高壓輥磨機(jī)與大型立磨機(jī)聯(lián)合碎磨工藝研究分析

高 壓輥磨機(jī)與球磨機(jī)的聯(lián)合碎磨工藝已廣泛應(yīng)用于礦物加工生產(chǎn)中，該工藝技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠，特別是在水泥行業(yè)仍然起著舉足輕重的作用。隨著礦石性質(zhì)貧、細(xì)、雜、難等問(wèn)題日益嚴(yán)重，對(duì)礦石粉磨產(chǎn)品粒度的要求也越來(lái)越精細(xì)。選礦廠二段磨礦或粗精礦再磨已應(yīng)用立式螺旋攪拌磨機(jī) (以下簡(jiǎn)稱“立磨機(jī)”) 取代球磨機(jī)，而且出現(xiàn)了高壓輥磨機(jī)與立磨機(jī)組成聯(lián)合碎磨工藝流程，從而大幅降低了生產(chǎn)系統(tǒng)能耗，提高了精礦品位，有著較大的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

1 碎磨工藝發(fā)展歷程

高壓輥磨機(jī)自 1980 年問(wèn)世以來(lái)，以其獨(dú)特的粉碎原理和高效節(jié)能的技術(shù)特點(diǎn)，迅速應(yīng)用于水泥行業(yè)。隨著高壓輥磨機(jī)在美國(guó)亞利桑那州銅礦的成功應(yīng)用，引起了業(yè)界極大的關(guān)注，隨后在世界各地金屬礦山不斷得到推廣應(yīng)用。國(guó)內(nèi)金屬礦山應(yīng)用高壓輥磨機(jī)起步較晚。2006 年，高壓輥磨機(jī)首次在馬鋼凹山選礦廠用于礦石破碎，而后在唐鋼司家營(yíng)鐵礦等礦山選廠得到應(yīng)用。金堆城鉬業(yè)為國(guó)內(nèi)首個(gè)使用高壓輥磨機(jī)的有色金屬礦山。

為了解決球磨機(jī)效率低、能耗大等問(wèn)題，開(kāi)始采用高壓輥磨機(jī)和球磨機(jī)聯(lián)合碎磨工藝流程。高壓輥磨機(jī)預(yù)細(xì)碎處理礦石，有效控制球磨機(jī)的進(jìn)料粒度。經(jīng)過(guò)高壓輥磨機(jī)擠壓處理的礦石產(chǎn)生微裂紋，降低了物料的邦德功指數(shù)，從而大大降低了系統(tǒng)能耗，同時(shí)，易磨碎的礦石減輕了球磨機(jī)的磨損，降低了礦山企業(yè)選礦作業(yè)的生產(chǎn)成本。高壓輥磨機(jī)與球磨機(jī)聯(lián)合碎磨工藝在處理硬巖方面具有巨大的節(jié)能潛力以及成本優(yōu)勢(shì)，特別是在處理磁鐵礦時(shí)，該工藝有效提高了拋尾率，實(shí)現(xiàn)了“能拋早拋”，提高了磨礦設(shè)備能量利用率，大大降低球磨機(jī)相關(guān)易損件的磨耗，目前已成為金屬礦山非常重要的工藝流程。

2 高壓輥磨機(jī)的工作原理及優(yōu)勢(shì)

高壓輥磨機(jī)由機(jī)架、進(jìn)料系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、擠壓輥裝配、液壓系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)等組成，依靠安裝在機(jī)架水平滑軌上的2個(gè)平行排列且相向轉(zhuǎn)動(dòng)的擠壓輥工作，每個(gè)輥由電動(dòng)機(jī)通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器與減速器驅(qū)動(dòng)，其中定輥位置固定不變，動(dòng)輥可在水平滑道上移動(dòng)，通過(guò)液壓系統(tǒng)將動(dòng)輥推向固定輥。液壓系統(tǒng)通過(guò)動(dòng)輥施加在物料上的壓力高達(dá) 300 MPa。

高壓輥磨機(jī)的工作原理為料層粉碎，工作時(shí)物料由進(jìn)料口進(jìn)入動(dòng)輥與定輥之間的破碎腔，借助一對(duì)連續(xù)作業(yè)的高壓輥及物料自重，物料被強(qiáng)行擠入不斷壓縮的破碎腔中并被壓實(shí)，壓實(shí)擠滿的物料在巨大的壓力下被破碎，最終礦石物料形成緊實(shí)、布滿裂縫的料餅排出，高壓輥磨機(jī)層壓粉碎原理如圖1所示。

圖1 高壓輥磨機(jī)粉碎原理

高壓輥磨機(jī)工作時(shí)，液壓系統(tǒng)提供足夠大的擠壓力，使得礦石得到破碎，并產(chǎn)生了大量的微裂紋，使物料可磨性大為改善，在后續(xù)工序的磨機(jī)內(nèi)易于磨碎，節(jié)省大量能耗。礦物經(jīng)過(guò)高壓輥磨機(jī)處理后，不但有較好的選擇性破碎效果，而且形成大量的細(xì)粒和微細(xì)粒產(chǎn)品，礦物完成了初步解離，具備了較好的分選條件，從而實(shí)現(xiàn)了“多碎少磨”。高壓輥磨機(jī)不僅節(jié)能高效，且占地面積小、處理能力大，因此引起了礦山企業(yè)的極大重視，開(kāi)始將高壓輥磨機(jī)組合到碎磨工藝流程內(nèi)，進(jìn)一步發(fā)揮其巨大的優(yōu)勢(shì)。

3 立磨機(jī)的工作原理及優(yōu)勢(shì)

1952年，日本的河端重勝發(fā)明了世界上第一臺(tái)立磨機(jī) (日本稱塔磨機(jī))。立磨機(jī)主要由機(jī)架、筒體、螺旋攪拌器及驅(qū)動(dòng)裝置等組成，其中機(jī)架主要起支撐其他部件的作用，螺旋攪拌器負(fù)責(zé)對(duì)礦石物料進(jìn)行攪拌細(xì)磨。驅(qū)動(dòng)裝置主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、聯(lián)軸器等組成，負(fù)責(zé)給螺旋攪拌器提供動(dòng)力。

立磨機(jī)的工作原理是在螺旋攪拌器旋轉(zhuǎn)和重力作用下，磨礦物料與介質(zhì)球摩擦進(jìn)行表面磨剝。工作時(shí)，筒體內(nèi)有一定量的磨礦介質(zhì) (一般為鋼球或陶瓷球)。電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)螺旋攪拌器旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)磨礦介質(zhì)和物料在筒體內(nèi)作多維旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，物料和磨礦介質(zhì)在擠壓力作用下產(chǎn)生摩擦、剪切和沖擊擠壓等作用，從而使物料被有效地粉磨。在磨料自身重力及螺旋攪拌器的攪拌下，研磨主要發(fā)生在筒體的下半部分，合格的礦物顆粒從筒體上半部分的溢流口流出，不合格的顆粒進(jìn)入筒體下半部分繼續(xù)研磨，從而減少了物料發(fā)生過(guò)粉磨，其工作原理如圖2所示。

圖2 立磨機(jī)工作原理

立磨機(jī)工作時(shí)主要依靠介質(zhì)球與礦石的摩擦而粉碎磨礦，而球磨機(jī)依靠筒體自身的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)磨礦介質(zhì)與礦物沖擊碰撞磨礦。當(dāng)產(chǎn)品粒度較粗時(shí)，球磨機(jī)磨礦效果較好，而當(dāng)產(chǎn)品粒度較細(xì)時(shí)，球磨機(jī)的能耗會(huì)大幅增加。利用沖擊粉磨細(xì)顆粒礦石時(shí)效率較低，而表面摩擦方法更加有效。因此，當(dāng)研磨粒度更細(xì)時(shí)，立磨機(jī)顯現(xiàn)出了巨大的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。此外，由于立磨機(jī)攪拌強(qiáng)度低，相比球磨機(jī)有效地減少了構(gòu)件的磨蝕損耗。采用高密度磨礦介質(zhì)球，半徑小且不易破碎，進(jìn)一步提高了礦石顆粒細(xì)度，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部循環(huán)控制磨礦，提高了選礦回收率。立磨機(jī)在難選礦物細(xì)磨分選上具有巨大的優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)許多企業(yè)積極推出了該項(xiàng)技術(shù)和產(chǎn)品，并得到市場(chǎng)認(rèn)可，使得立磨機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。

隨著高壓輥磨技術(shù)不斷進(jìn)步，其排料粒度逐漸變細(xì)，目前德國(guó)洪堡 (MBE) 公司已經(jīng)做到 P80=1 mm，完全可以滿足大型立磨機(jī)給料要求。此外，高壓輥磨機(jī)輥面磨損問(wèn)題目前也得到解決，加上立磨機(jī)的啟動(dòng)、螺旋葉片的快速磨損等問(wèn)題已解決，理論上已經(jīng)完全具備高壓輥磨機(jī)與立磨機(jī)高效低能耗聯(lián)合碎磨工藝流程的條件。

4 典型工藝流程

4.1 現(xiàn)有高壓輥磨機(jī)碎磨流程

由于高壓輥磨機(jī)破碎比大、生產(chǎn)效率高、工藝流程配置簡(jiǎn)單，不但能夠完成基本的礦石破碎，而且也簡(jiǎn)化了后續(xù)磨礦作業(yè)。目前多采用高壓輥磨機(jī)與球磨機(jī)聯(lián)合粉磨的工藝，一般由高壓輥磨機(jī)開(kāi)路破碎后，直接進(jìn)入球磨機(jī)，具有流程簡(jiǎn)單、投資少的特點(diǎn)。

圖3所示為高壓輥磨邊料返回的輥磨-分級(jí)球磨工藝流程，邊料返回的礦石再次進(jìn)行輥磨處理后，減少了擠壓過(guò)程中邊緣效應(yīng)對(duì)磨機(jī)來(lái)料的影響。該工藝流程占地面積小，運(yùn)行效率高，適應(yīng)性廣泛，易于實(shí)現(xiàn)。

圖3 高壓輥磨邊料返回的輥磨-球磨流程

圖4 高壓輥磨閉路的輥磨-球磨流程

圖4所示為典型的高壓輥磨機(jī)閉路工藝流程。篩上大顆粒物料重新返回高壓輥磨機(jī)處理，篩下物料進(jìn)入球磨，可有效控制入磨粒度，選礦系統(tǒng)節(jié)能效果更加明顯。該流程實(shí)現(xiàn)了對(duì)給礦各粒級(jí)的高效破碎，最終碎礦產(chǎn)品粒度范圍更窄，后續(xù)磨礦更容易，有利于改善精礦品位和有用礦物回收率。

4.2 現(xiàn)有立磨機(jī)工藝流程

在選礦工藝中，立磨機(jī)一般用于二段或三段精礦再磨回路中，采用立磨機(jī)與小直徑旋流器組成閉路。當(dāng)給料足夠細(xì)時(shí)，可生產(chǎn)出細(xì)/超細(xì)粒級(jí)的產(chǎn)品。

圖5所示為立磨分級(jí)-磁選工藝流程。二段磁選精礦進(jìn)入旋流器預(yù)先分級(jí)，溢流進(jìn)行磁選，而沉砂進(jìn)入立磨機(jī)再磨，立磨機(jī)排礦再進(jìn)入旋流器分級(jí)。該工藝流程細(xì)磨效率高、粒度指標(biāo)好、粒級(jí)分布范圍窄，對(duì)精礦的“提質(zhì)降雜”有良好效果。

圖5 帶旋流器分級(jí)的三段立磨工藝流程

4.3 高壓輥磨機(jī)與立磨機(jī)聯(lián)合碎磨工藝流程研究進(jìn)展

近年來(lái)，隨著礦產(chǎn)資源的不斷消耗，礦山企業(yè)均面臨著低品位細(xì)粒級(jí)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用的問(wèn)題。為了進(jìn)一步縮短磨礦流程，充分發(fā)揮高壓輥磨機(jī)和立磨機(jī)的優(yōu)勢(shì)，選礦行業(yè)開(kāi)始逐步探索采用高壓輥磨機(jī)和立磨機(jī)組成聯(lián)合碎磨工藝流程來(lái)降低能耗和提升工藝品質(zhì)。但是，高壓輥磨機(jī)處理后的礦石粒度較粗，并不能直接進(jìn)入立磨機(jī)，必須制定一個(gè)合適的工藝流程，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)高壓輥磨機(jī)后的礦石達(dá)到立磨機(jī)加工尺寸要求。目前，高壓輥磨機(jī)和立磨機(jī)聯(lián)合碎磨工藝屬于新型工藝流程，國(guó)內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)和大型礦業(yè)公司開(kāi)始試驗(yàn)、研究和模擬分析。

Norgate和Weller 等人對(duì)金礦進(jìn)行了試驗(yàn)研究，以測(cè)試高壓輥磨機(jī)在較低的壓力下多階段工作是否比在較高的壓力下單階段工作的方式更節(jié)能，結(jié)果顯示，金礦通過(guò)4次高壓輥磨機(jī)之后，能量消耗開(kāi)始變平緩，第1次和第2次之間下降的幅度最大為 31%，因此得出，多個(gè)串聯(lián)的高壓輥磨機(jī)聯(lián)合工作會(huì)減小礦石粒度尺寸，從而達(dá)到立磨機(jī)可接受的給料范圍。Daniel 等人對(duì)中試型高壓輥磨機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分析多段串聯(lián)的高壓輥磨機(jī)破碎效率變化情況，最終發(fā)現(xiàn)，前2次通過(guò)高壓輥磨機(jī)的礦石尺寸減小最明顯，隨后效率變得較低，得出2次通過(guò)高壓輥磨機(jī)是有效粉碎礦石的最佳選擇。Rule 等人對(duì)實(shí)驗(yàn)室型高壓輥磨機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，通過(guò)改變第2階段高壓輥磨機(jī)的壓力，以分析二段高壓輥磨機(jī)粉碎礦石的效果。研究結(jié)果表明，第1階段磨礦產(chǎn)品的粒度組成較好，但是在第2階段增加的壓力并沒(méi)有使礦石粒度尺寸顯著減小，因此認(rèn)為，為了優(yōu)化二段高壓輥磨流程的能量消耗，沒(méi)有必要增加第2階段的壓力。Wang Y.等人使用實(shí)驗(yàn)室型的設(shè)備在高壓輥磨機(jī)與臥式攪拌磨機(jī)組合上進(jìn)行了測(cè)試，將重質(zhì)碳酸鈣多次通過(guò)實(shí)驗(yàn)室型高壓輥磨機(jī)，然后通過(guò)臥式攪拌磨機(jī)進(jìn)行處理，研究結(jié)果表明，增加礦石通過(guò)高壓輥磨機(jī)的次數(shù)可提高臥式攪拌磨機(jī)的產(chǎn)量。

Valery和Jankovic于2002 年首次提出了將高壓輥磨機(jī)和立磨機(jī)組合成一個(gè)新型碎磨工藝流程的概念，如圖6所示，該工藝流程采用二段高壓輥磨破碎和立磨機(jī)細(xì)磨，從而替代傳統(tǒng)的破碎-球磨機(jī)工藝流程。仿真結(jié)果表明，該工藝流程降低了將近 45%的能耗，但并沒(méi)有進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。為了進(jìn)一步驗(yàn)證高壓輥磨機(jī)與立磨機(jī)聯(lián)合碎磨工藝的可行性，Drozdiak等人針對(duì)某銅礦，在同等條件下，對(duì)比分析不同工藝流程的粉碎能耗、總工藝能耗、運(yùn)行費(fèi)用、項(xiàng)目投資等，有力地證明了新型高壓輥磨機(jī)-立磨機(jī)工藝流程較傳統(tǒng)的破碎-球磨機(jī)工藝流程和高壓輥磨機(jī)-球磨機(jī)工藝流程具有更大的優(yōu)勢(shì)。北京科技大學(xué)的王成鐵等人選取銅礦中的粗礦樣品，分別采用自磨/半自磨-球磨機(jī)、高壓輥磨機(jī)-球磨機(jī)、高壓輥磨機(jī)-立磨機(jī)進(jìn)行磨礦試驗(yàn)，并進(jìn)行工藝流程建模和仿真，仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，高壓輥磨-球磨機(jī)工藝流程與高壓輥磨機(jī)-立磨機(jī)工藝流程都具有較高的能效，但高壓輥磨機(jī)-立磨機(jī)工藝流程具有更好的研磨細(xì)度。

圖6 高壓輥磨-立磨機(jī)工藝流程

高壓輥磨機(jī)與立磨機(jī)聯(lián)合碎磨工藝流程對(duì)節(jié)能降耗、成本優(yōu)化、簡(jiǎn)化流程、提高礦物回收率、降低尾礦品位等方面具有積極影響。當(dāng)前礦業(yè)面臨著從復(fù)雜金屬礦石中提取高純度金屬的問(wèn)題，高壓輥磨機(jī)與立磨機(jī)聯(lián)合碎磨工藝流程凸顯出巨大的潛力，有著廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

5 結(jié)語(yǔ)

高壓輥磨機(jī)與立磨機(jī)聯(lián)合碎磨工藝適應(yīng)性強(qiáng)、優(yōu)勢(shì)明顯，已經(jīng)成為選礦廠下一代碎磨工藝發(fā)展方向。目前來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)逐步認(rèn)識(shí)到立磨機(jī)作為二、三段細(xì)磨凸顯的優(yōu)勢(shì)。隨著高壓輥磨機(jī)漸漸取代傳統(tǒng)的破碎機(jī)作為碎礦設(shè)備以及國(guó)內(nèi)外部分選廠開(kāi)始采用立磨機(jī)取代球磨機(jī)作二、三段細(xì)磨，為進(jìn)一步采用高壓輥磨機(jī)和立磨機(jī)聯(lián)合碎磨工藝流程打下了良好的基礎(chǔ)。高壓輥磨與立磨機(jī)的聯(lián)合碎磨工藝目前尚在試驗(yàn)階段，需要在以下幾個(gè)方面進(jìn)一步深入研究分析。

(1) 從整體上看，高壓輥磨機(jī)與立磨機(jī)聯(lián)合粉磨工藝實(shí)際應(yīng)用較少，需要進(jìn)一步拓展應(yīng)用。由于不同礦物的作用效果不同，需要進(jìn)行充分的選礦試驗(yàn)工作，從而保證碎磨流程對(duì)礦石物料的有效粉磨，實(shí)現(xiàn)效率最大化。

(2) 合理的工藝設(shè)計(jì)是保證該流程高效運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程包括碎磨流程的確定、生產(chǎn)工藝的配置及設(shè)備選型等，諸多因素都需要充分考慮，進(jìn)一步挖掘其節(jié)能降耗的潛力

(3) 高壓輥磨機(jī)與立磨機(jī)聯(lián)合碎磨工藝流程的操作參數(shù)較多 (給排料粒度、工作壓力、破碎輥轉(zhuǎn)速、輥間隙、含水量等)，為了達(dá)到最佳性能，需要優(yōu)化其操作參數(shù)。考慮到實(shí)際生產(chǎn)中的問(wèn)題，需要調(diào)整高壓輥磨與立磨的粒級(jí)分配，從而達(dá)到更好的工藝效果。

高壓輥磨機(jī)和立磨機(jī)都是節(jié)能、高效碎磨設(shè)備，應(yīng)充分發(fā)揮各自技術(shù)特點(diǎn)、能力和優(yōu)勢(shì)，有效解決流程簡(jiǎn)化過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，使得兩種技術(shù)有效結(jié)合，形成獨(dú)特的礦山行業(yè)高效節(jié)能的先進(jìn)粉磨工藝技術(shù)，推動(dòng)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

免責(zé)聲明 |文章（視頻、圖片）版權(quán)歸原作者所有，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。如涉及版權(quán)問(wèn)題，請(qǐng)與礦山機(jī)械雜志聯(lián)系，我們將內(nèi)容刪除。