礦山碎磨設(shè)備節(jié)能降耗現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

王　琴　祖大磊　張廣偉　譚文才

(1.中信重工工程技術(shù)有限責(zé)任公司；2.中信重工機械股份有限公司礦山重型裝備國家重點實驗室)

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礦山碎磨設(shè)備節(jié)能降耗現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

王琴1,2祖大磊1,2張廣偉1,2譚文才1,2

(1.中信重工工程技術(shù)有限責(zé)任公司；2.中信重工機械股份有限公司礦山重型裝備國家重點實驗室)

破碎、磨礦的節(jié)能降耗是選礦廠降低能耗提高效益的有效途徑。闡述了顎式破碎機、高壓輥磨機、柱磨機、圓錐破碎機、攪拌磨機、振動磨、離心磨等高效碎磨設(shè)備的研究進(jìn)展，以及設(shè)備大型化對選廠節(jié)能降耗的意義，指出新型高效碎磨設(shè)備、碎磨工藝及理論研究將是今后發(fā)展方向。

礦物加工破碎磨礦節(jié)能降耗

礦物加工領(lǐng)域中破碎、磨礦能耗約占選礦工藝總能耗的40%～60%，大型選礦廠用于碎磨作業(yè)的成本通常占選礦總成本的50%以上，世界能源的10%以上都消耗在破碎和磨礦作業(yè)中[1]。目前全球礦業(yè)形勢低迷，破碎、磨礦的節(jié)能降耗是選礦廠降低能耗、提高效益的有效途徑[2]。本文通過對現(xiàn)有破碎、磨礦設(shè)備的考察調(diào)研，闡述了高效破碎、磨礦設(shè)備在礦物加工領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀以及碎磨設(shè)備大型化的趨勢。

1　破碎設(shè)備

1.1顎式破碎機

德國Krupp公司研制的高轉(zhuǎn)速沖擊顎式破碎機[3]借助帶有彈簧的動顎板與定顎板之間的高速沖擊和壓碎作用破碎礦石；排料口不易堵塞，動顎運動速度增加，加大了沖擊破碎作用，破碎機的處理量較同規(guī)格傳統(tǒng)破碎機提高了50%～100%。

北京礦冶研究總院研發(fā)的外動顎破碎機的動顎與連桿分離[3]，使動顎的運動特性不再受連桿的約束，設(shè)備外形低矮，產(chǎn)品破碎比大。與傳統(tǒng)復(fù)擺顎式破碎機相比，規(guī)格相同時處理量可以提高20%，能耗降低15%～30%。使用該設(shè)備可以簡化破碎流程，且廠房投資降低。

1.2高壓輥磨機

德國在20世紀(jì)80年代研制出了高壓輥磨機，其具有生產(chǎn)能力高、破碎比大、能量有效利用率高等特點[2-4]。高壓輥磨機主要由機架、工作裝置、傳動裝置、給料裝置、施壓裝置等組成。高壓輥磨機兩個輥子單獨驅(qū)動，輥面壓力一般為1.0～4.5N/mm2。輥面線速度由給料粒度、含水率及其粉磨特性決定，實際應(yīng)用中，輥面線速度一般取1.0～2.0m/s。給料最大粒度不應(yīng)大于兩個輥子之間的最小間隙，實際應(yīng)用時給料粒度多小于60mm。

智利CNH公司的洛斯科羅拉多斯(LosColorados)選廠[5-6]用輥徑1 700mm、輥寬1 800mm、驅(qū)動電機功率2×1 850kW、最大處理量2 000t/h的高壓輥磨機作為細(xì)碎設(shè)備，實際處理量為 1 600t/h、比能耗約1.1kWh/t、循環(huán)負(fù)荷約30%。高壓輥磨機應(yīng)用后后續(xù)球團廠球磨機處理量較原工藝可提高27%～44%。

謝敏雄等考察了德國KHD公司的φ1.4m×1.1m高壓輥磨機在山東黃金礦業(yè)新立選廠的應(yīng)用效果[7]。新立選礦廠礦石以硫化礦為主，中等硬度，普氏系數(shù)f=10～14，采用高壓輥磨機作為細(xì)碎設(shè)備，后續(xù)球磨機的單位能耗由13.0kWh/t降到了8.9kWh/t，磨機處理量較采用常規(guī)破碎設(shè)備進(jìn)行破碎作業(yè)時提高了20%～30%。

陜西金堆城鉬業(yè)百花嶺選廠處理量為1萬t/d，是國內(nèi)首家將高壓輥磨機應(yīng)用于有色礦山選廠的企業(yè)，該選廠碎磨作業(yè)采用三段一閉路—高壓輥磨破碎—球磨流程，高壓輥磨作業(yè)選用的是德國魁伯恩公司的GM1.5m×1.0m高壓輥磨機，裝機功率2×750kW。采用高壓輥磨機后，破碎最終產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生的微裂紋增多，球磨機的磨礦功指數(shù)較原工藝降低了約10%，因此采用高壓輥磨機有利于礦物在磨礦時的單體解離。

1.3柱磨機

柱磨機[8]屬立式磨，該設(shè)備利用中速中壓和反復(fù)輥壓的料層粉碎原理；機器上部的減速箱驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，從而使輥輪在環(huán)錐形內(nèi)襯中轉(zhuǎn)動(輥襯之間間隙可調(diào))。物料從上部進(jìn)入，依靠自重和上部推料作用在環(huán)錐形內(nèi)襯中形成料層，料層受到輥輪的反復(fù)擠壓而破碎，破碎后產(chǎn)品從磨機下部自動排出。超低品位貧鐵礦石采用柱磨機超細(xì)碎進(jìn)行預(yù)選可以提高生產(chǎn)能力、降低能耗、降低生產(chǎn)成本。遼寧阜新鐵礦石[9]經(jīng)ZMJ900A型柱磨機超細(xì)碎至5mm，采用DCφ400mm×300mm濕式弱磁選機對超細(xì)碎產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)選拋尾，在原礦鐵品位為9.56%時，磁選粗精礦鐵品位可以提高到27.74%，鐵回收率為25.52%。

1.4慣性圓錐破碎機

與傳統(tǒng)破碎設(shè)備相比，慣性圓錐破碎機具有破碎比大，產(chǎn)品粒度可調(diào)等優(yōu)點[10]；商洛某鎢礦破碎作業(yè)采用兩段開路流程，原礦最大粒度是200mm，經(jīng)篩孔尺寸為10mm的振動篩預(yù)先篩分后，篩上物料返回到GYP-600慣性圓錐破碎機進(jìn)行破碎，極大地減輕了磨礦作業(yè)的負(fù)荷。

2　磨礦設(shè)備

隨著易選冶礦產(chǎn)資源的消耗和人工成本的增加，人們開始關(guān)注微細(xì)粒嵌布礦石的分選，而實現(xiàn)分選的前提是礦物單體解離，因此，高效磨礦設(shè)備成為礦業(yè)研究的重點[11]。

2.1攪拌磨

1948年攪拌磨機問世。近年來，攪拌磨技術(shù)日益成熟，攪拌磨機得到廣泛應(yīng)用。攪拌磨機主要由筒體、攪拌裝置、傳動裝置和機架構(gòu)成，通過攪拌軸旋轉(zhuǎn)攪動筒體內(nèi)磨礦介質(zhì)和物料，使介質(zhì)和物料在筒體內(nèi)作多維循環(huán)運動及自轉(zhuǎn)運動的同時相互碰撞實現(xiàn)對物料的粉碎[12]。

鞍鋼齊大山選礦廠浮選尾礦回收赤鐵礦工藝要求細(xì)磨產(chǎn)品粒度-0.045mm含量占90%以上 (-0.038mm含量占83%以上)，采用普通球磨機磨礦時生產(chǎn)能力低、運行成本高，磨礦產(chǎn)品只能達(dá)到-0.084mm占80%，改用立式攪拌磨機后，產(chǎn)品粒度可達(dá)-0.038mm占90%以上，且比普通球磨機節(jié)能50%以上[13]。

德興銅礦的銅鉬混合粗精礦再磨作業(yè)采用JM-1000型立式螺旋攪拌磨代替普通球磨機后，生產(chǎn)精礦鉬品位可達(dá)47%，鉬綜合回收率在74%左右，精礦指標(biāo)相比于改造前有了大幅提高，并降低了鉬精礦中的銅含量[14]。

艾莎磨機在澳大利亞最大的黃金礦山被用于將金精礦細(xì)磨到10μm以下，細(xì)磨產(chǎn)品直接進(jìn)行氰化浸出，該技術(shù)在黃金礦山工業(yè)的成功應(yīng)用，替代了原污染嚴(yán)重、運行費用高的高溫焙燒爐工藝，對環(huán)境保護和節(jié)能降耗均具有實際意義[15]。

南非英美鉑金公司用M10000艾莎磨機處理球磨機的產(chǎn)品[16]，在給礦粒度F80=75μm時，產(chǎn)品粒度P80=53μm，磨礦比功耗為9kWh/t，介質(zhì)最大尺寸為3.5mm；如果采用傳統(tǒng)的球磨機閉路流程磨礦，球磨機需要8MW的裝機功率，而1臺M10000艾莎磨機的裝機功率(2.6MW)僅為傳統(tǒng)球磨機裝機功率的32%。

2.2振動磨

振動磨[17]的粉磨作用主要是靠介質(zhì)在做高頻振動的筒體內(nèi)對物料進(jìn)行劇烈沖擊和摩擦等作用使物料迅速粉碎。65%～80%的充填率和103～157Hz的振幅，使得該種設(shè)備兼有沖擊破碎和研磨粉碎的作用，因此其具有單位容積生產(chǎn)率大、高效節(jié)能、節(jié)省空間等優(yōu)點。MGZ-1型高幅振動磨[18]振幅高達(dá)15mm，其處理能力比同規(guī)格的Palla型振動磨高出30～40倍，功耗降低約30%。

2.3離心磨

離心磨的運行狀態(tài)和振動磨機相似，是介于行星式磨機和振動磨之間的一種新型磨礦設(shè)備[19]。該機借助離心加速度來提高鋼球的磨碎力而進(jìn)行磨礦，離心加速度為重力加速度的10～15倍。離心磨不受臨界轉(zhuǎn)速的限制，這樣使得功率和磨機體積減小，而磨礦效率顯著提高。

武漢工業(yè)大學(xué)俞良中[20]研究開發(fā)的立軸錐盤離心磨機(又叫旋流態(tài)離心自磨機)是一種新型散體流態(tài)運動自粉碎設(shè)備，最大的優(yōu)點是磨機給料可以是未經(jīng)中、細(xì)碎的礦石，礦石在磨機中受到?jīng)_擊粉碎、交變脈動剪切疲勞粉碎和磨削粉碎3種粉碎方式，1次粉碎作業(yè)甚至可產(chǎn)生平均粒徑為10μm的超細(xì)粒級，采用該設(shè)備可以簡化和縮短工藝流程，能耗相對較低。

2.4中心傳動球磨機

衡陽有色冶金機械廠制造的中心傳動球磨機采用中心傳動方式[21]，電機、減速機以及傳動系統(tǒng)和筒體在同一軸線上，采用圓柱滾子軸承，摩擦阻力和靜阻力矩減小，裝機功率較普通球磨機??；甘肅隴南福利選礦廠使用的φ1 500mm×3 000mmQSZ型中心傳動球磨機與附近青羊峽選廠φ1 500mm× 3 000mm普通格子型球磨機相比，溢流細(xì)度 (-74μm)增加了11個百分點，處理單位礦石電耗降低32.51%，節(jié)能效果較好。

2.5靜動壓力軸承球磨機

靜動壓力軸承球磨機啟動時采用高壓液壓系統(tǒng)潤滑，磨機中空軸潤滑狀態(tài)良好，減小了摩擦阻力；氣動離合器分段啟動電機軸和小齒輪軸，啟動電流和功率降低。青海錫鐵山鋁鋅礦選廠[21]采用φ2.8m×3.6mQSG型靜動壓力軸承球磨機，與同類型普通球磨機相比，選廠磨礦產(chǎn)能提高7%～10%，處理單位礦石能耗降低15%～20%。

2.6錐形球磨機

錐形球磨機[22]特有的錐形結(jié)構(gòu)將介質(zhì)自然分離，大球位于給料端,小球位于排料端，排料端物料與磨礦介質(zhì)接觸面積增加，便于細(xì)磨。該種磨機相當(dāng)于在筒體內(nèi)安裝有永久性分級機，不會產(chǎn)生過磨，增加了能量利用率，節(jié)能顯著。外形似球的錐形球磨機，與普通球磨機相比，在同樣表面積的情況下，不僅增加了有效容積，還增加了工作表面積，因此驅(qū)動功率降低，設(shè)備重量減輕，與同規(guī)格普通磨機相比可節(jié)能20%。

3　碎磨設(shè)備大型化

大型礦山的開發(fā)以及礦山企業(yè)降低生產(chǎn)成本的要求迫切需要大型化的礦山碎磨設(shè)備。MorrellS等研究發(fā)現(xiàn)[23]，與小直徑球磨機相比，直徑在6.7m以上的大型球磨機單位處理能力電耗降低22.7%，鋼球消耗降低14%。弓長嶺選礦廠[24]一段磨礦采用φ5.03m×6.7m溢流型球磨機，二段磨礦采用φ4.0m×7.5m球磨機取代原來的φ2.7m×3.6m球磨機，一段磨礦產(chǎn)品-74μm含量55%，二段磨礦產(chǎn)品-74μm含量達(dá)85%，分別較改造前的一、二段磨礦產(chǎn)品-74μm含量提高了15和17.5個百分點。

目前世界上最大的旋回破碎機為Sandvik公司制造的規(guī)格為65～119英寸(給礦口1 650mm)的旋回破碎機，其次為Krupp公司生產(chǎn)的KB63×114型旋回破碎機[25]，裝機功率1 200kW，1996—1997年Krupp公司為印尼自由港銅礦提供了2臺KB63×114型破碎機。國內(nèi)自行設(shè)計制造的最大規(guī)格旋回破碎機[26]是由中信重工機械股份有限公司設(shè)計制造的PXZ-152/287型旋回破碎機，裝機功率1 200kW，處理量達(dá)5 100～8 000t/h。目前世界上最大的半自磨機規(guī)格為φ12.19m×7.92m，裝機功率28MW，于2013年在中鋁秘魯某銅礦投產(chǎn)?，F(xiàn)場應(yīng)用最大規(guī)格的自磨機是由中信重工機械股份有限公司為中信泰富澳大利亞的Sino鐵礦制造的φ12.2m×10.97m自磨機，裝機功率28MW。最大規(guī)格的干式球磨機[27]規(guī)格是φ6.2m×25.5m，裝機功率11.2MW。

礦山規(guī)?；a(chǎn)是降低礦山生產(chǎn)成本的關(guān)鍵也是發(fā)展趨勢，大型化碎磨設(shè)備既有利于加快新建選廠的建設(shè)速度，提高設(shè)備的處理效率，減少基建成本，還可減少上下管道、電纜等附屬設(shè)備的投資。同時選廠系列少，自控設(shè)備相應(yīng)變少，更有利于選廠的自動化控制。碎磨設(shè)備的大型化既提高了單臺設(shè)備的處理量，更符合節(jié)能降耗的基本國策要求。

4　展　望

研究開發(fā)高效、節(jié)能的新型破碎粉磨設(shè)備，探索礦物加工高效碎磨工藝和技術(shù)，逐步淘汰能耗高、效率低的碎磨設(shè)備將是選礦業(yè)今后發(fā)展的方向。積極推廣磁性襯板、耐磨介質(zhì)等新型材料的應(yīng)用，提高球磨機襯板、磨礦介質(zhì)等易損、易耗件的壽命對降低磨機運行成本具有重要意義。

[1]占鵬飛.預(yù)磨機碎磨機理分析及能耗實驗研究[D].贛州：江西理工大學(xué)，2013.

[2]吳建明.更強、更細(xì)、更省—粉碎工程技術(shù)的新進(jìn)展[J].有色金屬：選礦部分，2011(增)：1-17.

[3]趙昱東.金屬礦山破碎和磨礦設(shè)備的進(jìn)展[J].礦業(yè)快報，2008(12)：23-26.

[4]李仕亮，杜玉艷.高壓輥磨機及其在選礦碎磨工藝中應(yīng)用的進(jìn)展[J].有色金屬：選礦部分，2011(增)：96-99.

[5]WestermeyerCP，CordesH.OperatingexperiencewitharollerpressattheLosColoradosironoredressingplantinChile[J].MineralProcessing，2004，41(11)：497-505.

[6]VanderMeerFP，MatthiesE，GallardoCP,etal.SuccessandreliabilityofHPGRcrushingatCompanniaMineraHuascoinChile[C].ProceedingsofProcemin2009.Santiago：Gecamin，2009：191-201.

[7]謝敏雄，王寶勝，郭遙.高壓輥磨機與大型球磨機聯(lián)合粉磨工藝性能匹配研究[J].黃金，2015(11)：44-50.

[8]郝志剛，徐毅茹，劉靖.柱磨機在鐵礦選礦工藝中的應(yīng)用研究[J].金屬礦山，2006(增)：306-309.

[9]郝志剛，徐毅茹，劉靖.柱磨機在極貧和低品位鐵礦預(yù)選中的應(yīng)用研究[J].金屬礦山，2008(增)：110-114.

[10]唐威.利用慣性圓錐破碎機降低入磨粒度的研究[J].有色金屬：選礦部分，2011(增)：103-105.

[11]盧世杰，孫小旭. 大型立式螺旋攪拌磨機應(yīng)用現(xiàn)狀[J].銅業(yè)工程，2014(2)：38-42.

[12]張國旺，李自強，趙湘，等．大型立式螺旋攪拌磨礦機的研制及其在礦業(yè)工程中的應(yīng)用[J]．中國礦業(yè)，2009(7)：302-307.

[13]楊曉峰，陳景明. 回收赤鐵礦尾礦工藝中合適的磨礦細(xì)度及設(shè)備研究[J]．礦業(yè)工程，2013，11(6)：65-67.

[14]鄭描，羅冶.銅鉬分選改造中新工藝新設(shè)備的應(yīng)用[J]．中國礦山工程，2013，42(2)：8-11.

[15]高明煒，賀家齊，賀曉虹.XSTRATA公司的有色冶金技術(shù)及其對世界有色工業(yè)的影響[J]．有色金屬，2004(11)：39-40.

[16]金勇士.艾薩磨技術(shù)的應(yīng)用及最新進(jìn)展[J].有色設(shè)備，2013(3)：15-19.

[17]侯彤.振動磨在粉體加工中的應(yīng)用[J].化工礦物與加工，2014(10)：46-47.

[18]張更超，應(yīng)富強.超細(xì)粉碎技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2003(3)：25-28.

[19]葉賢東，文書明.細(xì)磨和超細(xì)磨設(shè)備的進(jìn)展[J].礦山機械，2002(7)：13-15.

[20]俞良中.旋流態(tài)離心自磨機粉碎機理及主要參數(shù)設(shè)計研究[J].礦冶工程，1997(6)：26-30.

[21]王海瑞.高效節(jié)能球磨機的特點及應(yīng)用[J].新疆有色金屬，1998(1)：20-24.

[22]王東明，鄒聲勇.高效節(jié)能錐形球磨機[J].礦山機械，1995(10)：29-30.

[23]MorrellS，JohnsonG，RevyT.Acomparisonthroughobservationandsimulationofthepowerutilisationandperformanceoftwodissimilarcomminutionplants[C] ∥FourthMillOperators,Conference，1991：157-160.

[24]高林章，印萬忠，王洋，等.弓長嶺選礦廠減排增效實踐[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2011(4)：30-32.

[25]黃虹，姜迎春.國外旋回破碎機主要制造廠家發(fā)展歷程[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，15：87.

[26]邱靜雯，郭文哲，付曉蓉.國內(nèi)外大型液壓旋回破碎機的發(fā)展現(xiàn)狀[J].金屬礦山，2013(7)：126-134.

[27]劉琨.金屬礦磨礦設(shè)備研究與應(yīng)用新進(jìn)展[J].中國資源綜合利用，2014，32：40-42.

2016-04-22)

王琴(1988—)，女，碩士，471039 河南省洛陽市建設(shè)路206號。