)35%來控制，其溶出率都能滿足生產需要。據此對礦石進行系統(tǒng)溶出實驗，實驗數據見表1～2。

表1 甲氧化鋁廠使用進口礦A不同磨礦粒度的溶出結果

從表1可以看出，礦漿磨礦粒度+150 μm從36%到60%，對溶出率幾乎沒有影響；從表2可以看出，礦漿磨礦粒度+150 μm從40%到70%對溶出率的影響也很小，+150 μm達到76%時溶出率下降明顯。在實驗室篩上76%的礦樣很難制備，磨出礦樣粗細不一致，粒度不均勻，在一定程度上也會影響溶出率。因此，實際生產中在保證溶出率不過分降低的前提下可適當放粗礦漿粒度，但即使放粗粒度也要保證粒度分布的均勻性，如果磨得粗細不均勻，也會影響溶出率，同時也會影響沉降效果。在保證溶出率的條件下，通過放寬磨礦粒度可以提高磨機產能，降低電耗。

表2 乙氧化鋁廠使用進口礦B不同磨礦粒度的溶出結果

2 提高礦漿磨產能的改進措施

2.1 優(yōu)化管磨機研磨體

在管磨機磨制礦漿時，磨體的填充率是影響磨礦效率的關鍵因素之一，經過長期生產探索，研磨體填充率控制在26%～28%較為合適[3]。某氧化鋁廠礦漿磨共有3個倉，礦石從一倉進料，三倉出料。由于各倉物料的粒度差別較大，一般采用多級配球方法，球徑由各倉較大顆粒的礦石直徑決定，一般按照28d選取(其中d為礦石粒徑)，每倉研磨體級配按照三級選取，每級球徑相差10 mm。合理選取研磨體的填充率和級配可以使磨機產能提高11%左右，對于降低礦漿磨球耗和礦漿磨成本意義重大[4]。配球級配的簡便方式見表3。

表3 礦漿磨各倉的配球級配方式

另外，根據物料的屬性，確定研磨體的直徑也是至關重要的一步，根據不同直徑的鋼球可確定不同的作用，見表4。

表4 不同規(guī)格研磨球的作用

2.2 優(yōu)化襯板

管磨機襯板可調整研磨體運動狀態(tài)，使研磨體在磨機運轉過程中機械能得到充分利用。襯板有多種形式，根據其外形和功能可分為平襯板、壓條襯板和凸棱襯板，各襯板的特點見表5。通過對襯板特性進行分析，結合凸棱襯板和壓條襯板的特點，設計新型襯板，如組合式襯板和波紋襯板。

表5 不同類型襯板的特點

2.2.1 組合式襯板

組合式襯板是由提球襯板與壓條襯板變形而來，把壓條進行分離，通過螺栓把提球襯板鑲嵌在平襯板上，并與磨體連接在一起，其斷面圖如圖1所示。提球襯板可根據研磨體大小外形單獨設計，以提高襯板提球效率。在運行過程中，一般提球襯板磨損較快，可以快速進行更換；平襯板磨損較慢，可以多次重復使用，降低使用成本。組合式襯板具有帶球性能好、破碎研磨性能好、檢修更換方便、使用費用低等特點。管磨機一倉、二倉采用組合式襯板。

圖1 組合式襯板斷面圖

2.2.2 波紋襯板

波紋襯板是把凸棱變?yōu)閳A弧形使其平滑，并增加了波紋的數量，使其提球高度降低、提球量增加，斷面圖如圖2所示。磨機三倉多采用波紋型襯板，以提高其研磨能力，但破碎能力弱，因此適用于磨機尾倉部位。

圖2 波紋襯板斷面圖

本次優(yōu)化是把波紋襯板安裝到三倉使用，可使管磨機研磨能力提高10%。在磨制工序中，管磨機可在粗磨倉室內使用組合式襯板，配合直徑較大的鋼球初期具有破碎能力。在細磨倉內使用波紋襯板配合鍛型研磨體進行細磨，達到較好的粒度分布效果。

2.3 優(yōu)化隔倉板

管磨機分為三倉結構，倉與倉之間通過隔倉板分開，隔倉板上布滿篩孔，其篩孔有兩種結構形式：一種為同心圓型，另一種為徑向分布形式的長條孔，具有切割流線的性能。 當孔徑相同時，同心圓形孔過料能力更強；而長條孔過料能力較弱，具有阻止大顆粒通過的特性。針對隔倉板的特性，一倉、二倉之間的隔倉板的篩孔為同心圓型，間距為15～18 mm，有利于礦漿過料；二倉、三倉隔倉板篩孔為徑向分布形式的長條孔，間距為13～15 mm，能有效阻止大顆粒通過，從而保證礦漿粒度合格。目前磨機內礦漿流量在250 m3/h以上，其間隔倉縫隙阻礙礦漿的通過，造成一倉液位較高、倒料嚴重，同時一倉內礦石較多，造成滿磨現象，使鋼球的破碎性能降低，產能降低。

根據實際情況優(yōu)化隔倉板結構，隔倉板縫隙間距為一道篩板孔徑23～40 mm，二道篩板孔徑為20～25 mm，以用來增加礦漿的通過能力，進而提高產能。隔倉板間距優(yōu)化前后產能對比見表6。

表6 隔倉板間距優(yōu)化前后產能對比

2.4 優(yōu)化旋流器

礦石經礦漿磨粉碎后，與調配液摻配成為礦漿，再經旋流器進行篩分；旋流器溢流進入溶出器，底流返回礦漿磨重新研磨。某鋁業(yè)公司對旋流器的結構進行優(yōu)化，采用新型蝸殼形預沉降水力旋流器，傳統(tǒng)旋流器和預沉降旋流器結構如圖3～4所示。預沉降旋流器與傳統(tǒng)旋流器相比具有減少設備磨損和能耗、減少溢流跑粗顆粒、優(yōu)化溢流粒度等優(yōu)點。新型蝸殼形預沉降水力旋流器的特點如下：

圖3 傳統(tǒng)旋流器

1)物料進料流道設計成蝸殼形狀，進入旋流器流道長，物料在進料體內獲得一個比較高的向心力和加速度，較大顆粒提前進行分離，提高了旋流器的分級效率。

圖4 預沉降水力旋流器

2)選用更加合理的旋流器底流口，可以更好地優(yōu)化底流排口物料粒度及旋流器的返砂比，提高分級效率，從而使旋流器更加穩(wěn)定高效，旋流器的循環(huán)負荷通常在1.5～2.5 kPa。經過長時間的跟蹤測定，結合長磨的特點，其返砂比控制在20%～30%，可以在保證產品粒度的基礎上，降低循環(huán)負荷，使磨機達最佳狀態(tài)[5]。

3 經濟效益分析

3.1 降低電耗

某鋁業(yè)公司對礦漿磨系統(tǒng)實施改進之前，礦漿磨電耗約25 kWh/t-AO，經過以上系統(tǒng)優(yōu)化，在產量不變的情況下，礦漿磨電耗降低至22.3 kWh/t-AO。電單價按0.54元/kWh計算，則一個年產100萬t的氧化鋁廠可降低用電費用約(25-22.3)×100×0.54=145.8萬元。

3.2 其它效益分析

1)礦漿粒度合理調正后，沉降性能改善，使得粗液浮游物含量從0.23 g/L降低至0.18 g/L以下，從而使得粗液精制過程中，助濾劑石灰乳的消耗減少。

2)沉降性能改善后，洗滌效果也隨之提高，附損降低，由優(yōu)化前的19 kg/t-AO將至優(yōu)化后的13 kg/t-AO。

4 結束語

本文簡要分析了影響磨機產能的各種因素，通過優(yōu)化礦漿磨中的研磨體、襯板、隔倉板等部件并改進旋流器結構，提高了磨機產能，優(yōu)化了礦漿粒度，并降低了磨礦單位電耗。通過上述技改后，磨機產能提高了10%左右，降低礦漿成本8%左右，具有很大的推廣價值。當前受疫情和潛在經濟危機的影響，氧化鋁行業(yè)再次進入低迷期，因此必須不斷開發(fā)設備節(jié)能技術，以最小的能耗去獲得系統(tǒng)的最大效益，氧化鋁企業(yè)才能增強競爭力，在動蕩的市場環(huán)境中存活下去。