高壓輥磨機在礦物加工工程中的應(yīng)用分析

李 鵬

(山西長治王莊煤業(yè)有限責任公司，山西 長治 046000)

引 言

高壓輥磨機又稱為錕壓機，是以層壓粉碎工藝為核心原理，具有高效化、節(jié)能化與安全化特征的粉碎設(shè)備。高壓錕磨機被廣泛運用到水泥、石灰石與煤炭等物質(zhì)的粉碎工程中，在金屬礦粉碎工程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。為此，全面探究高壓錕磨機在礦物加工工程中的應(yīng)用具有實際意義。

1 高壓輥磨機結(jié)構(gòu)特征與運行原理

目前，高壓錕磨機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加精簡化與便捷化，同時，其粉碎工藝技術(shù)水平也不斷提升。高壓錕磨機的核心原理是在純壓力作用下，促使大量物料顆粒聚集在一起，而各類物料顆粒之間的摩擦、碰撞與擠壓，使得物料顆粒的間隙不斷減小，密度值不斷增大，當純壓力達到一定標準后，物料顆粒的間隙接近臨界值而出現(xiàn)粉碎。

高壓輥磨機在實施靜壓粉碎過程中，會利用不同錕子的相向運動產(chǎn)生的動力效能對物料進行擠壓。在礦山工程的生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)，錕面往往直接與礦石接觸。通常來說，不同礦石的性質(zhì)各不相同，對加工設(shè)備配置形式與加工參數(shù)設(shè)計的標準要求也各不相同。為此，相關(guān)人員要結(jié)合實際情況，采取對應(yīng)的加工處理措施。

高壓錕磨機的施壓裝置和傳動裝置主要包括機架和高壓錕等。根據(jù)加工材料的屬性特征，選擇耐磨板規(guī)格，調(diào)整純壓力值，并要求調(diào)錕在液壓缸的壓力作用下沿導槽靈活移動。依靠驅(qū)動齒輪的動力效能，加強錕間填料的及時性與充分性，在高壓作用下形成密度值較大的餅狀物料塊。

與普通的物料破碎加工設(shè)備相比，高壓錕磨機具有諸多特征。其一，由于高壓錕磨機的集料系統(tǒng)較為特殊，必須注重擠壓參數(shù)值的穩(wěn)定性。其二，嚴格控制錕速。如果錕速過高，錕面與物料的接觸面會發(fā)生滑動效應(yīng)，影響處理效果。為此，相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合實際情況調(diào)節(jié)錕速，優(yōu)選強度等級高的物料。

2 高壓輥磨機在礦物加工工程中的重點應(yīng)用環(huán)節(jié)

2.1 作為細碎/超細碎加工處理設(shè)備

除了用于金剛石礦的解離破碎和鐵精礦球團前的預(yù)磨作業(yè)外，高壓錕磨機已逐步成為礦物加工領(lǐng)域的重要機械設(shè)備。高壓錕磨機往往能夠?qū)⒘皆?0 mm～65 mm之間的給礦物料擠壓粉碎成粒徑達到3 mm～10 mm的細碎產(chǎn)物。這種產(chǎn)物或者直接作為后續(xù)球磨回路的給礦，或者經(jīng)過篩選直接進入球磨回路。根據(jù)選礦廠的基本情況與工藝要求不同，高壓輥磨機既可作為開路作業(yè)的機械設(shè)備，也可與篩分機協(xié)同使用完成閉路作業(yè)。另外，還可利用高壓輥磨機特有的回路形式，分別截取邊緣產(chǎn)物和中部產(chǎn)物[1]。

在高壓錕磨機和篩分機協(xié)同作業(yè)的閉路作業(yè)中，篩分粒度往往直接決定了后續(xù)球磨回路的給礦粒度，進而影響高壓輥磨回路與球磨回路的粉碎能耗比例分配情況。通常來說，篩分粒度越小，高壓錕磨回路承擔的粉碎能耗就越大，整體系統(tǒng)的能耗指標就越低。另外，篩分粒度越小，篩分難度就越大，這也就意味著篩分效率就越低。根據(jù)實踐論證可知，若篩分粒度小于6 mm，干式篩分的效率明顯下降，不得不采用濕式篩分。但需要格外注意的是，采取濕式篩分模式會導致給礦物料出現(xiàn)含水量超標的問題。如果給礦物料含水量超過限定標準，則會影響設(shè)備的運行效率，進而增大系統(tǒng)的能耗指標。當然，高壓輥磨機粉碎的能量效率較高是相對于球磨機磨礦而言的[2]。

2.2 作為半終磨/終磨加工處理設(shè)備

在水泥材料加工生產(chǎn)過程中，高壓錕磨機的應(yīng)用共經(jīng)歷了預(yù)磨設(shè)備、半終磨設(shè)備與終磨設(shè)備三個重要的發(fā)展階段。首先，高壓錕磨機作為預(yù)磨設(shè)備時，預(yù)磨產(chǎn)物粒度較粗，且必須經(jīng)過一段時間的球磨才能獲得最終產(chǎn)物；其次，高壓錕磨機作為半終磨設(shè)備，可以獲得粒徑約為100 μm～1 000 μm的中間產(chǎn)物，再經(jīng)過一段時間的球磨獲得最終產(chǎn)物；最后，高壓錕磨機作為終磨設(shè)備時，可以完全替代球磨系統(tǒng)，直接獲得粒徑約為30 μm～250 μm的最終產(chǎn)物。

水泥材料加工生產(chǎn)與礦物料加工生產(chǎn)存在本質(zhì)性差異，其物料粉碎和分級均為干式作業(yè)，由高壓輥磨機與風力分級裝置形成閉路系統(tǒng)。以石灰石的粉碎處理為例。石灰石是水泥材料生產(chǎn)加工的主要原材料。各生產(chǎn)場地的石灰石的粉碎特性存在較大差異，但原礦含水量均保持在0～10%之間。

高壓輥磨機和具有兩步分級機制的風力分級機形成完整的閉路作業(yè)系統(tǒng)。給礦物料最先進入分級機，在靜態(tài)分級作用下獲得粒徑較大的粗粒產(chǎn)物，并在動態(tài)分級作用下獲取粒徑較小的粗粒產(chǎn)物，二者協(xié)同作為高壓錕磨機的給料來源[3]。

動態(tài)分級機的轉(zhuǎn)子速度直接決定了分離粒度。終磨產(chǎn)物在旋風集塵器中與氣流分離。風機的主要作用是提升風力分級機與旋風除塵器之間的空氣流通效率。斗式提升機的作用是垂直提升物料，減小占地空間。

處理邦德球磨功指數(shù)為16 kWh/t的石灰石系統(tǒng)的能耗為11 kWh/t，該能耗指標主要包括高壓輥磨機能耗、風力分級機能耗、斗式提升機能耗和風機電能損耗等。結(jié)合實踐證實可知，采用高壓輥磨機終磨系統(tǒng)比采用“高壓輥磨細碎—球磨磨礦”系統(tǒng)更加節(jié)約能源，節(jié)能指標超過40%。

目前，在礦物加工領(lǐng)域，已經(jīng)有使用干磨系統(tǒng)的實踐經(jīng)驗。這些干磨系統(tǒng)主要用于處理鐵礦石、鐵精礦、金礦石、鎳礦石等物料，獲得某種干產(chǎn)物作為下游干式磁選或焙燒作業(yè)的給礦。各選礦廠均可對含水給料實施干燥與研磨處理，但由于給料的屬性特征差異較大，綜合處理效果也各不相同。以美國Gold公司研發(fā)的雙室管磨機磨礦系統(tǒng)為例。該公司于1994年正式組裝了第一套雙室管磨機系統(tǒng)，使用一臺實際功率約為11.2 MPa的環(huán)形電機進行驅(qū)動，綜合生產(chǎn)能力達到400 t/h。經(jīng)過長期的理論研究與實踐積累，兩套完整的升級版雙室管磨機磨礦系統(tǒng)再度問世，有效長度達到12.5 m，配備實際功率約為7.5 MW的無齒輪驅(qū)動，總設(shè)計處理量約為每套200 t/h。

經(jīng)過各礦物加工廠的實踐應(yīng)用可知，對于高腐蝕性物料來說，只要充分考慮物料的屬性特征，也可以采用帶有風力分級設(shè)備的干式磨礦。這也意味著高壓輥磨機的干磨系統(tǒng)已具備進入礦物加工領(lǐng)域的條件。

3 高壓錕磨機在礦物加工工程中的應(yīng)用發(fā)展趨勢

從高壓錕磨機的工作原理與實踐應(yīng)用層面來說，其具有處理效率高，穩(wěn)定性良好，集成化程度高，單位破碎能耗低，使用壽命長等優(yōu)勢特征，被廣泛運用于金屬礦物篩選領(lǐng)域[4]。

高壓輥磨機在礦物加工礦石破碎流程中主要有預(yù)處理鐵精礦增加比表面積、用于礦石的細碎或超細碎作業(yè)以及完善自磨流程等幾種應(yīng)用。需要格外強調(diào)的是，高壓輥磨機不適合處理水分含量高、含泥比例大且黏性較強的物料。盡管高壓錕磨機在礦物加工工程領(lǐng)域的應(yīng)用受到各方面主客觀因素的限制，但隨著現(xiàn)代科技的完善，高壓輥磨機的實踐應(yīng)用效果越來越突出，投產(chǎn)設(shè)備數(shù)量也呈現(xiàn)出逐年遞增的態(tài)勢。據(jù)相關(guān)調(diào)查資料顯示，截止2009年底，全球范圍內(nèi)高壓錕磨機的工業(yè)投產(chǎn)數(shù)量超過12臺，其中在金剛石生產(chǎn)中的投產(chǎn)比例約為35%；在鐵礦石生產(chǎn)中的投產(chǎn)比例約為50%；在有色金屬和貴金屬生產(chǎn)中的投產(chǎn)比例約為35%[5]。

隨著高壓輥磨機在水泥、金剛石、鐵礦石、銅礦、黃金礦山、鉬礦、鉑族金屬以及鋁土礦等領(lǐng)域中的實踐應(yīng)用，高壓錕磨機日益完善，并逐步趨向集成化、智能化與環(huán)保化。

4 結(jié)語

在礦物加工工程中，高壓錕磨機的實踐應(yīng)用逐步克服了初期階段的錕面磨損嚴重等問題，選礦碎磨工藝日趨成熟化與完善化。如何促進高壓錕磨機與其余加工工藝流程的有機整合，開發(fā)創(chuàng)新型工藝流程，進而發(fā)揮出高壓輥磨機的優(yōu)勢，成為業(yè)內(nèi)人士致力探究的新課題。與此同時，如何有效解決高壓錕磨機使用環(huán)節(jié)存在的各類典型問題，提高設(shè)備運行效率，降低基礎(chǔ)元器件磨損率，節(jié)約維護檢修費用，從而延長設(shè)備使用壽命也受到了礦物加工領(lǐng)域的高度關(guān)注。隨著礦產(chǎn)資源的貧、細與雜化，以及可持續(xù)發(fā)展理念的深化落實，提升設(shè)備集成化程度，控制投資成本，減輕環(huán)境污染，最終實現(xiàn)經(jīng)濟效益與環(huán)保效益最大化，成為礦產(chǎn)行業(yè)的主要發(fā)展目標。在此背景下，高壓輥磨機必定能在礦物加工工程中，發(fā)揮其優(yōu)勢效能，最終推動整個行業(yè)的良好發(fā)展。