王琴，祖大磊，张广伟，谭文才. 现代矿业，2016（5）：223-225.

矿物加工领域中破碎、磨矿能耗约占选矿工艺总能耗的40% ~60%, 大型选矿厂用于碎磨作业的成本通常占选矿总成本的50% 以上,世界能源的10% 以上都消耗在破碎和磨矿作业中。目前全球矿业形势低迷,破碎、磨矿的节能降耗是选矿厂降低能耗、提高效益的有效途径[2] 。本文通过对现有破碎、磨矿设备的考察调研,阐述了高效破碎、磨矿设备在矿物加工领域的应用发展现状以及碎磨设备大型化的趋势。

1 破碎设备

1. 1 颚式破碎机

德国Krupp 公司研制的高转速冲击颚式破碎机借助带有弹簧的动颚板与定颚板之间的高速冲击和压碎作用破碎矿石;排料口不易堵塞,动颚运动速度增加,加大了冲击破碎作用,破碎机的处理量较同规格传统破碎机提高了50% ~100%。

北京矿冶研究总院研发的外动颚破碎机的动颚与连杆分离,使动颚的运动特性不再受连杆的约束,设备外形低矮,产品破碎比大。与传统复摆颚式破碎机相比,规格相同时处理量可以提高20% , 能耗降低15% ~30%。使用该设备可以简化破碎流程,且厂房投资降低。

1. 2 高压辊磨机

德国在20 世纪80 年代研制出了高压辊磨机, 其具有生产能力高、破碎比大、能量有效利用率高等特点。高压辊磨机主要由机架、工作装置、传动装置、给料装置、施压装置等组成。高压辊磨机两个辊子单独驱动,辊面压力一般为1.0~4.5 N /mm2。辊面线速度由给料粒度、含水率及其粉磨特性决定, 实际应用中,辊面线速度一般取1.0~2.0 m /s。给料最大粒度不应大于两个辊子之间的最小间隙,实际应用时给料粒度多小于60 mm。

智利CNH 公司的洛斯科罗拉多斯( Los Colorados) 选厂用辊径1 700 mm、辊宽1 800 mm、驱动电机功率2×1 850 kW、最大处理量2 000 t /h 的高压辊磨机作为细碎设备, 实际处理量为1600 t /h、比能耗约1.1 kWh /t、循环负荷约30% 。高压辊磨机应用后，后续球团厂球磨机处理量较原工艺可提高27% ~44%。

谢敏雄等考察了德国KHD 公司的ϕ1.4 m×1．1 m 高压辊磨机在山东黄金矿业新立选厂的应用效果[7] 。新立选矿厂矿石以硫化矿为主,中等硬度, 普氏系数f = 10 ~ 14, 采用高压辊磨机作为细碎设备,后续球磨机的单位能耗由13.0 kWh /t 降到了8.9 kWh /t, 磨机处理量较采用常规破碎设备进行破碎作业时提高了20% ~30%。

陕西金堆城钼业百花岭选厂处理量为1 万t/ d, 是国内首家将高压辊磨机应用于有色矿山选厂的企业,该选厂碎磨作业采用三段一闭路—高压辊磨破碎—球磨流程,高压辊磨作业选用的是德国魁伯恩公司的GM1.5 m×1.0 m 高压辊磨机,装机功率2× 750 kW。采用高压辊磨机后,破碎最终产品内部产生的微裂纹增多,球磨机的磨矿功指数较原工艺降低了约10% , 因此采用高压辊磨机有利于矿物在磨矿时的单体解离。

1. 3 柱磨机

柱磨机属立式磨,该设备利用中速中压和反复辊压的料层粉碎原理;机器上部的减速箱驱动主轴旋转,从而使辊轮在环锥形内衬中转动( 辊衬之间间隙可调)。物料从上部进入,依靠自重和上部推料作用在环锥形内衬中形成料层,料层受到辊轮的反复挤压而破碎,破碎后产品从磨机下部自动排出。超低品位贫铁矿石采用柱磨机超细碎进行预选可以提高生产能力、降低能耗、降低生产成本。辽宁阜新铁矿石经ZMJ900A 型柱磨机超细碎至5 mm, 采用DCϕ400 mm×300 mm 湿式弱磁选机对超细碎产品进行预选抛尾,在原矿铁品位为9. 56% 时,磁选粗精矿铁品位可以提高到27. 74% , 铁回收率为25． 52% 。

1. 4 惯性圆锥破碎机

与传统破碎设备相比,惯性圆锥破碎机具有破碎比大,产品粒度可调等优点;商洛某钨矿破碎作业采用两段开路流程,原矿最大粒度是200 mm, 经筛孔尺寸为10 mm 的振动筛预先筛分后,筛上物料返回到GYP-600 惯性圆锥破碎机进行破碎,极大地减轻了磨矿作业的负荷。

2 磨矿设备

随着易选冶矿产资源的消耗和人工成本的增加,人们开始关注微细粒嵌布矿石的分选,而实现分选的前提是矿物单体解离,因此,高效磨矿设备成为矿业研究的重点。

2. 1 搅拌磨

1948 年搅拌磨机问世。近年来,搅拌磨技术日益成熟,搅拌磨机得到广泛应用。搅拌磨机主要由筒体、搅拌装置、传动装置和机架构成,通过搅拌轴旋转搅动筒体内磨矿介质和物料,使介质和物料在筒体内作多维循环运动及自转运动的同时相互碰撞实现对物料的粉碎。

鞍钢齐大山选矿厂浮选尾矿回收赤铁矿工艺要求细磨产品粒度-0. 045 mm 含量占90% 以上(-0. 038 mm 含量占83% 以上), 采用普通球磨机磨矿时生产能力低、运行成本高,磨矿产品只能达到0. 084 mm 占80% , 改用立式搅拌磨机后,产品粒度可达-0. 038 mm 占90% 以上,且比普通球磨机节能50% 以上。

德兴铜矿的铜钼混合粗精矿再磨作业采用JM1000 型立式螺旋搅拌磨代替普通球磨机后,生产精矿钼品位可达47% , 钼综合回收率在74% 左右,精矿指标相比于改造前有了大幅提高,并降低了钼精矿中的铜含量。

艾莎磨机在澳大利亚最大的黄金矿山被用于将金精矿细磨到10 μm 以下,细磨产品直接进行氰化浸出,该技术在黄金矿山工业的成功应用,替代了原污染严重、运行费用高的高温焙烧炉工艺,对环境保护和节能降耗均具有实际意义。

南非英美铂金公司用M10000 艾莎磨机处理球磨机的产品,在给矿粒度F80 =75 μm 时,产品粒度P80 =53 μm, 磨矿比功耗为9 kWh / t, 介质最大尺寸为3.5 mm; 如果采用传统的球磨机闭路流程磨矿,球磨机需要8 MW 的装机功率,而1 台M10000 艾莎磨机的装机功率(2. 6 MW) 仅为传统球磨机装机功率的32% 。

2. 2 振动磨

振动磨的粉磨作用主要是靠介质在做高频振动的筒体内对物料进行剧烈冲击和摩擦等作用使物料迅速粉碎。65%~ 80% 的充填率和103 ~ 157 Hz 的振幅,使得该种设备兼有冲击破碎和研磨粉碎的作用,因此其具有单位容积生产率大、高效节能、节省空间等优点。MGZ-1型高幅振动磨振幅高达15 mm, 其处理能力比同规格的Palla型振动磨高出30 ~ 40 倍,功耗降低约30%。

2. 3 离心磨

离心磨的运行状态和振动磨机相似,是介于行星式磨机和振动磨之间的一种新型磨矿设备 。该机借助离心加速度来提高钢球的磨碎力而进行磨矿,离心加速度为重力加速度的10 ~ 15 倍。离心磨不受临界转速的限制,这样使得功率和磨机体积减小,而磨矿效率显著提高。

武汉工业大学俞良中研究开发的立轴锥盘离心磨机(又叫旋流态离心自磨机) 是一种新型散体流态运动自粉碎设备,最大的优点是磨机给料可以是未经中、细碎的矿石,矿石在磨机中受到冲击粉碎、交变脉动剪切疲劳粉碎和磨削粉碎3 种粉碎方式,1 次粉碎作业甚至可产生平均粒径为10 μm 的超细粒级,采用该设备可以简化和缩短工艺流程,能耗相对较低。

2. 4 中心传动球磨机

衡阳有色冶金机械厂制造的中心传动球磨机采用中心传动方式 ,电机、减速机以及传动系统和筒体在同一轴线上,采用圆柱滚子轴承,摩擦阻力和静阻力矩减小,装机功率较普通球磨机小;甘肃陇南福利选矿厂使用的ϕ1 500 mm×3 000 mm QSZ 型中心传动球磨机与附近青羊峡选厂ϕ1 500 mm × 3 000 mm 普通格子型球磨机相比, 溢流细度(-74 μm) 增加了11 个百分点,处理单位矿石电耗降低32.51% , 节能效果较好。

2. 5 静动压力轴承球磨机

静动压力轴承球磨机启动时采用高压液压系统润滑,磨机中空轴润滑状态良好,减小了摩擦阻力; 气动离合器分段启动电机轴和小齿轮轴,启动电流和功率降低。青海锡铁山铝锌矿选厂采用ϕ2. 8 m×3.6 m QSG 型静动压力轴承球磨机,与同类型普通球磨机相比,选厂磨矿产能提高7% ~10%, 处理单位矿石能耗降低15% ~20%。

2. 6 锥形球磨机

锥形球磨机 特有的锥形结构将介质自然分离,大球位于给料端,小球位于排料端,排料端物料与磨矿介质接触面积增加,便于细磨。该种磨机相当于在筒体内安装有永久性分级机,不会产生过磨, 增加了能量利用率,节能显著。外形似球的锥形球磨机,与普通球磨机相比,在同样表面积的情况下, 不仅增加了有效容积,还增加了工作表面积,因此驱动功率降低,设备重量减轻,与同规格普通磨机相比可节能20% 。

3 碎磨设备大型化

大型矿山的开发以及矿山企业降低生产成本的要求迫切需要大型化的矿山碎磨设备。Morrell S等研究发现,与小直径球磨机相比,直径在6.7 m 以上的大型球磨机单位处理能力电耗降低22. 7%, 钢球消耗降低14% 。弓长岭选矿厂一段磨矿采用ϕ5.03 m×6.7 m 溢流型球磨机,二段磨矿采用ϕ4.0 m×7.5 m 球磨机取代原来的ϕ2.7 m×3.6 m 球磨机,一段磨矿产品-74 μm 含量55% , 二段磨矿产品-74 μm 含量达85% , 分别较改造前的一、二段磨矿产品-74 μm 含量提高了15 和17. 5 个百分点。

目前世界上最大的旋回破碎机为Sandvik 公司制造的规格为65 ~119 英寸(给矿口1 650 mm) 的旋回破碎机,其次为Krupp 公司生产的KB63 ×114 型旋回破碎机,装机功率1 200 kW,1996—1997 年Krupp 公司为印尼自由港铜矿提供了2 台KB63× 114 型破碎机。国内自行设计制造的最大规格旋回破碎机是由中信重工机械股份有限公司设计制造的PXZ-152 / 287 型旋回破碎机,装机功率1 200 kW, 处理量达5100~8000 t /h。目前世界上最大的半自磨机规格为ϕ12. 19 m×7. 92 m, 装机功率28 MW, 于2013 年在中铝秘鲁某铜矿投产。

现场应用最大规格的自磨机是由中信重工机械股份有限公司为中信泰富澳大利亚的Sino 铁矿制造的ϕ12.2 m×10.97 m 自磨机,装机功率28 MW。最大规格的干式球磨机[27] 规格是ϕ6.2 m×25.5 m, 装机功率11． 2 MW。

矿山规模化生产是降低矿山生产成本的关键也是发展趋势,大型化碎磨设备既有利于加快新建选厂的建设速度,提高设备的处理效率,减少基建成本,还可减少上下管道、电缆等附属设备的投资。同时选厂系列少,自控设备相应变少,更有利于选厂的自动化控制。碎磨设备的大型化既提高了单台设备的处理量,更符合节能降耗的基本国策要求。

4 展 望

研究开发高效、节能的新型破碎粉磨设备,探索矿物加工高效碎磨工艺和技术,逐步淘汰能耗高、效率低的碎磨设备将是选矿业今后发展的方向。积极推广磁性衬板、耐磨介质等新型材料的应用,提高球磨机衬板、磨矿介质等易损、易耗件的寿命对降低磨机运行成本具有重要意义。