高压辊磨机在矿物加工工程中的应用分析

王 珊，王 皓，蒋万君

（中铝国际工程股份有限公司昆明分公司，云南 昆明 650000）

目前，高压辊磨机在加工设备中起着越来越重要的作用。但是，由于高压辊磨机的技术现状和诸多因素的局限性，与水泥行业相比，其在提升领域的推广速度相对较慢。随着我国社会经济的快速发展，矿产资源的消耗也随着各种资源的消耗而加快，特别是工业的消耗。矿产资源的消耗会带来一系列的生态环境问题。越来越多的企业把发展环境保护作为未来发展的重要主题。在这方面，由于技术、环境、经济等方面的局限性，我国矿山企业要抓住机遇，迎接挑战，必须走引进、吸收、依靠先进有效的新设备的发展道路。20 世纪80 年代推出的高压辊磨机在水泥、化工等行业取得了巨大成功。为了有效地提高整个破碎系统的生产率，该设备可用于制造过程中。与传统的粉磨方法相比，粉磨系统总能耗可降低25～50%，更节能环保。采用高压辊式破碎机破碎矿石，简化了破碎过程，提高了破碎效率和系统的生产能力。高压辊磨机在选矿工程中的应用，可以尽快发现缺陷，改进管理和工艺，最大限度地提高效率[1]。

1 应用现状

高压辊磨机在工业上的应用和发展过程可概括为三个阶段：1986～1994 年，在水泥工业和金刚石采矿业得到广泛应用；1995 年至2010 年，铁矿石在应用和加工业务中得到普遍认可，并应用于铜金矿半成品规模和工业规模。此时，辊道面技术的研发和完善已从2014 年开始逐步展开，硬质矿石破碎技术的应用已开始规模化。近年来，在矿石加工领域，一般采用高压辊磨机对矿石进行细/超细粉碎。高压辊磨机在铁（铬）精整加工中也非常流行。在细碎操作中，原破碎设备被随后的研磨和选矿操作所取代，以制备材料，或两者协同工作，类似于水泥操作的应用。高压辊磨机的效率比传统的辊式破碎机要高，但不能夸大其能量效率。金属矿破碎初期，辊面磨损问题加剧，导致消耗成本增加，破碎后产品细度不稳定。另外，由于需要频繁调整压路机和操作的复杂性，导致设备推广延迟甚至停滞。通过开发和改进凹球和立杆辊面工艺，有效地解决了轧辊磨损问题。

2 高压辊磨机工作原理及结构特征分析

（1）工作原理。高压辊磨机是在技术进步和传统磨机技术的基础上研制出来的，设计和制造相对简单。在实践中，高压辊磨机是根据纯压力原理设计和制造的。在高压空间中，材料颗粒聚集在一起，材料碰撞和压缩。随着压力的增加，材料之间的间隙逐渐减小。当强度达到一定水平时，材料会完全破碎。在高压辊磨过程中，不同的辊可以向相反的方向运动，使材料得到充分的挤压。滚筒表面是矿山生产加工过程中与矿石直接接触的地方。材料的结构和热处理必须适应矿石本身的性质[2-5]。

（2）结构特点。高压辊磨的压力和传动元件主要由机架和高压轧辊组成。高压辊可根据材料特性产生不同的压力。表面应安装耐磨板。在压力调节过程中，液压缸可沿导槽移动。通过使用减速器驱动，，物料补充在辊子之间进行，形成高压压实块。高压辊式破碎机在实践中不同于传统的辊式破碎机。首先，由于聚集系统的特殊性，挤压速率必须是恒定的。其次，实际速度非常低。在辊速较高的情况下，材料可能会在辊表面滑动，这对设备的使用寿命有很大的影响。为保证破碎区高压状态良好，应根据生产和加工要求安装加压装置;最后，应选择强度值较高的耐磨材料。

3 高压辊磨机在矿物加工工程中的重点应用环节

（1）作为精细/超精细加工设备。除金刚石矿石的分离破碎和精矿球团的预破碎外，高压辊磨机已逐渐成为选矿领域的重要设备。高压辊磨机可将粒径为20mm～65mm 的矿物原料磨成3mm～10mm 的细料。该产品可直接作为后续球磨回路的给矿或筛分后直接进入球磨回路。根据基本条件和技术要求，高压辊式破碎机可与开路或闭路筛分机配套使用。另外，作为一种独特的回路，高压辊磨机可以分别截取边缘和中间产品。高压辊式破碎机的操作和筛分闭路往往直接决定原料的分布和粒度，从而影响到高压辊磨机与球磨机回路之间破碎能耗的分配。一般来说，筛分粒度越小，高压辊磨机的能耗越高，整个系统的能耗指标就越低。另外，筛分越小，筛分越困难，效率越低。实践表明，当粒径小于6mm 时，干法筛分效率明显降低，必须采用湿法筛分。但必须指出的是，矿物原料湿法筛分的水分含量是一个问题。如果矿石含水量超过规定标准，将影响设备的运行效率，提高系统的能耗指标。当然，高压辊磨机的能源效率要高于用于机械研磨的球磨机。

（2）作为半终磨／终磨加工处理设备。在水泥材料加工生产过程中，高压辊磨机的应用经历了预粉磨设备、半精密粉磨设备和终粉磨设备三个重要的发展阶段。首先，采用高压辊磨机作为预粉磨设备时，预粉磨产品的粒度相对较粗，经过一段时间的粉磨可以得到最终产品。在100μm～1 000μm 的球磨设备中，最终产物要再经过一段时间的球磨获得。高压辊磨机作为最终粉磨设备，完全可以替代球磨系统，直接获得粒度在30μm～250μm 之间的产品，水泥原料加工与选矿有本质区别。水泥物料的粉磨分级采用干式，采用高压辊磨机和风力分级机作为闭环系统。以石灰石破碎为例。石灰石是水泥生产和加工的主要原料。不同产地石灰石的破碎特性差异较大，原矿含水率在0%～10%之间。分级机和分级机组成了一个完整的分级机和高压辊操作系统。原矿首先进入分级机，在粗品粒度较大的情况下获得静态分级效果，小粒度和粗产品得到动态分级，进料源由二者协同完成。动态级的转速直接决定了分选粒度。最终研磨产品与旋风分离器中的气流分离。风机的主要作用是提高分级机与旋风分离器之间的空气循环效率。斗式提升机用于垂直提升物料，减少占地面积。结合16 KWH/t 的功率指标，石灰岩系统的能耗为11 KWH/t，主要包括高压辊磨机、风力分级机、斗式提升机和风力机的能耗。实践表明，高压辊磨最终系统比高压辊磨精磨球磨系统更节能，节能40%以上。目前，在选矿领域，使用干粉磨系统已成为一种实践经验。这些干粉系统,主要用于处理铁矿石,铁精矿、金矿和铁矿的矿石、镍矿来获得一些干粉产品作为下游干粉磁选或焙烧作业的原料。每个选矿厂都可以对含水物料进行干燥和研磨，但由于原料的性质不同，处理是不同的。以美Gold公司开发的双室管磨为例。该公司组装了第一套由环形电机驱动的双室管轧机系统，实际功率约为11.2 MPa。生产能力达到400t/h，经过长期的理论和实践研究，引进了两种完全改进的双管室粉末生产系统。有效长度12.5 米,真正的无齿轮传动,总装机约7.5MW,总处理能力约200t/h。矿物加工实际应用,也可以利用风力分级机干磨,只要材料特性得到充分的考虑。这也意味着高压辊式破碎机的干磨系统已被引入选矿领域[6]。

4 高压辊磨机在矿物加工工程中的应用探析

（1）金刚石矿石被分解和压碎。高压辊磨机在选矿和金刚石矿石分离破碎中应用较早。从各种研磨数据可以看出，这种研磨方法可以节省更多的资源，并且不会导致原料的大量损失，从而获得更好的研磨产品。在选矿过程中，当高压辊磨机的实际性能高于金刚石时，对金刚石的质量几乎没有影响。实际上，需要处理的矿石量在增加。高压辊磨机的改进使其更适合于矿石生产。经过综合改进，高压辊磨机调速电机的驱动功率更高，表面采用了非常光滑的镍硬质合金材料。根据加工要求，使用一段时间后需要更换辊面，可有效提高其性能。轧辊磨损问题应通过更换轧辊表面和用专用设备磨削轧辊表面来控制。高压辊磨机在运行中出现故障之后，对矿物加工会产生较为严重的影响，会直接导致工作效率不断降低，因此，有必要针对高压辊磨机改造的现状，采取措施对其进行改进，以保证其运行效率的有效提高。高压辊式破碎机在选矿厂的应用，可以解决破碎过程中处理能力低的问题，使生产系统的运行能力增加600 万吨/年。

（2）铁矿石加工应用。在铁矿石加工过程中，需要使用以粗矿石预处理或研磨为主要功能的高压辊磨机，使用高压辊磨机可以有效地替代传统的球磨机。例如，如某公司引入了高压辊磨机。这种设备的合理使用可以解决球团矿在选矿过程中的性能问题。它改善了材料颗粒的性能，有效地减少了与铁矿石消耗有关的问题，从而获得了最佳的处理效果。不同辊磨机的辊径、宽度和加工能力受到先进技术和加工能力的影响。在球团厂逐步引进高压辊磨机进行预处理，使精矿和表面处理得到全面改善。对于高压辊磨机，在采用球磨法之前，可以有效地提高矿石加工阶段的精度。

5 发展趋势

近年来,高压辊式破碎机在煤矿中已经取得了巨大进步。随着世界矿业的逐步复苏，矿业企业对高压辊磨机的需求逐渐增加。山西金都钼业有限公司是首家在有色金属矿山引进高压辊磨机进行细磨作业的国有企业。在南非安装和调试了两个铂族聚集器，并在贵金属矿山使用高压磨辊方面取得了新的突破。高压辊磨机的主要目标是降低生产成本，使生产面向经济和环境，提高企业的竞争力。鉴于世界能源短缺日益严重，大型采矿公司在粉碎过程中减少能源消耗是很重要的。高压辊式破碎机具有较高的处理能力，提高了能源效率，工作面积小通过量波动大，符合多碎少磨、磨粒度小思想。鉴于上述特点和设备的结构特点，与国内外超细磨设备的研发相比，高压辊式破碎机具有明显的优势[7,8]。

在选矿过程中，由于高压辊磨机的实际应用，逐渐克服了磨辊表面磨损的问题，选矿磨矿技术也逐渐发展起来。如何促进高压辊磨机与其它加工技术的有机结合，如何开发和利用高压辊磨机创新技术的优势，是业界有待探索的新课题。同时，如何有效解决高压辊式破碎机存在的问题，提高设备运行效率，降低基础构件的磨损率，节约维护保养费用，因此延长设备使用寿命也引起了选矿界的高度重视。深度整合同一资源的贫困化、精细化、混合化和可持续发展理念，提高设备投资成本控制水平，减少环境污染，已成为矿业环境效益和经济效益最大化的主要目标。在这方面，高压辊磨机将能够发挥其在处理设施方面的优势，最终有助于整个行业的良性发展。