礦山碎磨設(shè)備節(jié)能降耗現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

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(jī)械股份有限公司礦山重型裝備國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(shì)

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(jī)械股份有限公司礦山重型裝備國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jī)、高壓輥磨機(jī)、柱磨機(jī)、圓錐破碎機(jī)、攪拌磨機(jī)、振動(dòng)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(duì)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(shì)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(duì)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(shì)。

1　破碎設(shè)備

1.1顎式破碎機(jī)

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

北京礦冶研究總院研發(fā)的外動(dòng)顎破碎機(jī)的動(dòng)顎與連桿分離[3]，使動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)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(jī)相比，規(guī)格相同時(shí)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(jī)

德國在20世紀(jì)80年代研制出了高壓輥磨機(jī)，其具有生產(chǎn)能力高、破碎比大、能量有效利用率高等特點(diǎn)[2-4]。高壓輥磨機(jī)主要由機(jī)架、工作裝置、傳動(dòng)裝置、給料裝置、施壓裝置等組成。高壓輥磨機(jī)兩個(gè)輥?zhàn)訂为?dú)驅(qū)動(dòng)，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(shí)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(gè)輥?zhàn)又g的最小間隙，實(shí)際應(yīng)用時(shí)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(dòng)電機(jī)功率2×1 850kW、最大處理量2 000t/h的高壓輥磨機(jī)作為細(xì)碎設(shè)備，實(shí)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(jī)應(yīng)用后后續(xù)球團(tuán)廠球磨機(jī)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(jī)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(jī)作為細(xì)碎設(shè)備，后續(xù)球磨機(jī)的單位能耗由13.0kWh/t降到了8.9kWh/t，磨機(jī)處理量較采用常規(guī)破碎設(shè)備進(jìn)行破碎作業(yè)時(shí)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(jī)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(jī)，裝機(jī)功率2×750kW。采用高壓輥磨機(jī)后，破碎最終產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生的微裂紋增多，球磨機(jī)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(jī)有利于礦物在磨礦時(shí)的單體解離。

1.3柱磨機(jī)

柱磨機(jī)[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(jī)器上部的減速箱驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，從而使輥輪在環(huán)錐形內(nèi)襯中轉(zhuǎn)動(dòng)(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(jī)下部自動(dòng)排出。超低品位貧鐵礦石采用柱磨機(jī)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(jī)超細(xì)碎至5mm，采用DCφ400mm×300mm濕式弱磁選機(jī)對(duì)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(shí)，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(jī)

與傳統(tǒng)破碎設(shè)備相比，慣性圓錐破碎機(jī)具有破碎比大，產(chǎn)品粒度可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)[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(dòng)篩預(yù)先篩分后，篩上物料返回到GYP-600慣性圓錐破碎機(jī)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(shí)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(diǎn)[11]。

2.1攪拌磨

1948年攪拌磨機(jī)問世。近年來，攪拌磨技術(shù)日益成熟，攪拌磨機(jī)得到廣泛應(yīng)用。攪拌磨機(jī)主要由筒體、攪拌裝置、傳動(dòng)裝置和機(jī)架構(gòu)成，通過攪拌軸旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)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(yùn)動(dòng)及自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)相互碰撞實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jī)磨礦時(shí)生產(chǎn)能力低、運(yùn)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(jī)后，產(chǎn)品粒度可達(dá)-0.038mm占90%以上，且比普通球磨機(jī)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(jī)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(jī)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(yùn)行費(fèi)用高的高溫焙燒爐工藝，對(duì)環(huán)境保護(hù)和節(jié)能降耗均具有實(shí)際意義[15]。

南非英美鉑金公司用M10000艾莎磨機(jī)處理球磨機(jī)的產(chǎn)品[16]，在給礦粒度F80=75μm時(shí)，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(jī)閉路流程磨礦，球磨機(jī)需要8MW的裝機(jī)功率，而1臺(tái)M10000艾莎磨機(jī)的裝機(jī)功率(2.6MW)僅為傳統(tǒng)球磨機(jī)裝機(jī)功率的32%。

2.2振動(dòng)磨

振動(dòng)磨[17]的粉磨作用主要是靠介質(zhì)在做高頻振動(dòng)的筒體內(nèi)對(duì)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(diǎn)。MGZ-1型高幅振動(dòng)磨[18]振幅高達(dá)15mm，其處理能力比同規(guī)格的Palla型振動(dòng)磨高出30～40倍，功耗降低約30%。

2.3離心磨

離心磨的運(yùn)行狀態(tài)和振動(dòng)磨機(jī)相似，是介于行星式磨機(jī)和振動(dòng)磨之間的一種新型磨礦設(shè)備[19]。該機(jī)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(jī)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(jī)(又叫旋流態(tài)離心自磨機(jī))是一種新型散體流態(tài)運(yùn)動(dòng)自粉碎設(shè)備，最大的優(yōu)點(diǎn)是磨機(jī)給料可以是未經(jīng)中、細(xì)碎的礦石，礦石在磨機(jī)中受到?jīng)_擊粉碎、交變脈動(dòng)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(jí)，采用該設(shè)備可以簡化和縮短工藝流程，能耗相對(duì)較低。

2.4中心傳動(dòng)球磨機(jī)

衡陽有色冶金機(jī)械廠制造的中心傳動(dòng)球磨機(jī)采用中心傳動(dòng)方式[21]，電機(jī)、減速機(jī)以及傳動(dòng)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(jī)功率較普通球磨機(jī)小；甘肅隴南福利選礦廠使用的φ1 500mm×3 000mmQSZ型中心傳動(dòng)球磨機(jī)與附近青羊峽選廠φ1 500mm× 3 000mm普通格子型球磨機(jī)相比，溢流細(xì)度 (-74μm)增加了11個(gè)百分點(diǎn)，處理單位礦石電耗降低32.51%，節(jié)能效果較好。

2.5靜動(dòng)壓力軸承球磨機(jī)

靜動(dòng)壓力軸承球磨機(jī)啟動(dòng)時(shí)采用高壓液壓系統(tǒng)潤滑，磨機(jī)中空軸潤滑狀態(tài)良好，減小了摩擦阻力；氣動(dòng)離合器分段啟動(dòng)電機(jī)軸和小齒輪軸，啟動(dòng)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(dòng)壓力軸承球磨機(jī)，與同類型普通球磨機(jī)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(jī)

錐形球磨機(jī)[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(jī)相當(dāng)于在筒體內(nèi)安裝有永久性分級(jí)機(jī)，不會(huì)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(jī)，與普通球磨機(jī)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(dòng)功率降低，設(shè)備重量減輕，與同規(guī)格普通磨機(jī)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(jī)相比，直徑在6.7m以上的大型球磨機(jī)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(jī)，二段磨礦采用φ4.0m×7.5m球磨機(jī)取代原來的φ2.7m×3.6m球磨機(jī)，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(gè)百分點(diǎn)。

目前世界上最大的旋回破碎機(jī)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(jī)，其次為Krupp公司生產(chǎn)的KB63×114型旋回破碎機(jī)[25]，裝機(jī)功率1 200kW，1996—1997年Krupp公司為印尼自由港銅礦提供了2臺(tái)KB63×114型破碎機(jī)。國內(nèi)自行設(shè)計(jì)制造的最大規(guī)格旋回破碎機(jī)[26]是由中信重工機(jī)械股份有限公司設(shè)計(jì)制造的PXZ-152/287型旋回破碎機(jī)，裝機(jī)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(jī)規(guī)格為φ12.19m×7.92m，裝機(jī)功率28MW，于2013年在中鋁秘魯某銅礦投產(chǎn)。現(xiàn)場應(yīng)用最大規(guī)格的自磨機(jī)是由中信重工機(jī)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(jī)，裝機(jī)功率28MW。最大規(guī)格的干式球磨機(jī)[27]規(guī)格是φ6.2m×25.5m，裝機(jī)功率11.2MW。

礦山規(guī)模化生產(chǎn)是降低礦山生產(chǎn)成本的關(guān)鍵也是發(fā)展趨勢(shì)，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(shí)選廠系列少，自控設(shè)備相應(yīng)變少，更有利于選廠的自動(dòng)化控制。碎磨設(shè)備的大型化既提高了單臺(tái)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(jī)襯板、磨礦介質(zhì)等易損、易耗件的壽命對(duì)降低磨機(jī)運(yùn)行成本具有重要意義。

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2016-04-22)

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