辊磨机在钽铌矿分解工艺中的应用

2023年 6月上 世界有色金属
37
机械加工与制造
M
achining and manufacturing
辊磨机在钽铌矿分解工艺中的应用
郑纯彬
（广东广晟稀有金属光电新材料有限公司，广东　清远　５１３０５８）
摘 要：
采用氢氟酸－硫酸混酸法分解钽铌矿需将钽铌矿通过研磨设备进行研磨得到符合生产工艺要求粒度的矿粉。

而研磨设备经过不断地更新换代，从原本的振动球磨机、雷蒙磨机发展到现在采用的辊磨机。

本文介绍辊磨机相较旧代研磨设备的优势及作为新一代钽铌矿研磨设备实现从原矿到钽铌矿分解工序实现自动化控制，以提高分解效率，节省酸的用量，达到降本增效及减少企业安全用工风险的目的。

关键词：
钽铌矿；分解；雷蒙磨机；辊磨机；自动化；料位控制器中图分类号：ＴＦ８４１．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：
１００２－５０６５（２０２３）１１－００３７－３Application of roller mill in decomposition process of tantalum niobium ore
ZHENG Chun-bin
（Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｒｉｓｉｎｇ　Ｒａｒｅ　Ｍｅｔａｌｓ－ＥＯ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｌｔｄ．，　Ｑｉｎｇｙｕａｎ　５１３０５８，Ｃｈｉｎａ）
Abstract: Ｔａｎｔａｌｕｍ　ｎｉｏｂｉｕｍ　ｏｒｅ　ｉｓ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｂｙ　ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｉｃ　ａｃｉｄ　ａｎｄ　ｓｕｌｆｕｒｉｃ　ａｃｉｄ　ｍｉｘｅｄ　ａｃｉｄ　ｍｅｔｈｏｄ．　Ｔａｎｔａｌｕｍ　
ｎｉｏｂｉｕｍ　ｏｒｅ　ｎｅｅｄｓ　ｔｏ　ｂｅ　ｇｒｏｕｎｄ　ｂｙ　ｇｒｉｎｄｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｔｏ　ｏｂｔａｉｎ　ｏｒｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｗｉｔｈ　ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ　ｍｅｅｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．　Ｔｈｅ　ｇｒｉｎｄｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｃｏｎｓｔａｎｔｌｙ　ｕｐｄａｔｅｄ，　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｂａｌｌ　ｍｉｌｌ，　Ｒａｙｍｏｎｄ　ｍｉｌｌ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｏｌｌｅｒ　ｍｉｌｌ　ｎｏｗ　ｕｓｅｄ．　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｒｏｌｌｅｒ　ｍｉｌｌ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｏｌｄ　ｇｒｉｎｄｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ａｓ　ａ　ｎｅｗ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔａｎｔａｌｕｍ　ｎｉｏｂｉｕｍ　ｇｒｉｎｄｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｒｏｍ　ｒａｗ　ｏｒｅ　ｔｏ　ｔａｎｔａｌｕｍ　ｎｉｏｂｉｕｍ　ｏｒｅ，　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，　ｓａｖｅ　ｔｈｅ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ａｃｉｄ，　ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｐｕｒｐｏｓｅ　ｏｆ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｃｏｓｔ　ａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｒｉｓｋ　ｏｆ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ．
Keywords: ｔａｎｔａｌｕｍ　ｎｉｏｂｉｕｍ　ｏｒｅ；　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ；　Ｒａｙｍｏｎｄ　ｍｉｌｌ；　Ｒｏｌｌｅｒ　ｍｉｌｌ；　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ；　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｌｅｖｅｌ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
收稿日期：
２０２３－０３作者简介：
郑纯彬，男，生于１９７３年，汉族，广东揭阳人，大专，机械助理工程师，研究方向：设备安装、制作、设计。

钽、铌是两种具有高熔点、高沸点、高温强度高、耐腐蚀等优良特性的稀有金属，粉末状钽粉呈深灰色，铌粉呈浅灰色。

钽金属的密度为16.6g/cm 3，铌金属的密度为8.6g/cm 3，钽的熔点在3000℃左右，沸点5427℃，铌的熔点为2468℃左右，沸点为5127℃。

钽铌的主要矿物为钽铌酸盐类矿物，如钽铁矿、铌铁矿、烧绿石、重钽铁矿等，为目前最主要的用于提取钽、铌的工业矿物。

此外，铌钽矿物还有八面体氧化物中的金红石族以及钛硅酸盐等复杂钽铌复合型矿物。

钽铌矿分解的目的是使钽铌矿物中的钽、铌及其他伴生的杂质得到初步分离。

钽铌矿稳定性高，分解比较困难，尤其是钽铌酸盐类矿物更难分解，除了氢氟酸外，不能被其它矿物酸分解。

钛钽铌酸盐类矿物的化学稳定性较钽铌酸盐类矿物差，可用硫酸分解，但其矿物成分却复杂得多。

处理这类矿物时，除了从中提取钽铌外，同时还需要考虑杂质的分离及其他有价元素的综合回收。

在工业上处理钽铌矿的方法主要有酸分解法、氯化分解法、碱分解法和电解分解法[1，2]。

基于此，针对钽铌稀有金属元素进行分解、提取的过程至关重要，必须慎重选择分解工艺和设备。

1 辊磨机的结构及工作原理
1.1 辊磨机的结构
辊磨机由给料机、磨机主机、管道系统、选粉机、高压风机、配电柜控制系统等部分组成。

给料机（裙边皮带给料机、螺旋给料机）用于物料的进料及传送。

磨机主机对物料进行研磨作业，材质一般采用高铬合金钢。

管道系统用于各结构之间物料的流动输送，各管道高度和角度要合适，否则会造成气流流通不畅甚至使物料在局部沉降，造成风机负荷增大并影响产量。

选粉机则是将进入到选粉机中的气体和粉末的混合物进行分离，选出我们需要的粉末，其工作机理为：粉末颗粒在离心力的作用下，大或重的粉末颗粒受到离心力大，因而被抛至风叶外围至选粉机边壁与气流脱离，不再受离心力的作用，该部分粉末颗粒在重力影响下自然下落到粉碎主机中继续粉碎或者下落到出料口进行收集;小或轻的物料受离心力小，在风叶内部悬浮，高压风机通过其强大的引风力将其带到高处，而后沿着管道转移至成品仓中被收集。

通过调节风叶的转速就可以调整选粉机中离心力的大小，从而达到筛选出指定粒度物料的目的。

高压风机用于产生负压，将指定粒度物料带入选粉机机体。

配电柜控制系统是整机的控制系统，用于观测当前投入矿的流速及调整流量和进行称重，该系统应当具有防短路、防过载、防欠压、互锁开停机保护和故障报警装置等安全防护装置。

1.2 辊磨机的工作原理
辊磨机又称算盘磨，它是由多层环辊碾压、冲击、挤压、研磨的原理对物料进行粉碎作业，安装在转盘上的磨辊与辅
世界有色金属 2023年 6月上
38机械加工与制造
M achining and manufacturing
轴之间有很大的活动间隙。

当转盘随主轴公转时，磨辊受离心力的作用甩向磨环，并压紧磨环内壁又围绕辅轴自转，物料通过磨辊与磨环的间隙时，受到磨辊的冲击、挤压、研磨而粉碎。

粉碎后的物料在重力的作用下，落到甩料盘而被甩至气流进入选粉机进行分级，合格细粉通过选粉机进入后道收集系统收集，较粗的物料甩向分流环内壁，重新落入粉碎室进行粉碎，空气经过脉冲除尘器净化后通过风机排出[3]。

转盘通常为单层或上、下双层分布，双层磨环工作时，物料通过第二层转盘与磨辊的间隙时，再次粉碎，因此，物料粉碎充分，产品细度合格。

2 辊磨机的设备优势
2.1 应用广泛、分级精度高、环保标准更优
辊磨机适用于干法生产，要求入料粒度不大于9mm,入料湿度不大于10%，莫氏硬度9级以下的物料（物料过硬硬度过高，会影响粉磨效率，影响产量，也会使磨机振动甚至损坏设备；物料湿度过大，会导致物料的流动性变差在磨机内黏结，无法正常的均匀将物料碾压成粉）。

它广泛用于各种金属矿（水镁石、氢氧化铝、钛白粉、稀土矿等）及非金属矿（方解石、重晶石、磷矿石、石墨、云母等）物料的粉碎加工作业[3]。

辊磨机通过选粉机等内分级装置，分级效果好，无大颗粒污染。

辊磨机的设备结构较为简单，操作容易，磨辊容易拆卸，便于维修，用材精致，更耐用易用，可在高细度大产量方面应用。

2.2 投资省、能耗低、磨耗低
辊磨机成套设备安装方便，设备安装完成便可投入生产使用。

相较于传统的球磨机及雷蒙磨机等其他设备相比，可以节约投资成本，能耗也降低很多。

粉碎副等其他易损件都采用特殊耐磨的高铬合金钢制造而成，该材质所生产的零件具有尺寸精确，耦合好，工作效率高，耐磨耐用，使用寿命长等优点。

辊磨机主机底座采用整体式铸件结构，具有良好的抗震性及消震性。

3 辊磨机与雷蒙磨差异分析
辊磨机和雷蒙磨机的组成结构不同：首先体现在磨辊的设计上，雷蒙磨机的磨辊数量通常有有3辊、4辊、5辊和6辊之分，采用弹簧梅花架总成，磨辊围绕着主轴公转，同时也会进行自身自转，利用铲刀将物料送入磨辊和磨环之间，利用磨辊和磨环之间的滚动碾压破碎物料。

而辊磨机的磨辊数目可以高达36个，在高压弹簧和离心力的作用下，磨辊和磨环之间有着强大的挤压力和研磨力，因为高压弹簧的参与，在同等动力的作用下，辊磨机的磨辊压力是雷蒙磨机的两倍；其次是使用环境：雷蒙磨机主要是用在建材、矿山、冶金的行业中，研磨细度在80~400目之间，有些通过技术改良，研磨细度可以达到600目，适合研磨莫氏硬度在
6级以下的物料，湿度不能超过7%，非易燃易爆，比如石灰石、滑石、大理石、高岭土、萤石等。

辊磨机可研磨物料的硬度比雷蒙磨要高，可研磨物料的硬度可达莫氏硬度9级，既可研磨50~120目的粗粉，还可以研磨350~2600目左右的细粉；三是研磨效率：辊磨机成粉细腻，通筛率可以达到98%，根据辊磨机的辊数有不同，进料粒度也不同，生产能力也不尽相同，一般情况每小时处理量在3~5吨左右；四是辊磨机在高速运转时，工作平稳可靠，不会出现雷蒙磨机加工时震动大、噪声大的劣势，同时辊磨机易于实现自动化控制，节省人力投入。

4 钽铌矿分解工艺
本单位采用氢氟酸-硫酸混酸法分解钽铌矿，此法的优势在于一是钽铌中间化合物的生成效率大幅度提升；二是氢氟酸挥发消散的量会得到降低，钽铌矿石的分解率增加；三是有利于后续萃取工序分离除杂，节约成本。

钽铌矿钽铌矿（这里以钽铁矿为例）与氢氟酸主要化学反应为：
Fe[(Ta、Nb)O 3]+16HF=2H 2[(Ta、Nb)F 7+FeF 2+6H 2O Mn[(Ta、Nb)O 3]+16HF=2H 2[(Ta、Nb)F 7+MnF 2+6H 2O 同时钽铌矿中通常还伴生有铁、锡、钛、钨、硅、钍、铀、稀土及碱土金属等杂质，在分解过程中与氢氟酸反应，生成相应的氟化物。

Fe 2O 3+12HF=2H 3FeF 6+3H 2O SnO 2+6HF=H 2SnF 6+2H 2O TiO 2+6HF=H 2TiF 6+2H 2O WO 3+8HF=H 2WF 8+3H 2O SiO 2+6HF=H 2SiF 6+2H 2O
U 3O 8+8HF=2UO 2F 2+UF 4↓+4H 2O 钽铌矿分解工艺流程如图
1。

图1 钽铌矿分解工艺流程图
2023年 6月上 世界有色金属39
机械加工与制造
M
achining and manufacturing
[1] 王肇信.钽铌冶金学[M].北京：冶金工业出版社、2009:355.
[2] 韩建设,张劲.钽铌水冶分解提取工艺及设备的进展[J].稀有金属与硬
质合金,2003.（04）:27-31.
[3] 刘荣贵,郭彬仁,章仕亿.新型离心环辊磨研制与应用[J].非金属矿,
2004.（03）:45-47.
5 辊磨机在钽铌矿分解工艺中的应用
对钽铌矿进行冶炼的主要方法是湿法冶炼，即采用氢氟酸与硫酸与钽铌矿反应得到分解原液，之后进入下道工序进行生产作业。

而这种方法的第一道工序即为对钽铌精矿进行分解。

要完成制浆作业，必要步骤便在分解前的研磨作业环节，传统的磨矿设备雷蒙磨机由于自身特点，产量低，研磨效率低，无法满足进行企业大批量的生产，更重要的是无法实现自动化控制。

本企业通过引进先进的辊磨机，可完成钽铌矿分解的自动化控制过程。

其工作机制(设备连接图如图2)。

通过提升机将在矿仓内的钽铌矿加入原料仓内，原料仓内钽铌矿通过供料器进入磨机主机进行研磨作业，将钽铌矿研磨至-500目（可以方便后续的调浆作业及提高钽铌矿的分解效率，提高收率）左右，研磨后的粉末经高压风机产生的真空经过选粉机筛选出符合工艺条件粒度的粉末存储至成品仓内。

成品仓内物料通过罗茨风机转移至小料仓中，需进行调浆作业时打开小料仓放入物料至调浆槽进行调浆作业。

在各料仓分别加装料位控制器，当料仓料位低于下料位时，打开管路实现自动加料控制，高于上料位时，关闭管路实现停止加料控制便可实现自动连续给料。

各料仓均配备带有重量、流量控制系统的给料器，通过该系统：一是可控制入辊磨机物料的流速控制，以防止物料加入量太多造成磨辊卡死及影响成粉效率；二是通过精确控制给料速度，给料重量，为后续更为精准的调浆、配酸作业提供便利，从而大大地提升分解效率，节省酸的用量，达到降本增效的目的；三是通过自动化控制，大大提高工作人员的安全性，避免企业发生安全事故，减少企业的安全用工
风险。

料位控制器的工作原理为当检测到物料的料位上升从而使叶片的转动受阻时，检测部位便会发送信号切断电源使其停止转动。

只要料位不变便可一直保持的当前状态。

当料位下降检测叶片未受到阻力时，检测部位便会在弹簧拉力(针对不同比重的物料可以通过调整弹簧拉力，比重大的物料调整弹簧拉力到最大，反之则调整到最小)的作用下恢复原态。

该阻旋式料位器，能够对各种（如粉状、颗粒状）密度≥0.3g/cm 3颗粒最大尺寸小于20mm 的物料进行料位检测。

在冶炼、建筑、制药、食品等多种行业的物料输送与控制中得到广泛应用。

6 结语
综上所述，因辊磨机相较传统的磨矿设备有着结构简单，操作容易，维修简便，用材精致，更耐用易用等诸多优势，将其应用到钽铌分解工艺中，使得钽铌冶炼生产过程在技术层面实现了提升。

不仅提升了产量，更实现了自动化控制，为之后的生产提供极大便利，节约人力物力，达到良好
的经济效益。

图2 钽铌矿前处理设备连接图。