礦山碎磨設備節能降耗現狀及發展趨勢

王　琴　祖大磊　張廣偉　譚文才

(1.中信重工工程技術有限責任公司；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)

?

礦山碎磨設備節能降耗現狀及發展趨勢

王琴1,2祖大磊1,2張廣偉1,2譚文才1,2

(1.中信重工工程技術有限責任公司；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備的研究進展，以及設備大型化對選廠節能降耗的意義，指出新型高效碎磨設備、碎磨工藝及理論研究將是今后發展方向。

礦物加工破碎磨礦節能降耗

礦物加工領域中破碎、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中[1]。目前全球礦業形勢低迷，破碎、磨礦的節能降耗是選礦廠降低能耗、提高效益的有效途徑[2]。本文通過對現有破碎、磨礦設備的考察調研，闡述了高效破碎、磨礦設備在礦物加工領域的應用發展現狀以及碎磨設備大型化的趨勢。

1　破碎設備

1.1顎式破碎機

德國Krupp公司研制的高轉速沖擊顎式破碎機[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格傳統破碎機提高了50%～100%。

北京礦冶研究總院研發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，設備外形低矮，產品破碎比大。與傳統復擺顎式破碎機相比，規格相同時處理量可以提高20%，能耗降低15%～30%。使用該設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80年代研制出了高壓輥磨機，其具有生產能力高、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，實際應用中，輥面線速度一般取1.0～2.0m/s。給料最大粒度不應大于兩個輥子之間的最小間隙，實際應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碎設備，實際處理量為 1 600t/h、比能耗約1.1kWh/t、循環負荷約30%。高壓輥磨機應用后后續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新立選廠的應用效果[7]。新立選礦廠礦石以硫化礦為主，中等硬度，普氏系數f=10～14，采用高壓輥磨機作為細碎設備，后續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破碎設備進行破碎作業時提高了20%～30%。

陜西金堆城鉬業百花嶺選廠處理量為1萬t/d，是國內首家將高壓輥磨機應用于有色礦山選廠的企業，該選廠碎磨作業采用三段一閉路—高壓輥磨破碎—球磨流程，高壓輥磨作業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，破碎最終產品內部產生的微裂紋增多，球磨機的磨礦功指數較原工藝降低了約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，該設備利用中速中壓和反復輥壓的料層粉碎原理；機器上部的減速箱驅動主軸旋轉，從而使輥輪在環錐形內襯中轉動(輥襯之間間隙可調)。物料從上部進入，依靠自重和上部推料作用在環錐形內襯中形成料層，料層受到輥輪的反復擠壓而破碎，破碎后產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碎進行預選可以提高生產能力、降低能耗、降低生產成本。遼寧阜新鐵礦石[9]經ZMJ900A型柱磨機超細碎至5mm，采用DCφ400mm×300mm濕式弱磁選機對超細碎產品進行預選拋尾，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

與傳統破碎設備相比，慣性圓錐破碎機具有破碎比大，產品粒度可調等優點[10]；商洛某鎢礦破碎作業采用兩段開路流程，原礦最大粒度是200mm，經篩孔尺寸為10mm的振動篩預先篩分后，篩上物料返回到GYP-600慣性圓錐破碎機進行破碎，極大地減輕了磨礦作業的負荷。

2　磨礦設備

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

2.1攪拌磨

1948年攪拌磨機問世。近年來，攪拌磨技術日益成熟，攪拌磨機得到廣泛應用。攪拌磨機主要由筒體、攪拌裝置、傳動裝置和機架構成，通過攪拌軸旋轉攪動筒體內磨礦介質和物料，使介質和物料在筒體內作多維循環運動及自轉運動的同時相互碰撞實現對物料的粉碎[12]。

鞍鋼齊大山選礦廠浮選尾礦回收赤鐵礦工藝要求細磨產品粒度-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能力低、運行成本高，磨礦產品只能達到-0.084mm占80%，改用立式攪拌磨機后，產品粒度可達-0.038mm占90%以上，且比普通球磨機節能50%以上[13]。

德興銅礦的銅鉬混合粗精礦再磨作業采用JM-1000型立式螺旋攪拌磨代替普通球磨機后，生產精礦鉬品位可達47%，鉬綜合回收率在74%左右，精礦指標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磨到10μm以下，細磨產品直接進行氰化浸出，該技術在黃金礦山工業的成功應用，替代了原污染嚴重、運行費用高的高溫焙燒爐工藝，對環境保護和節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品[16]，在給礦粒度F80=75μm時，產品粒度P80=53μm，磨礦比功耗為9kWh/t，介質最大尺寸為3.5mm；如果采用傳統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在做高頻振動的筒體內對物料進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率大、高效節能、節省空間等優點。MGZ-1型高幅振動磨[18]振幅高達15mm，其處理能力比同規格的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備[19]。該機借助離心加速度來提高鋼球的磨碎力而進行磨礦，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。

武漢工業大學俞良中[20]研究開發的立軸錐盤離心磨機(又叫旋流態離心自磨機)是一種新型散體流態運動自粉碎設備，最大的優點是磨機給料可以是未經中、細碎的礦石，礦石在磨機中受到沖擊粉碎、交變脈動剪切疲勞粉碎和磨削粉碎3種粉碎方式，1次粉碎作業甚至可產生平均粒徑為10μm的超細粒級，采用該設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小；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，溢流細度 (-74μm)增加了11個百分點，處理單位礦石電耗降低32.51%，節能效果較好。

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潤滑，磨機中空軸潤滑狀態良好，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]特有的錐形結構將介質自然分離，大球位于給料端,小球位于排料端，排料端物料與磨礦介質接觸面積增加，便于細磨。該種磨機相當于在筒體內安裝有永久性分級機，不會產生過磨，增加了能量利用率，節能顯著。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，因此驅動功率降低，設備重量減輕，與同規格普通磨機相比可節能20%。

3　碎磨設備大型化

大型礦山的開發以及礦山企業降低生產成本的要求迫切需要大型化的礦山碎磨設備。MorrellS等研究發現[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，一段磨礦產品-74μm含量55%，二段磨礦產品-74μm含量達85%，分別較改造前的一、二段磨礦產品-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。國內自行設計制造的最大規格旋回破碎機[26]是由中信重工機械股份有限公司設計制造的PXZ-152/287型旋回破碎機，裝機功率1 200kW，處理量達5 100～8 000t/h。目前世界上最大的半自磨機規格為φ12.19m×7.92m，裝機功率28MW，于2013年在中鋁秘魯某銅礦投產。現場應用最大規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。最大規格的干式球磨機[27]規格是φ6.2m×25.5m，裝機功率11.2MW。

礦山規模化生產是降低礦山生產成本的關鍵也是發展趨勢，大型化碎磨設備既有利于加快新建選廠的建設速度，提高設備的處理效率，減少基建成本，還可減少上下管道、電纜等附屬設備的投資。同時選廠系列少，自控設備相應變少，更有利于選廠的自動化控制。碎磨設備的大型化既提高了單臺設備的處理量，更符合節能降耗的基本國策要求。

4　展　望

研究開發高效、節能的新型破碎粉磨設備，探索礦物加工高效碎磨工藝和技術，逐步淘汰能耗高、效率低的碎磨設備將是選礦業今后發展的方向。積極推廣磁性襯板、耐磨介質等新型材料的應用，提高球磨機襯板、磨礦介質等易損、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.預磨機碎磨機理分析及能耗實驗研究[D].贛州：江西理工大學，2013.

[2]吳建明.更強、更細、更省—粉碎工程技術的新進展[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備的進展[J].礦業快報，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用的進展[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選中的應用研究[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用現狀[J].銅業工程，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工程中的應用[J]．中國礦業，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度及設備研究[J]．礦業工程，2013，11(6)：65-67.

[14]鄭描，羅冶.銅鉬分選改造中新工藝新設備的應用[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及其對世界有色工業的影響[J]．有色金屬，2004(11)：39-40.

[16]金勇士.艾薩磨技術的應用及最新進展[J].有色設備，2013(3)：15-19.

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

[18]張更超，應富強.超細粉碎技術現狀及發展趨勢[J].中國非金屬礦工業導刊，2003(3)：25-28.

[19]葉賢東，文書明.細磨和超細磨設備的進展[J].礦山機械，2002(7)：13-15.

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

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

[22]王東明，鄒聲勇.高效節能錐形球磨機[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].現代礦業，2011(4)：30-32.

[25]黃虹，姜迎春.國外旋回破碎機主要制造廠家發展歷程[J].科技創新與應用，2014，15：87.

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

[27]劉琨.金屬礦磨礦設備研究與應用新進展[J].中國資源綜合利用，2014，32：40-42.

2016-04-22)

王琴(1988—)，女，碩士，471039 河南省洛陽市建設路206號。