高压辊磨机与大型立磨联合粉磨工艺的研究与分析

导读

以粉碎工艺的发展过程为出发点，介绍了高压辊磨机和立磨机的工作原理和优点，阐述了组成组合粉碎工艺的可行性。通过分析现有高压辊磨、立磨和两种组合粉碎过程的典型过程，阐述了构成组合粉碎过程的优点，介绍了高压辊磨和立磨组合粉碎过程的研究现状。还提出了高压辊磨和立磨联合粉碎工艺今后的研究重点。

高压辊磨和球磨机的组合粉碎工艺已广泛应用于矿物加工生产，该工艺技术运行成熟稳定，尤其在水泥行业仍发挥着重要作用。随着矿石性质的贫困、细腻、杂货、困难等问题日益严重，对矿石抛光产品粒度的要求也越来越精细。选矿厂二段磨或粗精矿再磨采用了立式螺旋搅拌机(简称“立磨”)代替球磨机，高压辊磨和立磨联合组成粉碎工艺，大大降低了生产系统的能耗，提高了精矿品位，市场应用前景广阔。

1 碎磨工艺发展历程

高压辊磨自1980年问世以来，以其独特的粉碎原理和节能技术特点，迅速应用于水泥行业。高压辊轧机在美国亚利桑那州铜矿的成功应用，引起了业界的极大关注，此后一直在全球金属矿山得到推广和应用。国内金属矿山采用高压辊磨，起步较晚。2006年，高压辊推机首次在马江凹陷山选矿厂用于矿石粉碎，后在唐钢、紫英、铁矿等矿选厂应用。金堆城钼业是国内第一个使用高压辊磨的有色金属矿山。

为了解决球磨机效率低、能耗大等问题，高压辊磨和球磨机开始联合进行粉碎工艺。高压辊推机对矿石进行提前精细处理，有效控制球磨机的供应粒度。通过高压辊推机挤压的矿石会产生微小的裂缝，从而降低材料的邦德公知水，从而大大减少系统能耗，同时，易磨的矿石减少了球磨机的磨损，降低了矿山企业选矿工作的生产成本。高压辊磨和球磨机的联合粉碎工艺在硬岩处理方面具有巨大的节能潜力和成本优势。特别是在处理磁铁矿时，该工艺有效地提高了后尾率，实现了“能早扔”，提高了抛光设备的能源利用率，大大降低了与球磨机相关的脆弱部件的磨损，目前已成为金属矿山非常重要的工艺过程。

2 高压辊磨机的工作原理及优势

高压辊磨由机架、进料系统、传动系统、挤压辊组装、液压系统、润滑系统等组成，根据安装在机架水平导轨上的两个平行排列和反方向旋转的挤压辊工作，液压系统通过辊对材料施加高达300 MPa的压力。

高压辊磨的工作原理是材料层粉碎。工作时，材料从供应口进入滚子和固定辊之间的破腔。连续作业的高压辊和材料自重，材料被强行压入不断压缩的破洞中压缩和压缩。填满的材料在巨大的压力下破碎，最终矿石材料排出了坚硬、充满裂纹的面包，高压辊小麦层粉碎原理如图1所示。

图1高压辊磨粉碎原理

高压辊磨机运行时，液压系统会出现矿石破碎、细小裂纹，材料磨损性得到了很大改善，在后续工序的磨机上容易打磨，为节省大量能源消耗提供了足够的压力。矿物经过高压辊磨处理后，不仅有较好的选择性粉碎效果，还形成了大量的微细颗粒和微细颗粒产品，使矿物完成了初步分解，具备了较好的分类条件，实现了“多粉碎少磨”。高压辊磨不仅能效高，而且占地面积小、处理能力大，引起了矿山企业的极大重视，将高压辊磨结合到粉碎工艺过程中，开始发挥巨大优势。

3 立磨机的工作原理及优势

1952年，日本的康丹中胜发明了世界上第一台立磨(日本塔式小麦)。立式推力主要由机架、枪管、螺旋混合器、驱动装置等组成，其中机架主要起到支撑其他部件的作用，螺旋混合器能很好地混合矿石材料。驱动装置主要由电动机、减速器、联轴器等组成，起到为螺旋混合器提供动力的作用。

立磨的工作原理是在螺旋搅拌器的旋转和重力作用下研磨矿物，与介质球摩擦，摩擦表面。工作时，桶体内有一定量的研磨介质(一般是钢球或陶瓷球)。电机通过减速器驱动螺旋混合器的旋转，引导研磨介质和材料在通体内进行多维旋转运动，材料和研磨介质在挤压压力下起到摩擦、剪切、冲击挤压等作用，有效地粉碎材料。磨料自身重力及螺旋混合器的搅拌下的研磨主要发生在枪管的下半部分，合格的矿物颗粒从枪管上半部分流动的出风口流出，不合格的颗粒进入枪管的下半部分继续研磨，减少材料磨损，如图2所示。

图2立磨工作原理

垂直推磨机主要依靠介质和矿石的摩擦来粉碎磨，而球磨机则依靠桶本身的旋转来带动磨介质和矿物碰撞的磨。产品粒度比较粗的时候，球磨机的研磨效果比较好，产品粒度比较精细的时候，球磨机的能耗会大大增加。用冲击粉研磨微细矿石时效率低，表面摩擦方法更有效。因此，随着抛光粒度的进一步细化，垂直推力显示出巨大的节能优势。另外，由于立磨搅拌强度低，与球磨机相比，可以有效地减少零部件的磨损损失。采用高密度矿山介质口，半径小，不易破碎，进一步提高了矿石颗粒的细度，实现了内部循环控制磨矿，提高了选矿回收率。立密机在难选矿物的微细小麦分类中具有很大的优势，国内很多企业积极推出该技术和产品，并得到市场认可，立密机得到了广泛的应用。

随着高压辊磨技术的不断发展，配料粒度越来越细，目前德国洪堡(MBE)公司已达到P80=1 mm，完全可以满足大型立磨的供应需求。此外，目前还解决了高压辊磨辊面磨损问题，还解决了立磨机的启动、螺旋叶片的快速磨损等问题。理论上，完全具备高压辊磨和立磨高效低功率耦合粉碎过程的条件。

4 典型工艺流程

4.1 现有高压辊磨机碎磨流程

高压辊磨机的破碎比、生产效率、工艺配置简单，不仅能完成基本的矿石粉碎，还简化了后续的采矿工作。目前多采用高压辊磨和球磨机联合研磨的工艺，一般高压辊磨开路破碎后立即进入球磨机，其特点是程序简单，投资少。

图3示出了高压辊磨返回的辊磨-分级球磨工艺，返回到边缘材料的矿石在再次处理辊磨后，减少了挤压过程中边缘效果对小麦供应的影响。该工艺占地面积小，操作效率高，适应性广，易于实施。

图3高压辊磨边材料返回的辊磨-球磨工艺

图4高压辊磨闭路辊磨-球磨工艺

图4示出了典型的高压辊磨闭路过程。将大型颗粒材料返回高压辊磨处理，将材料筛入球磨，可以有效地控制研磨粒度，选矿系统的节能效果更加明显。这个过程有助于实现对矿山各粒子级的高效粉碎，最终使矿产品粒度变窄，后续矿山更加容易，改善精矿品位和有用的矿产回收率。

4.2 现有立磨机工艺流程

选矿过程中，垂直推力一般用于二段或三段精矿再磨回路，使用垂直推力和小直径旋风形成闭路。如果材料足够细，可以生产细/超细级产品。

图5显示了立磨分级-磁选工艺。第二段磁选精矿进入旋转器预等级，溢流进行磁选，针刺进入立铣刀再磨，立推力配光再次进入旋转器等级。该工艺精细研磨效率高，粒度指标好，颗粒级分布范围窄，对精矿的“质量差”有很好的效果。

图5带有旋风分类的三级立磨工艺

4.3 高压辊磨机与立磨机联合碎磨工艺流程研究进展

近年来，随着矿产资源的不断消耗，矿山企业都面临着低品位精细级矿产资源开发利用的问题。为了进一步缩短采矿过程，充分发挥高压辊磨和立式磨的优势，选矿行业开始逐步探索利用高压辊磨和立式磨的联合粉碎工艺，以减少能耗，提高工艺质量。但是，高压辊磨处理的矿石粒度比较粗，不能直接进入立磨，必须开发合适的工艺，通过高压辊磨后的矿石满足立磨加工尺寸要求。目前，高压辊磨和立磨结合粉碎工艺属于新工艺过程，国内外许多研究机构和大型矿业公司开始了试验、研究和模拟分析。

通过对金矿的试验，Norgate、Weller等公司测试了高压辊磨在低压力下多阶段工作是否比高压力订单阶段能效更高，结果表明，金矿通过4次高压辊磨后，能耗开始缓解，1次和2次之间减少的幅度高达31%。因此，出现了多个串联高压辊。(威廉莎士比亚、Norgate、Norgate、WELLLER、WELLLLER等)Daniel等人对试验型高压辊磨机进行了试验，分析了多级串联高压辊磨机的粉碎效率变化，结果表明，前两次通过高压辊磨机的矿石大小最明显地减少，(大卫亚设、Northern  Exposure(美国电视)、成功)Rule等公司对实验室型高压辊轧机进行了实验，分析了两级高压辊磨机的压力变化对二级高压辊磨机粉碎矿石的影响。研究结果表明，虽然第一阶段抛光产品的粒度构成很好，但第二阶段增加的压力不会使矿石粒度大小明显减小，因此，为了优化第二阶段高压辊抛光过程的能耗，不需要增加第二阶段的压力。利用王y  .等实验室型设备，在高压辊磨机和水平搅拌机组合上进行了测试，结果表明，在多次通过实验室型高压辊磨机后，通过水平搅拌机处理重质碳酸钙，增加矿石通过高压辊磨机的次数，将提高水平搅拌机的产量。

Valery和Jankovic于2002年首次提出了用新的粉碎工艺合成高压辊磨和立式磨装置的概念。如图6所示，该工艺采用双级高压辊磨和立式磨细磨，取代了传统的磨球磨工艺。仿真结果表明，该过程将能耗减少了约45%，但没有进行实验测试。为了进一步验证高压辊磨与立磨联合粉碎工艺的可行性，Drozdiak等人对铜矿在同等条件下不同工艺的粉碎能耗、总工艺能耗、运行成本、项目投资等进行了比较分析，有力地证明了新型高压辊磨-立磨工艺优于传统的粉碎-球磨机工艺和高压辊磨-球磨机。北京科技大学的王成哲等人从铜矿中选取粗矿样品，分别使用自磨/半自动-球磨机、高压辊磨-球磨机、高压辊磨-立磨等进行抛光试验，并进行工艺过程建模与仿真。模拟试验结果表明高压辊磨-球磨机工艺和高压辊磨-立磨工艺

图6高压辊磨-立磨工艺

高压辊磨与立式轧机的结合粉碎工艺对节能、优化成本、简化工艺、提高矿物回收率、降低尾矿等级等有积极影响。目前矿业面临着从复杂金属矿石中提取高纯金属的问题，高压辊磨和立磨联合进行粉碎工艺的过程中发挥着巨大的潜力，具有广阔的市场应用前景。

5 结语

高压辊磨与立磨结合粉碎工艺的适应性和优势已成为选矿厂新一代粉碎工艺发展方向。目前，国内大部分企业逐渐认识到了用二、三段细磨推出立磨的优点。高压辊磨机逐渐用粉碎设备取代传统的破碎机，国内外一些筛选工厂开始用二、三段细磨取代球磨机，为进一步采用高压辊磨和立磨结合粉碎工艺奠定了良好的基础。高压辊磨和立磨的联合粉碎工艺还处于试验阶段，需要从以下几个方面进一步研究和分析。

(1)从整体来看，高压辊磨和立磨联合研磨工艺实际应用较少，因此需要进一步扩大应用。由于不同矿物的作用效果不同，需要进行充分的选矿试验工作，以确保粉碎过程对矿石材料的有效粉末，并最大限度地提高效率。

(2)合理的工艺设计是保证该过程高效运行的必要条件。工业生产过程包括确定粉碎工艺、组织生产工艺和选择设备等，为了进一步挖掘节能降耗潜力，需要充分考虑很多因素。

(3)高压辊磨与立磨结合粉碎工艺的操作参数多(排放粒度、操作压力、粉碎辊速度、辊缝、含水量等)，需要优化操作参数以获得最佳性能。考虑到实际生产中的问题，有必要调整高压辊磨和垂直磨的颗粒级分配，以取得更好的工艺效果。

高压辊磨和立式轧机都是高能效、高效的粉碎设备，应充分发挥各自的技术特点、能力和优势，有效解决工艺简化过程中出现的问题。要有效地将两种技术结合起来，形成独特的矿山行业节能先进的研磨工艺技术，促进行业的技术发展。

引用格式：

[1]罗成信、张国王、萧萧、曹舵、黄艺龙。高压辊磨机与大型立磨机联合粉碎工艺的研究分析[J]。矿山机械，2018，46(6):1-5。

来源：矿机之家

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