高壓輥磨技術(shù)在有色金屬礦山中的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景

李曉慢 馬英強(qiáng) 朱加乾 吳維新 朱素娟

(福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院)

高壓輥磨技術(shù)在有色金屬礦山中的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景

李曉慢 馬英強(qiáng) 朱加乾 吳維新 朱素娟

(福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院)

高壓輥磨機(jī)因破碎比大、作業(yè)率高、能耗低的優(yōu)點(diǎn)在金屬礦山獲得成功應(yīng)用。介紹了高壓輥磨機(jī)的應(yīng)用背景、結(jié)構(gòu)組成、粉碎原理、工作特點(diǎn)，總結(jié)了高壓輥磨技術(shù)在國內(nèi)外有色金屬礦山的應(yīng)用現(xiàn)狀，并歸納了高壓輥磨技術(shù)在階段選別中的應(yīng)用，探討了與風(fēng)力分級(jí)等其他技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合破碎、分級(jí)的情況，并預(yù)測了發(fā)展前景。

高壓輥磨機(jī) 有色金屬礦山 降本增效

面對(duì)當(dāng)前礦業(yè)形勢的低迷，如何最大限度地降低成本、提高生產(chǎn)效率成為金屬礦山企業(yè)亟待解決的問題。采用先進(jìn)、高效的生產(chǎn)設(shè)備代替原有陳舊設(shè)備，積極改造落后的工藝流程，是促進(jìn)礦山企業(yè)持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力。破碎和磨礦是整個(gè)選礦工藝流程中能耗和成本最高的工序，其生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本的高低關(guān)系著整個(gè)礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。高壓輥磨機(jī)因破碎比大、作業(yè)率高、能耗低等特點(diǎn)，近年來被引進(jìn)到黑色金屬礦山，在鐵礦石粉碎方面獲得了成功應(yīng)用。目前，高壓輥磨機(jī)逐漸得到有色金屬礦山企業(yè)的關(guān)注和肯定，并在有色礦山節(jié)能降耗、優(yōu)化選別指標(biāo)上發(fā)揮著顯著作用。論文對(duì)高壓輥磨機(jī)在國內(nèi)外有色金屬礦山的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)，并分析其應(yīng)用前景，以促進(jìn)高壓輥磨機(jī)在粉碎領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

1 高壓輥磨技術(shù)

高壓輥磨技術(shù)與其他粉碎技術(shù)最大的不同點(diǎn)在于其粉碎原理為料層粉碎，即物料是作為一層或一個(gè)料床被粉碎，而不是在兩輥?zhàn)拥墓ぷ髅嫔系膯蝹€(gè)顆粒的破碎和粉磨。在穩(wěn)定連續(xù)的高壓作用下物料形成多層聚集的物料群，顆粒間很強(qiáng)的作用力使顆粒相互擠壓導(dǎo)致碎裂或劈開，并產(chǎn)生裂紋，有利于下一工序的破碎或磨礦。

德國的Kschonert教授在20世紀(jì)70年代末設(shè)計(jì)出了高壓輥磨機(jī)，結(jié)構(gòu)核心部分是兩個(gè)直徑和長度均相等的輥?zhàn)?，工作原理見圖1。

動(dòng)輥在左側(cè)的液壓缸調(diào)控作用下轉(zhuǎn)動(dòng)并前后移動(dòng)，向物料施壓；定輥固定前后位置，轉(zhuǎn)動(dòng)方向與動(dòng)輥相反；物料經(jīng)給料裝置進(jìn)入兩輥間隙中，顆粒隨輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)下移，間隙不斷減小，料層逐漸密實(shí)，內(nèi)應(yīng)力迅速上升，致使物料破碎成裂紋很多的餅狀小塊排出機(jī)外[1]。

圖1 高壓輥磨機(jī)的工作原理

澳大利亞昆士蘭大學(xué)對(duì)不同種類、相同粒度大小的給料分別進(jìn)行直接球磨和高壓輥磨-球磨試驗(yàn)，比較兩種磨礦方式的能耗與最終產(chǎn)品細(xì)度，見表1。

表1 不同巖石兩種粉磨方式對(duì)比

由表1可知，在磨礦細(xì)度-0.15 mm含量略優(yōu)于單獨(dú)球磨的情況下，輥壓-球磨顯著降低了能耗，最高節(jié)能84.3%。說明高壓輥磨技術(shù)在降低能耗方面具有顯著效果。另外，高壓輥磨機(jī)因破碎比大，可降低入磨粒度，增加磨機(jī)處理量，降低能耗、鋼耗。

高壓輥磨后的礦石有大量的微裂紋，使后續(xù)的磨礦變得容易。侯英[2]等對(duì)邦鋪鉬銅礦石高壓輥磨后物料的特性進(jìn)行分析。與常規(guī)破碎產(chǎn)品相比，高壓輥磨產(chǎn)品的Bond球磨功指數(shù)低、微裂紋更多，0.9～3.2 mm粒級(jí)的高壓輥磨產(chǎn)品表面的微裂紋十分明顯。礦石破碎多發(fā)生在有用礦物和脈石礦物的解理面上，可暴露出更多的有用礦物單體，有利于提高礦物的選別或浸出效果。

謝洪珍[3]等在進(jìn)行金的柱浸對(duì)比試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，礦石經(jīng)高壓輥磨破碎后，金的浸出率較常規(guī)破碎產(chǎn)品有很大提高，三種樣品金的浸出率分別從65.15%、52.74%和76.05%提高至77.27%、85.71%和87.46%。

2 高壓輥磨技術(shù)在有色金屬礦山應(yīng)用現(xiàn)狀

1985年Ktnpp Polgsnts公司生產(chǎn)出第一臺(tái)高壓輥磨機(jī)。20世紀(jì)90年代美國、澳大利亞等國開始在有色金屬礦山進(jìn)行高壓輥磨機(jī)的工業(yè)試驗(yàn)和生產(chǎn)應(yīng)用。但早期安裝使用的試驗(yàn)性高壓輥磨機(jī)均遇到輥面磨損過于嚴(yán)重的問題。隨著輥面磨損問題逐漸得到克服和解決，近年來高壓輥磨機(jī)在國內(nèi)外有色金屬礦山，尤其是在銅、鉬、金、鋁等礦石的破碎領(lǐng)域的應(yīng)用取得了重大突破。

2.1 高壓輥磨機(jī)在國外有色金屬礦山中的應(yīng)用

美國Cyprus Sierrita銅礦于1995年安裝并投產(chǎn)了當(dāng)時(shí)世界上最大的高壓輥磨機(jī)，用于第3段破碎機(jī)平行作業(yè)，處理量達(dá)1 600 t /h，最終粉碎效果和浮選指標(biāo)均較好[4-5]。后因輥面磨損嚴(yán)重而停用。該應(yīng)用雖然暴露出高壓輥磨機(jī)輥面結(jié)構(gòu)以及操作維護(hù)上的不足，但加快了設(shè)備改造以及相關(guān)技術(shù)條件的優(yōu)化，推動(dòng)了高壓輥磨機(jī)在銅礦石粉碎方面的發(fā)展。

目前越來越多的銅礦山采用高壓輥磨機(jī)作為細(xì)碎設(shè)備并投入生產(chǎn)，如哈薩克斯坦Kasachsmys銅礦、西澳Spinifex Ridge鉬銅礦、加拿大Morrison銅金礦等。

印度尼西亞的PT Freeport銅金礦在傳統(tǒng)球磨回路前新增了一臺(tái)高壓輥磨機(jī)作為超細(xì)碎。生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)果表明，在磨礦產(chǎn)品細(xì)度相同的情況下，使用高壓輥磨機(jī)可使球磨機(jī)磨礦能力提高21%，生產(chǎn)中高壓輥磨機(jī)輥面磨損率低，工作壽命超過18 500 h。

黃金礦山對(duì)應(yīng)用高壓輥磨機(jī)進(jìn)行破碎的試驗(yàn)研究也是從第3段破碎開始的，其中最具代表性的是澳大利亞的KCGM半工業(yè)試驗(yàn)。高壓輥磨機(jī)給礦粒度-50 mm，分料器將排礦產(chǎn)物分為兩部分：沒有經(jīng)過高壓輥磨的粗粒產(chǎn)物和通過輥隙的中部產(chǎn)物。緊接著對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行篩分、浮選和浸出等試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，盡管高壓輥磨機(jī)破碎產(chǎn)物在氰化浸出和浮選工藝上沒有明顯優(yōu)勢，但與常規(guī)破碎相比，礦石經(jīng)過高壓輥磨機(jī)破碎后，球磨功指數(shù)顯著降低，降幅可達(dá)17%。

俄羅斯的Zapadnoye黃金礦山于2003年首先將高壓輥磨機(jī)成功地應(yīng)用于第3段破碎。該臺(tái)高壓輥磨機(jī)輥徑1 000 mm，輥寬900 mm，給礦粒度-20 mm，驅(qū)動(dòng)功率2×400 kW，柱釘輥面的工作壽命為 8 800 h。與篩孔直徑為1.4 mm的高頻細(xì)篩組成閉合回路，采用濕式篩分，無需打散工藝，但篩上物料返回破碎機(jī)前要經(jīng)過脫水操作。篩下產(chǎn)物作為球磨機(jī)給料，進(jìn)一步減小粒度后進(jìn)入重選回路，最終獲得良好的選礦指標(biāo)。

澳大利亞維多利亞州的Bendigo金礦成功利用高壓輥磨機(jī)進(jìn)行階段選別。礦石經(jīng)高壓輥磨機(jī)破碎后其中部分金解離，經(jīng)過濕式篩分后-4 mm粒級(jí)產(chǎn)物直接進(jìn)入重選回路，得到高品位的含金精礦；重選尾礦中細(xì)粒金部分，經(jīng)磨礦充分解離后，采用重選、浮選或氰化浸出進(jìn)一步回收。Bendigo金礦石利用高壓輥磨機(jī)進(jìn)行預(yù)選有效避免了礦石中的大量粗粒金因過磨而造成金流失。

應(yīng)用實(shí)踐結(jié)果表明，因礦石性質(zhì)不同，高壓輥磨機(jī)在選礦流程中的作用也將趨向于多樣化，不再局限于細(xì)碎或超細(xì)碎。

2.2 國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

高壓輥磨技術(shù)在國內(nèi)起步較晚，但發(fā)展很快，目前我國有色金屬礦山已引進(jìn)高壓輥磨機(jī)約50臺(tái)。

陜西金堆城鉬業(yè)公司首先引進(jìn)高壓輥磨機(jī)并成功應(yīng)用[6]。該公司選用魁珀恩公司制造的RP14-1400型高壓輥磨機(jī)進(jìn)行超細(xì)碎作業(yè)，即在原有三段一閉路破碎流程基礎(chǔ)上增加一段開路破碎，設(shè)計(jì)的最大處理能力為556 t/h，可將磨礦給礦粒度從-25 mm降至-8 mm左右。流程改造后，產(chǎn)能提高15%，有用礦物解離效果良好，改善了分選條件，提高了鉬回收率。

云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司采用安徽天源科技股份有限公司生產(chǎn)的GM100/30型高壓輥磨機(jī)，用于原兩段一閉路破碎的工藝流程改造，在2010年正式投產(chǎn)使用[7]。保留第一段破碎的顎式破碎機(jī)，新增一臺(tái)自定中心振動(dòng)篩對(duì)原圓錐破碎機(jī)給料進(jìn)行篩分，篩下產(chǎn)物進(jìn)入高壓輥磨機(jī)，篩上產(chǎn)物進(jìn)入圓錐破碎機(jī)，兩種破碎產(chǎn)品一起進(jìn)入檢查篩分作業(yè)。高壓輥磨機(jī)將磨礦給礦粒度由-15 mm降至-10 mm，選礦處理量提高30%以上。高壓輥磨機(jī)投產(chǎn)2個(gè)月，便收回投資224萬元，創(chuàng)造利潤達(dá)2 128.02萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

三山島金礦在三段一閉路破碎流程中細(xì)碎階段應(yīng)用高壓輥磨機(jī)以替代原使用的兩臺(tái)HP500型圓錐破碎機(jī)。為保證產(chǎn)品粒度，返回高壓輥磨機(jī)邊料。應(yīng)用實(shí)踐結(jié)果表明。相比圓錐破碎機(jī)，高壓輥磨機(jī)處理能力更大，能耗更低，操作維修人員更少，投資和成本更省[8]。

山東鋁業(yè)公司原來兩段一閉路破碎流程產(chǎn)品粒度-24.5 mm，新增一臺(tái)RPV100-63型高壓輥磨機(jī)進(jìn)行開路破碎后，磨礦給礦粒度降低至-9.5 mm，磨機(jī)生產(chǎn)能力提高36.23%，電耗降低26.60%，實(shí)現(xiàn)了多碎少磨、擴(kuò)能降耗的流程改造目標(biāo)。由于給料中-9.5 mm粒級(jí)含量高達(dá)44.44%～60.94%，因此在高壓輥磨機(jī)入磨前進(jìn)行預(yù)先篩分，將合格粒級(jí)的顆粒篩出直接進(jìn)入球磨，避免過磨并降低能耗，提高高壓輥磨機(jī)生產(chǎn)能力[9]。

武平紫金礦業(yè)公司使用成都利君公司CLM25/10半工業(yè)高壓輥磨機(jī)對(duì)銅銀礦石進(jìn)行一系列試驗(yàn)研究。張千新[10]等發(fā)現(xiàn)高壓輥磨產(chǎn)品粒度比常規(guī)破碎產(chǎn)品更小，-0.074 mm細(xì)粒級(jí)含量約高10個(gè)百分點(diǎn)，并大大減小了球磨機(jī)負(fù)荷，增加球磨效率。最終武平紫金礦業(yè)公司引進(jìn)了一臺(tái)CLM75/70型高壓輥磨機(jī)用于工業(yè)生產(chǎn)。

3 高壓輥磨技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用前景

高壓輥磨機(jī)在有色金屬礦山的應(yīng)用在探索中曲折前進(jìn)，成功實(shí)踐的報(bào)道比較多見。隨著技術(shù)水平的不斷提升及礦山企業(yè)對(duì)于成本控制的要求，高壓輥磨機(jī)將逐漸在礦山企業(yè)碎磨流程中發(fā)揮越來越重要的作用。

3.1 階段選別

目前高壓輥磨機(jī)在有色金屬礦山中多用于第三段破碎和超細(xì)碎。高壓輥磨機(jī)開路破碎產(chǎn)品可直接進(jìn)入球磨機(jī)，也可半開路破碎將邊料返回，或者采用打散+干篩或濕篩實(shí)現(xiàn)閉路破碎。

朱菱[11]等提出了一種不需要打散輥磨礦餅狀產(chǎn)品又可以控制產(chǎn)品粒級(jí)的新工藝流程。高壓輥磨產(chǎn)品排出后經(jīng)雙層振動(dòng)篩被分為三部分，中間粒級(jí)是沒有經(jīng)過輥壓的粗顆粒礦物，返回輥壓機(jī)實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)；篩上和篩下產(chǎn)物分別是礦餅和礦粉，直接進(jìn)入球磨機(jī)。該工藝流程實(shí)現(xiàn)了所有未經(jīng)輥壓的粗顆粒物料的全部循環(huán)，克服了半開路破碎流程粗細(xì)不均的缺點(diǎn)，避免了閉路破碎的打散工藝和濕篩操作。既提高了破碎效率，又簡化了流程。

選礦界已普遍認(rèn)識(shí)到高壓輥磨機(jī)對(duì)細(xì)碎和超細(xì)碎的強(qiáng)化作用，利用高壓輥磨技術(shù)進(jìn)行階段選別是新的發(fā)展方向。由于高壓輥磨產(chǎn)品具有一定的解離度和較多的斷裂面，可直接進(jìn)行分選作業(yè)，實(shí)現(xiàn)“能收早收、能拋早拋”，既可以降低磨礦負(fù)荷又能減少過磨現(xiàn)象，如澳大利亞維多利亞州Bendigo金礦。針對(duì)高壓輥磨技術(shù)在金礦破碎中的應(yīng)用特點(diǎn)，有研究者提出將輥磨產(chǎn)品按粒度分為兩種，粗粒部分直接進(jìn)行堆浸，細(xì)粒粉狀物則經(jīng)過球磨后進(jìn)入浮選系統(tǒng)。

3.2 高壓輥終粉磨

高壓輥終粉磨是對(duì)高壓輥磨機(jī)在碎磨流程應(yīng)用的最新探索，集高壓輥粉磨和風(fēng)力分級(jí)等技術(shù)于一體，可以取代傳統(tǒng)的濕式球磨系統(tǒng)。目前在水泥行業(yè)已成功應(yīng)用，系統(tǒng)工藝設(shè)備聯(lián)系見圖2。高壓輥磨機(jī)負(fù)責(zé)物料破碎，V型選粉機(jī)對(duì)排礦產(chǎn)物和生料進(jìn)行初次分級(jí)，粗顆粒從底部錐形排料斗返回輥壓機(jī)再碎，細(xì)顆粒隨上升氣流進(jìn)入動(dòng)態(tài)選粉機(jī)二次分級(jí)[12-13]。

Alex Jankovic[14]等對(duì)高壓輥磨機(jī)+風(fēng)力分級(jí)與高壓輥磨機(jī)+濕式球磨機(jī)兩種粉磨方式進(jìn)行對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)處理每噸礦石，高壓輥終粉磨總能耗比后者減少29.5%，最終產(chǎn)品粒度為-50 μm，比后者產(chǎn)品-57 μm更細(xì)。高壓輥終粉磨技術(shù)作為干法粉磨技術(shù)的一種，它不僅在節(jié)能降耗方面具有顯著優(yōu)勢，還可減少礦物與水的相互作用時(shí)難免離子的產(chǎn)生，優(yōu)化浮選礦漿環(huán)境，進(jìn)而提高浮選指標(biāo)，因而具有很大的應(yīng)用前景。

圖2 水泥生料高壓輥終粉磨系統(tǒng)工藝設(shè)備聯(lián)系

4 結(jié) 語

(1)有色金屬礦山企業(yè)引入高壓輥磨機(jī)的最初目的是多碎少磨，盡量將球磨機(jī)磨礦降低物料粒度的任務(wù)分配給高壓輥磨機(jī)，降低磨礦作業(yè)的能耗與鋼耗。高壓輥磨機(jī)在國內(nèi)外有色金屬礦山的應(yīng)用實(shí)例結(jié)果表明，隨著高壓輥磨機(jī)承擔(dān)降低物料粒度作用的增加，流程整體能耗降低更加明顯。

(2)高壓輥磨機(jī)實(shí)際生產(chǎn)過程中也暴露出輥面磨損過快、濕篩返砂含水量過高、打散工藝能耗高等缺點(diǎn)，因此輥面結(jié)構(gòu)改造與使用壽命提高、高壓輥磨作業(yè)流程尤其是礦餅產(chǎn)品的打散等工藝優(yōu)化是今后研究工作的重點(diǎn)和方向；高壓輥磨產(chǎn)品微裂紋對(duì)后續(xù)選別和浸出的影響有待進(jìn)一步研究。

(3)高壓輥終粉磨技術(shù)能最大限度地發(fā)揮輥磨技術(shù)在節(jié)能降耗和優(yōu)化選礦指標(biāo)方面的作用，為有色金屬礦山企業(yè)提高產(chǎn)能、節(jié)約成本指明方向。

[1] 魏盛遠(yuǎn), 張 慧, 陳玉平.高壓輥磨機(jī)在國內(nèi)外金屬礦山的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè),2013,29(6):5-8.

[2] 候 英,丁亞卓,印萬忠.邦鋪鉬銅礦石高壓輥磨后物料的特性[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2013,44(12):4781-4786.

[3] 謝洪珍,胡杰華,陰 菡.高壓輥磨對(duì)礦石中金浸出影響試驗(yàn)研究[J].黃金科學(xué)技術(shù),2013,21(5)：145-148.

[4] Thompsen L, Patzelt N, Knecht J, et al. High pressure grinding for copper at Cyprus Sierrita[J].Mining Engineering,1996,9(6): 23-26.

[5] Patzelt N, Knecht J, Baum W. The metallurgical potential of high pressure roll grinding[C]∥Proceedings of 20th International Mineral Processing Congress: Volume 2 Claushtal-Zellerfeld: GDMB,1997:155-164.

[6] 李九洲,王金瑋, 康建雄.高壓輥磨機(jī)在金堆城鉬礦的應(yīng)用試驗(yàn)[J]. 現(xiàn)代礦業(yè), 2011,27(2):95-96,110.

[7] 莫 峰,陳華萍, 吉燦榮.高壓輥磨機(jī)在有色多金屬礦的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè),2012,28(6):107-109.

[8] 及亞娜,劉 威, 仵曉丹.高壓輥磨機(jī)在金屬礦山的應(yīng)用[J].有色金屬工程, 2013,1(1):58-62.

[9] 吳建明.輥壓機(jī)在鋁土礦粉碎中的應(yīng)用[J].有色金屬：選礦部分, 2002,1(2)：31-35.

[10] 張千新,印萬忠.武平銅銀礦石高壓輥碎磨-分選試驗(yàn)研究[J].礦山機(jī)械, 2013,41(10):84-89.

[11] 朱 菱,李從德, 宋曉剛.高壓輥磨機(jī)新型應(yīng)用工藝流程[J].現(xiàn)代礦業(yè), 2011, 27(2):97-99.

[12] 張傳行,高開渠, 梁廣勤, 等.5 500 t/d生產(chǎn)線輥壓機(jī)生料終粉磨系統(tǒng)和兩檔短窯操作經(jīng)驗(yàn)[J].水泥, 2013, 26(2):14-16.

[13] 蘭建文,金維興,王 俊.CLF200-160輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)的性能優(yōu)勢及實(shí)證研究[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版, 2012,44(4):597-604.

[14] Alex Jankovic, Steve Suthers, Thomas Wills, et al. Evaluation of dry grinding using HPGR in closed circuit with an air classifier[J].Minerals Engineering, 2015,71(18):133-138.

2015-08-10)

李曉慢(1992—)，女，350108 福建省福州市福州地區(qū)大學(xué)新區(qū)學(xué)園路2號(hào)。