高壓輥磨機(jī)在礦物加工工程中的應(yīng)用分析

王 珊，王 皓，蔣萬君

（中鋁國際工程股份有限公司昆明分公司，云南 昆明 650000）

目前，高壓輥磨機(jī)在加工設(shè)備中起著越來越重要的作用。但是，由于高壓輥磨機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀和諸多因素的局限性，與水泥行業(yè)相比，其在提升領(lǐng)域的推廣速度相對較慢。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，礦產(chǎn)資源的消耗也隨著各種資源的消耗而加快，特別是工業(yè)的消耗。礦產(chǎn)資源的消耗會帶來一系列的生態(tài)環(huán)境問題。越來越多的企業(yè)把發(fā)展環(huán)境保護(hù)作為未來發(fā)展的重要主題。在這方面，由于技術(shù)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等方面的局限性，我國礦山企業(yè)要抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，必須走引進(jìn)、吸收、依靠先進(jìn)有效的新設(shè)備的發(fā)展道路。20 世紀(jì)80 年代推出的高壓輥磨機(jī)在水泥、化工等行業(yè)取得了巨大成功。為了有效地提高整個破碎系統(tǒng)的生產(chǎn)率，該設(shè)備可用于制造過程中。與傳統(tǒng)的粉磨方法相比，粉磨系統(tǒng)總能耗可降低25～50%，更節(jié)能環(huán)保。采用高壓輥式破碎機(jī)破碎礦石，簡化了破碎過程，提高了破碎效率和系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。高壓輥磨機(jī)在選礦工程中的應(yīng)用，可以盡快發(fā)現(xiàn)缺陷，改進(jìn)管理和工藝，最大限度地提高效率[1]。

1 應(yīng)用現(xiàn)狀

高壓輥磨機(jī)在工業(yè)上的應(yīng)用和發(fā)展過程可概括為三個階段：1986～1994 年，在水泥工業(yè)和金剛石采礦業(yè)得到廣泛應(yīng)用；1995 年至2010 年，鐵礦石在應(yīng)用和加工業(yè)務(wù)中得到普遍認(rèn)可，并應(yīng)用于銅金礦半成品規(guī)模和工業(yè)規(guī)模。此時，輥道面技術(shù)的研發(fā)和完善已從2014 年開始逐步展開，硬質(zhì)礦石破碎技術(shù)的應(yīng)用已開始規(guī)模化。近年來，在礦石加工領(lǐng)域，一般采用高壓輥磨機(jī)對礦石進(jìn)行細(xì)/超細(xì)粉碎。高壓輥磨機(jī)在鐵（鉻）精整加工中也非常流行。在細(xì)碎操作中，原破碎設(shè)備被隨后的研磨和選礦操作所取代，以制備材料，或兩者協(xié)同工作，類似于水泥操作的應(yīng)用。高壓輥磨機(jī)的效率比傳統(tǒng)的輥式破碎機(jī)要高，但不能夸大其能量效率。金屬礦破碎初期，輥面磨損問題加劇，導(dǎo)致消耗成本增加，破碎后產(chǎn)品細(xì)度不穩(wěn)定。另外，由于需要頻繁調(diào)整壓路機(jī)和操作的復(fù)雜性，導(dǎo)致設(shè)備推廣延遲甚至停滯。通過開發(fā)和改進(jìn)凹球和立桿輥面工藝，有效地解決了軋輥磨損問題。

2 高壓輥磨機(jī)工作原理及結(jié)構(gòu)特征分析

（1）工作原理。高壓輥磨機(jī)是在技術(shù)進(jìn)步和傳統(tǒng)磨機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上研制出來的，設(shè)計(jì)和制造相對簡單。在實(shí)踐中，高壓輥磨機(jī)是根據(jù)純壓力原理設(shè)計(jì)和制造的。在高壓空間中，材料顆粒聚集在一起，材料碰撞和壓縮。隨著壓力的增加，材料之間的間隙逐漸減小。當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到一定水平時，材料會完全破碎。在高壓輥磨過程中，不同的輥可以向相反的方向運(yùn)動，使材料得到充分的擠壓。滾筒表面是礦山生產(chǎn)加工過程中與礦石直接接觸的地方。材料的結(jié)構(gòu)和熱處理必須適應(yīng)礦石本身的性質(zhì)[2-5]。

（2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。高壓輥磨的壓力和傳動元件主要由機(jī)架和高壓軋輥組成。高壓輥可根據(jù)材料特性產(chǎn)生不同的壓力。表面應(yīng)安裝耐磨板。在壓力調(diào)節(jié)過程中，液壓缸可沿導(dǎo)槽移動。通過使用減速器驅(qū)動，，物料補(bǔ)充在輥?zhàn)又g進(jìn)行，形成高壓壓實(shí)塊。高壓輥式破碎機(jī)在實(shí)踐中不同于傳統(tǒng)的輥式破碎機(jī)。首先，由于聚集系統(tǒng)的特殊性，擠壓速率必須是恒定的。其次，實(shí)際速度非常低。在輥速較高的情況下，材料可能會在輥表面滑動，這對設(shè)備的使用壽命有很大的影響。為保證破碎區(qū)高壓狀態(tài)良好，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)和加工要求安裝加壓裝置;最后，應(yīng)選擇強(qiáng)度值較高的耐磨材料。

3 高壓輥磨機(jī)在礦物加工工程中的重點(diǎn)應(yīng)用環(huán)節(jié)

（1）作為精細(xì)/超精細(xì)加工設(shè)備。除金剛石礦石的分離破碎和精礦球團(tuán)的預(yù)破碎外，高壓輥磨機(jī)已逐漸成為選礦領(lǐng)域的重要設(shè)備。高壓輥磨機(jī)可將粒徑為20mm～65mm 的礦物原料磨成3mm～10mm 的細(xì)料。該產(chǎn)品可直接作為后續(xù)球磨回路的給礦或篩分后直接進(jìn)入球磨回路。根據(jù)基本條件和技術(shù)要求，高壓輥式破碎機(jī)可與開路或閉路篩分機(jī)配套使用。另外，作為一種獨(dú)特的回路，高壓輥磨機(jī)可以分別截取邊緣和中間產(chǎn)品。高壓輥式破碎機(jī)的操作和篩分閉路往往直接決定原料的分布和粒度，從而影響到高壓輥磨機(jī)與球磨機(jī)回路之間破碎能耗的分配。一般來說，篩分粒度越小，高壓輥磨機(jī)的能耗越高，整個系統(tǒng)的能耗指標(biāo)就越低。另外，篩分越小，篩分越困難，效率越低。實(shí)踐表明，當(dāng)粒徑小于6mm 時，干法篩分效率明顯降低，必須采用濕法篩分。但必須指出的是，礦物原料濕法篩分的水分含量是一個問題。如果礦石含水量超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，將影響設(shè)備的運(yùn)行效率，提高系統(tǒng)的能耗指標(biāo)。當(dāng)然，高壓輥磨機(jī)的能源效率要高于用于機(jī)械研磨的球磨機(jī)。

（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，高壓輥磨機(jī)的應(yīng)用經(jīng)歷了預(yù)粉磨設(shè)備、半精密粉磨設(shè)備和終粉磨設(shè)備三個重要的發(fā)展階段。首先，采用高壓輥磨機(jī)作為預(yù)粉磨設(shè)備時，預(yù)粉磨產(chǎn)品的粒度相對較粗，經(jīng)過一段時間的粉磨可以得到最終產(chǎn)品。在100μm～1 000μm 的球磨設(shè)備中，最終產(chǎn)物要再經(jīng)過一段時間的球磨獲得。高壓輥磨機(jī)作為最終粉磨設(shè)備，完全可以替代球磨系統(tǒng)，直接獲得粒度在30μm～250μm 之間的產(chǎn)品，水泥原料加工與選礦有本質(zhì)區(qū)別。水泥物料的粉磨分級采用干式，采用高壓輥磨機(jī)和風(fēng)力分級機(jī)作為閉環(huán)系統(tǒng)。以石灰石破碎為例。石灰石是水泥生產(chǎn)和加工的主要原料。不同產(chǎn)地石灰石的破碎特性差異較大，原礦含水率在0%～10%之間。分級機(jī)和分級機(jī)組成了一個完整的分級機(jī)和高壓輥操作系統(tǒng)。原礦首先進(jìn)入分級機(jī)，在粗品粒度較大的情況下獲得靜態(tài)分級效果，小粒度和粗產(chǎn)品得到動態(tài)分級，進(jìn)料源由二者協(xié)同完成。動態(tài)級的轉(zhuǎn)速直接決定了分選粒度。最終研磨產(chǎn)品與旋風(fēng)分離器中的氣流分離。風(fēng)機(jī)的主要作用是提高分級機(jī)與旋風(fēng)分離器之間的空氣循環(huán)效率。斗式提升機(jī)用于垂直提升物料，減少占地面積。結(jié)合16 KWH/t 的功率指標(biāo)，石灰?guī)r系統(tǒng)的能耗為11 KWH/t，主要包括高壓輥磨機(jī)、風(fēng)力分級機(jī)、斗式提升機(jī)和風(fēng)力機(jī)的能耗。實(shí)踐表明，高壓輥磨最終系統(tǒng)比高壓輥磨精磨球磨系統(tǒng)更節(jié)能，節(jié)能40%以上。目前，在選礦領(lǐng)域，使用干粉磨系統(tǒng)已成為一種實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。這些干粉系統(tǒng),主要用于處理鐵礦石,鐵精礦、金礦和鐵礦的礦石、鎳礦來獲得一些干粉產(chǎn)品作為下游干粉磁選或焙燒作業(yè)的原料。每個選礦廠都可以對含水物料進(jìn)行干燥和研磨，但由于原料的性質(zhì)不同，處理是不同的。以美Gold公司開發(fā)的雙室管磨為例。該公司組裝了第一套由環(huán)形電機(jī)驅(qū)動的雙室管軋機(jī)系統(tǒng)，實(shí)際功率約為11.2 MPa。生產(chǎn)能力達(dá)到400t/h，經(jīng)過長期的理論和實(shí)踐研究，引進(jìn)了兩種完全改進(jìn)的雙管室粉末生產(chǎn)系統(tǒng)。有效長度12.5 米,真正的無齒輪傳動,總裝機(jī)約7.5MW,總處理能力約200t/h。礦物加工實(shí)際應(yīng)用,也可以利用風(fēng)力分級機(jī)干磨,只要材料特性得到充分的考慮。這也意味著高壓輥式破碎機(jī)的干磨系統(tǒng)已被引入選礦領(lǐng)域[6]。

4 高壓輥磨機(jī)在礦物加工工程中的應(yīng)用探析

（1）金剛石礦石被分解和壓碎。高壓輥磨機(jī)在選礦和金剛石礦石分離破碎中應(yīng)用較早。從各種研磨數(shù)據(jù)可以看出，這種研磨方法可以節(jié)省更多的資源，并且不會導(dǎo)致原料的大量損失，從而獲得更好的研磨產(chǎn)品。在選礦過程中，當(dāng)高壓輥磨機(jī)的實(shí)際性能高于金剛石時，對金剛石的質(zhì)量幾乎沒有影響。實(shí)際上，需要處理的礦石量在增加。高壓輥磨機(jī)的改進(jìn)使其更適合于礦石生產(chǎn)。經(jīng)過綜合改進(jìn)，高壓輥磨機(jī)調(diào)速電機(jī)的驅(qū)動功率更高，表面采用了非常光滑的鎳硬質(zhì)合金材料。根據(jù)加工要求，使用一段時間后需要更換輥面，可有效提高其性能。軋輥磨損問題應(yīng)通過更換軋輥表面和用專用設(shè)備磨削軋輥表面來控制。高壓輥磨機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)故障之后，對礦物加工會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響，會直接導(dǎo)致工作效率不斷降低，因此，有必要針對高壓輥磨機(jī)改造的現(xiàn)狀，采取措施對其進(jìn)行改進(jìn)，以保證其運(yùn)行效率的有效提高。高壓輥式破碎機(jī)在選礦廠的應(yīng)用，可以解決破碎過程中處理能力低的問題，使生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行能力增加600 萬噸/年。

（2）鐵礦石加工應(yīng)用。在鐵礦石加工過程中，需要使用以粗礦石預(yù)處理或研磨為主要功能的高壓輥磨機(jī)，使用高壓輥磨機(jī)可以有效地替代傳統(tǒng)的球磨機(jī)。例如，如某公司引入了高壓輥磨機(jī)。這種設(shè)備的合理使用可以解決球團(tuán)礦在選礦過程中的性能問題。它改善了材料顆粒的性能，有效地減少了與鐵礦石消耗有關(guān)的問題，從而獲得了最佳的處理效果。不同輥磨機(jī)的輥徑、寬度和加工能力受到先進(jìn)技術(shù)和加工能力的影響。在球團(tuán)廠逐步引進(jìn)高壓輥磨機(jī)進(jìn)行預(yù)處理，使精礦和表面處理得到全面改善。對于高壓輥磨機(jī)，在采用球磨法之前，可以有效地提高礦石加工階段的精度。

5 發(fā)展趨勢

近年來,高壓輥式破碎機(jī)在煤礦中已經(jīng)取得了巨大進(jìn)步。隨著世界礦業(yè)的逐步復(fù)蘇，礦業(yè)企業(yè)對高壓輥磨機(jī)的需求逐漸增加。山西金都鉬業(yè)有限公司是首家在有色金屬礦山引進(jìn)高壓輥磨機(jī)進(jìn)行細(xì)磨作業(yè)的國有企業(yè)。在南非安裝和調(diào)試了兩個鉑族聚集器，并在貴金屬礦山使用高壓磨輥方面取得了新的突破。高壓輥磨機(jī)的主要目標(biāo)是降低生產(chǎn)成本，使生產(chǎn)面向經(jīng)濟(jì)和環(huán)境，提高企業(yè)的競爭力。鑒于世界能源短缺日益嚴(yán)重，大型采礦公司在粉碎過程中減少能源消耗是很重要的。高壓輥式破碎機(jī)具有較高的處理能力，提高了能源效率，工作面積小通過量波動大，符合多碎少磨、磨粒度小思想。鑒于上述特點(diǎn)和設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，與國內(nèi)外超細(xì)磨設(shè)備的研發(fā)相比，高壓輥式破碎機(jī)具有明顯的優(yōu)勢[7,8]。

在選礦過程中，由于高壓輥磨機(jī)的實(shí)際應(yīng)用，逐漸克服了磨輥表面磨損的問題，選礦磨礦技術(shù)也逐漸發(fā)展起來。如何促進(jìn)高壓輥磨機(jī)與其它加工技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，如何開發(fā)和利用高壓輥磨機(jī)創(chuàng)新技術(shù)的優(yōu)勢，是業(yè)界有待探索的新課題。同時，如何有效解決高壓輥式破碎機(jī)存在的問題，提高設(shè)備運(yùn)行效率，降低基礎(chǔ)構(gòu)件的磨損率，節(jié)約維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，因此延長設(shè)備使用壽命也引起了選礦界的高度重視。深度整合同一資源的貧困化、精細(xì)化、混合化和可持續(xù)發(fā)展理念，提高設(shè)備投資成本控制水平，減少環(huán)境污染，已成為礦業(yè)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益最大化的主要目標(biāo)。在這方面，高壓輥磨機(jī)將能夠發(fā)揮其在處理設(shè)施方面的優(yōu)勢，最終有助于整個行業(yè)的良性發(fā)展。