高壓輥磨機在礦物加工工程中的應用分析

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，高壓輥磨機在加工設備中起著越來越重要的作用。但是，由于高壓輥磨機的技術現狀和諸多因素的局限性，與水泥行業相比，其在提升領域的推廣速度相對較慢。隨著我國社會經濟的快速發展，礦產資源的消耗也隨著各種資源的消耗而加快，特別是工業的消耗。礦產資源的消耗會帶來一系列的生態環境問題。越來越多的企業把發展環境保護作為未來發展的重要主題。在這方面，由于技術、環境、經濟等方面的局限性，我國礦山企業要抓住機遇，迎接挑戰，必須走引進、吸收、依靠先進有效的新設備的發展道路。20 世紀80 年代推出的高壓輥磨機在水泥、化工等行業取得了巨大成功。為了有效地提高整個破碎系統的生產率，該設備可用于制造過程中。與傳統的粉磨方法相比，粉磨系統總能耗可降低25～50%，更節能環保。采用高壓輥式破碎機破碎礦石，簡化了破碎過程，提高了破碎效率和系統的生產能力。高壓輥磨機在選礦工程中的應用，可以盡快發現缺陷，改進管理和工藝，最大限度地提高效率[1]。

1 應用現狀

高壓輥磨機在工業上的應用和發展過程可概括為三個階段：1986～1994 年，在水泥工業和金剛石采礦業得到廣泛應用；1995 年至2010 年，鐵礦石在應用和加工業務中得到普遍認可，并應用于銅金礦半成品規模和工業規模。此時，輥道面技術的研發和完善已從2014 年開始逐步展開，硬質礦石破碎技術的應用已開始規模化。近年來，在礦石加工領域，一般采用高壓輥磨機對礦石進行細/超細粉碎。高壓輥磨機在鐵（鉻）精整加工中也非常流行。在細碎操作中，原破碎設備被隨后的研磨和選礦操作所取代，以制備材料，或兩者協同工作，類似于水泥操作的應用。高壓輥磨機的效率比傳統的輥式破碎機要高，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，導致消耗成本增加，破碎后產品細度不穩定。另外，由于需要頻繁調整壓路機和操作的復雜性，導致設備推廣延遲甚至停滯。通過開發和改進凹球和立桿輥面工藝，有效地解決了軋輥磨損問題。

2 高壓輥磨機工作原理及結構特征分析

（1）工作原理。高壓輥磨機是在技術進步和傳統磨機技術的基礎上研制出來的，設計和制造相對簡單。在實踐中，高壓輥磨機是根據純壓力原理設計和制造的。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。當強度達到一定水平時，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動，使材料得到充分的擠壓。滾筒表面是礦山生產加工過程中與礦石直接接觸的地方。材料的結構和熱處理必須適應礦石本身的性質[2-5]。

（2）結構特點。高壓輥磨的壓力和傳動元件主要由機架和高壓軋輥組成。高壓輥可根據材料特性產生不同的壓力。表面應安裝耐磨板。在壓力調節過程中，液壓缸可沿導槽移動。通過使用減速器驅動，，物料補充在輥子之間進行，形成高壓壓實塊。高壓輥式破碎機在實踐中不同于傳統的輥式破碎機。首先，由于聚集系統的特殊性，擠壓速率必須是恒定的。其次，實際速度非常低。在輥速較高的情況下，材料可能會在輥表面滑動，這對設備的使用壽命有很大的影響。為保證破碎區高壓狀態良好，應根據生產和加工要求安裝加壓裝置;最后，應選擇強度值較高的耐磨材料。

3 高壓輥磨機在礦物加工工程中的重點應用環節

（1）作為精細/超精細加工設備。除金剛石礦石的分離破碎和精礦球團的預破碎外，高壓輥磨機已逐漸成為選礦領域的重要設備。高壓輥磨機可將粒徑為20mm～65mm 的礦物原料磨成3mm～10mm 的細料。該產品可直接作為后續球磨回路的給礦或篩分后直接進入球磨回路。根據基本條件和技術要求，高壓輥式破碎機可與開路或閉路篩分機配套使用。另外，作為一種獨特的回路，高壓輥磨機可以分別截取邊緣和中間產品。高壓輥式破碎機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與球磨機回路之間破碎能耗的分配。一般來說，篩分粒度越小，高壓輥磨機的能耗越高，整個系統的能耗指標就越低。另外，篩分越小，篩分越困難，效率越低。實踐表明，當粒徑小于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定標準，將影響設備的運行效率，提高系統的能耗指標。當然，高壓輥磨機的能源效率要高于用于機械研磨的球磨機。

（2）作為半終磨／終磨加工處理設備。在水泥材料加工生產過程中，高壓輥磨機的應用經歷了預粉磨設備、半精密粉磨設備和終粉磨設備三個重要的發展階段。首先，采用高壓輥磨機作為預粉磨設備時，預粉磨產品的粒度相對較粗，經過一段時間的粉磨可以得到最終產品。在100μm～1 000μm 的球磨設備中，最終產物要再經過一段時間的球磨獲得。高壓輥磨機作為最終粉磨設備，完全可以替代球磨系統，直接獲得粒度在30μm～250μm 之間的產品，水泥原料加工與選礦有本質區別。水泥物料的粉磨分級采用干式，采用高壓輥磨機和風力分級機作為閉環系統。以石灰石破碎為例。石灰石是水泥生產和加工的主要原料。不同產地石灰石的破碎特性差異較大，原礦含水率在0%～10%之間。分級機和分級機組成了一個完整的分級機和高壓輥操作系統。原礦首先進入分級機，在粗品粒度較大的情況下獲得靜態分級效果，小粒度和粗產品得到動態分級，進料源由二者協同完成。動態級的轉速直接決定了分選粒度。最終研磨產品與旋風分離器中的氣流分離。風機的主要作用是提高分級機與旋風分離器之間的空氣循環效率。斗式提升機用于垂直提升物料，減少占地面積。結合16 KWH/t 的功率指標，石灰巖系統的能耗為11 KWH/t，主要包括高壓輥磨機、風力分級機、斗式提升機和風力機的能耗。實踐表明，高壓輥磨最終系統比高壓輥磨精磨球磨系統更節能，節能40%以上。目前，在選礦領域，使用干粉磨系統已成為一種實踐經驗。這些干粉系統,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品作為下游干粉磁選或焙燒作業的原料。每個選礦廠都可以對含水物料進行干燥和研磨，但由于原料的性質不同，處理是不同的。以美Gold公司開發的雙室管磨為例。該公司組裝了第一套由環形電機驅動的雙室管軋機系統，實際功率約為11.2 MPa。生產能力達到400t/h，經過長期的理論和實踐研究，引進了兩種完全改進的雙管室粉末生產系統。有效長度12.5 米,真正的無齒輪傳動,總裝機約7.5MW,總處理能力約200t/h。礦物加工實際應用,也可以利用風力分級機干磨,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的干磨系統已被引入選礦領域[6]。

4 高壓輥磨機在礦物加工工程中的應用探析

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

（2）鐵礦石加工應用。在鐵礦石加工過程中，需要使用以粗礦石預處理或研磨為主要功能的高壓輥磨機，使用高壓輥磨機可以有效地替代傳統的球磨機。例如，如某公司引入了高壓輥磨機。這種設備的合理使用可以解決球團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的問題，從而獲得了最佳的處理效果。不同輥磨機的輥徑、寬度和加工能力受到先進技術和加工能力的影響。在球團廠逐步引進高壓輥磨機進行預處理，使精礦和表面處理得到全面改善。對于高壓輥磨機，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 發展趨勢

近年來,高壓輥式破碎機在煤礦中已經取得了巨大進步。隨著世界礦業的逐步復蘇，礦業企業對高壓輥磨機的需求逐漸增加。山西金都鉬業有限公司是首家在有色金屬礦山引進高壓輥磨機進行細磨作業的國有企業。在南非安裝和調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。高壓輥磨機的主要目標是降低生產成本，使生產面向經濟和環境，提高企業的競爭力。鑒于世界能源短缺日益嚴重，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。鑒于上述特點和設備的結構特點，與國內外超細磨設備的研發相比，高壓輥式破碎機具有明顯的優勢[7,8]。

在選礦過程中，由于高壓輥磨機的實際應用，逐漸克服了磨輥表面磨損的問題，選礦磨礦技術也逐漸發展起來。如何促進高壓輥磨機與其它加工技術的有機結合，如何開發和利用高壓輥磨機創新技術的優勢，是業界有待探索的新課題。同時，如何有效解決高壓輥式破碎機存在的問題，提高設備運行效率，降低基礎構件的磨損率，節約維護保養費用，因此延長設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、精細化、混合化和可持續發展理念，提高設備投資成本控制水平，減少環境污染，已成為礦業環境效益和經濟效益最大化的主要目標。在這方面，高壓輥磨機將能夠發揮其在處理設施方面的優勢，最終有助于整個行業的良性發展。