石英砂生产线工艺的设备选型.doc

超纯超细石英砂生产线工艺的设备选型，工艺流程以及各设备的特点，解决了长期以来困绕石英砂生产的一些技术难题,得出球磨机配分级机工艺是超细超纯石英砂大规模生产的有效途径。

关键词：超纯超细石英砂（粉）；球磨机；分级机

1、前言：

石英砂（粉）是重要的非金属矿物，是近百种工业产品的原料，主要用于玻璃工业、铸造业、填料领域、生产金属硅及电子工业等。随着国民经济的发展和科学技术的进步，特别是光伏产业和电子工业的快速发展，对高档超纯石英砂（粉）的需求量不断增加，这就对石英砂（粉）的生产加工提出了更高的要求。

我国石英砂（粉）的生产厂家众多，但普遍存在生产规模小、产品档次低。难以达到规模化加工以降低生产成本，提高产品档次，顺应市场需求的变化，提高经济效益的目的。目前生产粗粉主要用石碾，锤破等，用这些方法进行粉碎，产品粒度粗，难以达到超细超纯的目的，另外设备内部难以进行防护，产品加工过程中原料直接与钢材接触，设备磨损严重，造成设备使用成本过高，产品铁质污染严重，难以保证产品纯度。生产细粉主要用气流粉碎机，气流粉碎机是利用高速气流的能量对固体物料进行超细粉碎的设备，广泛用于非金属矿物及其它脆性物料的粉碎，产品细度一般可达3-45um。气流粉碎机能保证产品细度和纯度的要求，但气流粉碎机能耗高、产量低，难以适应市场需求。因此市场急需开发节能环保，能形成规模化生产的石英砂（粉）生产线。

为解决上述问题，适应市场迫切需求，一种新型节能环保球磨机配分级机石英砂（粉）生产线应需而生，目的是将球磨机配分级机生产工艺应用于石英砂（粉）生产，以满足当前石英砂（粉）加工生产的需求，使生产线综合性能指标优于其它生产线形式，达到节能、环保，超纯，适宜规模化生产，保证生产的石英砂（粉）产品细度好、纯度高，满足市场对高档次石英（粉）的需求，提高企业经济效益和社会效益。

2 、生产线的设备构成及基本原理

本生产线由球磨机入料系统、球磨机、分级机入料系统、气流分级机主机、旋风收集器、

脉冲除尘器、高压引风机、电器控制系统、粗料返回系统组成。经过前期粉碎的小于3mm原料，由球磨机入料系统经入料中空轴螺旋均匀地进入磨机仓，仓内设有石英或刚玉衬板，内装不同规格石英球或钢玉球，筒体转动产生离心力将介质球带到一定高度后落下，对物料产生冲击和研磨作用。达到要求的粉状物通过卸料箅板排出，完成粉磨作业。球磨机出来的细粉经分级机入料系统在引风机引力的作用下进入气流分级机内部充分分散后到达分级区，在分级区物料受到分级叶轮旋转产生的离心力和引风机引力的双重作用，较细的粒子受到的离心力小于引风机引力经过叶轮间隙进入旋风收集器和脉冲除尘器进行收集成为成品，较粗粒子受到的离心力大于引风机引力被甩到分级机筒壁失速后滑落到分级机下部排出。分级机下部排出的粗料经粗料返回系统返回球磨机继续粉磨进行下一个循环。整个系统组成一个闭路循环系统负压运行，无粉尘污染，经引风机排出的气体为符合环保要求的洁净气体。

3 、生产线的设备选择及相关研究

(1)球磨机配分级机石英砂（粉）生产线球磨机的选择

球磨机作为一种粉磨设备，其研磨能力的好坏，直接决定了能否实现规模化生产。在石英砂的生产中，我们通选用高细球磨机，其必须满足一定的长径比、合理的磨内结构、衬板研磨介质的配比等影响因素的要求。出磨细粉率是影响分级的一个重要因素，其必须满足一定的比例，才能保证分级产量高。影响出磨细粉率最为明显的因素是球磨机的长径比、研磨介质级配和介质充填率，再者还要解决糊磨和过研磨现象。对于石英砂的生产球磨机的选取一般长径比3-4，研磨介质多采用4-5种左右不同规格的介质，介质充填率可以在28-35%之间调节。另为保证研磨过程的产品纯度，球磨机内部的衬板和研磨介质不能采用金属材质，而应选用石英材质或三氧化二铝陶瓷材质。

(2)球磨机配分级机石英砂（粉）生产线气流分级机系统的研究

气流分级机系统是保证粉体质量的关键设备之一，衡量一台气流分级机的分级质量，关键在于，首先看其能否稳定限制细粉中大颗粒的含量、其次是分级效率的高低、再者是设备运转稳定性如何。HF系列气流分级机采用立式大叶轮结构，电机采用无级变频调速，能有效的截止大颗粒，产品分级效率高，设备运转平稳，处理量大，能有效满足石英砂分级的要

求。由于石英比重大，在引风机的配置上应选用大风量、高风压的高压离心风机；另石英的硬度高，莫氏硬度7左右，对设备的磨损大，同时石英产品要求铁杂质的含量低，为解决这个问题，设备内部及系统管道内需用三氧化二铝陶瓷片进行超纯耐磨防护，分级机叶轮叶片采用高分子耐磨材料，设备的出料部分不能采用星型卸料器，而应采用对夹式气动蝶阀进行卸料。

(3）球磨机配分级机石英砂（粉）生产线结构的研究

一条生产线运行的好坏与生产线的结构是否合理密切相关，根据石英性质及产品的要求，通过大量征求客户意见和对生产线进行客观分析，认为将球磨机和分级机形成闭路循环系统生产石英砂（粉）最为合适，即球磨机与分级机系统串联，原料经球磨机研磨后经出料口通过分级吸料管在引风机引力的作用下进入分级机进行分级，合格的产品被旋风收集器收集，过细的粉尘通过脉冲除尘器收集下来，引风机排出气体为洁净气体，分级机下部排出的粗料通过粗料返回系统返回球磨机继续进行研磨，开始一个新的研磨分级循环。

(4）球磨机配分级机石英砂（粉）生产线控制系统的设计：球磨机配分级机石英砂（粉）生产线所用单机设备较多，流程较复杂，单机设备各自进行控制，操作麻烦易误操作，产品质量稳定性较差。为提高生产线的可操作性和保证产品质量，决定采用生产线集中控制系统，用一套电气控制系统控制整条生产线。

4、球磨机配分级机石英砂（粉）生产线的产品开发

由于石英砂生产企业所要求的生产规模各不相同，节能环保球磨机配分级机石英砂（粉）生产线的开发应成系列，根据市场需求和设备情况可开发HMF-050、HMF-100、HMF-200、HMF-400、HMF-600五种型号的生产线。

对生产线所配球磨机型号、分级机型号，适宜的原料粒度、产品细度，能达到分级精度，产品产量，系统所需风量、能耗进行确定。生产线设计参数如表1所示。

表1 生产线设计参数表

5 生产线产品的制造工艺

节能环保球磨机配分级机石英砂（粉）生产线是球磨机研磨技术与气流分级技术的有机结合，为将各自的技术优势都能发挥出来，在生产线的制造工艺方面，我们层层把关、步步设防。另外，由于石英硬度高、磨耗大，石英产品对铁质污染要求严，因此对生产线的制造工艺提出了更高的要求。

(1) 球磨机改造工艺：普通球磨机的衬板和磨介多为金属材质，由于石英产品对铁质污染要求严，因此生产线所用球磨机的衬板和磨介不能用金属材质。经分析研究认为可以采用石英衬板和石英球磨介或用三氧化二铝陶瓷衬板和三氧化二铝陶瓷球磨介，用石英衬和石英球磨介投资成本低，但磨机的磨矿效率较用陶瓷衬和陶瓷磨介的效率低；用陶瓷衬和陶瓷球磨介投资成本较高，但磨机的磨矿效率高，具体采用什么样的衬板和磨介要根据客户的承受能力和客户的要求去做。当采用石英衬和石英球磨介时，衬板厚度一般大于10cm，其余尺寸据磨机的规格定，用500#以上的白水泥将衬板粘贴在球磨机筒体上，磨介规格根据产品粒度的

要求配4~5种不同的规格；当采用三氧化二铝陶瓷衬板和三氧化二铝陶瓷磨介时，衬板的粘贴和磨介的选取和用石英衬板和石英球磨介的情况相似。

(2) 分级机系统的生产工艺：设备整体材质选用优质碳素结构钢，设备的制作严格按图纸、按工艺、按标准要求制作，外购件选用国内知名品牌的产品。

①设备内部防护：石英产品硬度高、磨耗大，对铁质污染要求严，用于石英生产的分级机要求必须耐磨且最大限度的防止铁质污染，为解决这个问题分级设备筒体内部、连接管道内部要进行超纯耐磨防护。设备内部的防护可以采用聚氨脂板和三氧化二铝陶瓷片，用聚氨脂板粘贴不牢固、易脱落，且耐磨性较差；三氧化二铝陶瓷片用陶瓷粘结剂粘贴在设备筒体内部，牢固不易脱落、耐磨，正常使用情况下1~2年内不用维修，所以设备内部及连接管道内部我们选用陶瓷片进行耐磨超纯防护处理。

②分级叶轮：分级叶轮是分级机的关键部件，分级叶轮的好坏直接关系到设备的分级精度，分级过程中物料在引风机引力和叶轮旋转产生的离心力作用下实现分级，合格的产品通过叶轮片间的间隙进入下一级进行收集下来，粗料通过分级机下部排出。物料高速通过叶轮片间隙时对叶轮特别是叶轮片产生冲刷，叶轮的磨损严重，叶轮片如采用普通材质难以保证叶轮寿命和避免铁质污染，我们选用高分子耐磨材料叶片，且成斜角结构安装在叶轮基体上，从而有效解决了耐磨和铁质污染问题，提高分级精度。

③设备出料部分：分级设备的出料部分通常选用星型卸料器作为出料装置，但由于星型卸料器的卸料叶轮为金属材质且为旋转部件，运行过程中易产生铁质污染，气密性不好，卸料叶轮磨损严重，出料部分寿命短。通过对比实验研究，我们选用两个对夹式气动蝶阀作为出料装置，从而有效解决铁质污染，提高了出料部分的使用寿命，保证系统的正常运行分级系统工艺如图1所示：

图1 分级系统工艺示意图

1-分级电机 2-分级叶轮 3-复合材料叶轮叶片 4-上下高分子防护板 5-进料管

6-分级腔体 7-下料装置 8-产品出口 9-高铝陶瓷片

(3)生产线组装工艺：节能环保球磨机配分级机石英砂生产线是球磨机研磨工艺和分级机分级工艺的有机结合，整条生产线采用串联结构形式。经过前期粉碎的小于3mm原料经除铁器除铁后，由球磨机入料系统经入料中空轴螺旋均匀地进入磨机仓，仓内设有石英或刚玉衬板，内装不同规格石英球或钢玉球，筒体转动产生离心力将介质球带到一定高度后落下，对物料产生冲击和研磨作用。达到要求的粉状物通过卸料箅板排出，完成粉磨作业。球磨机出来的细粉经分级机入料系统在引风机引力的作用下进入气流分级机内部充分分散后到达分

级区，在分级区物料受到分级叶轮旋转产生的离心力和引风机引力的双重作用，较细的粒子受到的离心力小于引风机引力经过叶轮间隙进入旋风收集器和脉冲除尘器进行收集成为成品，较粗粒子受到的离心力大于引风机引力被甩到分级机筒壁失速后滑落到分级机下部排出。分级机下部排出的粗料经粗料返回系统返回球磨机继续粉磨进行下一个循环。整个系统组成一个闭路循环系统负压运行，无粉尘污染，经引风机排出的气体为符合环保要求的洁净气体。

流程如图2所示。

图2 节能环保型球磨机配分级机石英砂生产线工艺流程图

6 生产线现场运行情况

目前安装在凤城粉体材料厂的三条HMF200球磨机配分级机生产线（Ф1.83X7m球磨机+HF200分级机）已安全运行2.5年，设备运行故障率低，生产线工艺系统匹配合理，生产的产品纯度高无铁质污染，产品单台产量每小时达2.5t。

凤阳凤城粉体材料厂Ф1.83X7m球磨机+HF200分级机现场运行图片如图3所示。

图3 现场运行照片

7 生产线主要技术特点：

1，新型生产设备其特征是使用高分子复合材料叶轮片。

2，新型生产设备其特征是高分子材料叶轮上下防护板。

3，新型生产设备其特征是整台设备的陶瓷防护工艺。

8 结论

通过对节能环保型球磨机配分级机石英砂生产线的开发和应用得出如下结论：

(1)节能环保型球磨机配分级机石英砂生产线的能耗低、单机产量大，所生产的产品质量稳定、几乎无铁质污染，有效的解决了石英砂生产单机产量低、铁质污染严重、设备磨损严重寿命短的难题。

(2)节能环保型球磨机配分级机石英砂生产线的现场运行安全、可靠、高效，设备维护量极小。

(3)从球磨机配分级机石英砂生产线的发展前景来看，作为一种即节能环保又能保证石英砂产品纯度的生产线必将有广阔的市场，具有良好的市场前景，并可以给生产厂家带来良好的经济效益。

(4) 当前国际公认的超纯石英砂是高于美国尤尼明（UNIMIN）公司IOTA-CG标准（杂质小于22ppm）的高技术产品，是半导体行业的重要支撑材料，目前国内超纯石英砂的生产尚属空白。

(5) 我国半导体及光通讯行业对超纯石英砂的国产化呼声很高，在这种积极的产业背景下，华特磁电科技股份有限公司，通过对“石英中的杂质分布及其去除技术研究”的实施，采用独特工艺和技术，研制生产出杂质小于20ppm超纯石英砂，在此基础上可建立起我国超纯石英砂质量标准体系和技术开发平台，最大幅度地提升石英资源的价值。该成果的产业化，将打破国外对超纯石英砂的垄断，使我国半导体、光通讯等产业发展不再受制于人，加速我国石英材料及相关高技术产业在掌握自主知识产权核心技术上的发展。

(6) 在市场方面我国电子工业、IT产业等高新技术产业的快速发展，对石英玻璃的需求日益增加，相应地对超纯石英砂的需求量也在逐年加大。中国建筑玻璃与工业玻璃协会2004年8月预测：2005年国内仅集成电路芯片和硅单晶制造对超纯石英砂的需求量就为4820吨，2006年将猛增到12050吨，与此同时，其他领域对超纯石英砂的需求量也在逐年增加。而我国用于生产高新技术用石英玻璃的超纯石英砂长期依赖进口，每年需要花费外汇约1亿美元。因而，项目实施的前景和经济效益十分巨大。

(7) 目前我由公司生产的石英砂生产线在全国，及国外已有50多条，运行效果普遍良好达到或超过了原设计指标，使用厂家经济效益可观。