高壓輥磨機(jī)應(yīng)用探討
發(fā)布時(shí)間： 2017/9/30 10:11:05
高壓輥磨技術(shù)起源于 20 世紀(jì)早期的煤成型技術(shù)，1979年 Schonert 教授取得高壓輥磨機(jī)專利，20 世紀(jì) 80年代中期，高壓輥磨機(jī)開始應(yīng)用于水泥領(lǐng)域的破碎工作，處理易破碎物料，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，為水泥行業(yè)的節(jié)能降耗和提高生產(chǎn)率帶來了革命性改變。此后，隨著新型耐磨輥面的出現(xiàn)，高壓輥磨機(jī)逐漸用于處理更硬、更堅(jiān)韌、磨蝕度更高的礦物，目前已廣泛用于金剛石、鐵礦石、石灰石、銅礦石和金礦石的細(xì)碎和超細(xì)碎作業(yè)。
1 高壓輥磨機(jī)技術(shù)優(yōu)勢(shì)
高壓輥磨工藝與傳統(tǒng)的碎磨工藝相比，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在節(jié)能、預(yù)拋尾降低后續(xù)入磨量，以及改善后續(xù)選別加工指標(biāo)。
1.1 節(jié)能優(yōu)勢(shì)
相對(duì)于傳統(tǒng)的破碎機(jī)和磨機(jī)，高壓輥磨機(jī)最主要的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于節(jié)能。根據(jù)國內(nèi)外選廠的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，高壓輥磨工藝相比于傳統(tǒng)的碎磨工藝節(jié)能 15% ～ 30%。與傳統(tǒng)的破碎磨礦設(shè)備相比，高壓輥磨機(jī)對(duì)物料的作用方式不同，在物料顆粒上相對(duì)緩慢地施加作用力，使物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞，能量利用率較高。
高壓輥磨機(jī)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在物料經(jīng)輥壓以后，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生微裂紋，降低后續(xù)磨礦的球磨功指數(shù)，使后續(xù)磨礦的單位功耗降低。另外，高壓輥磨機(jī)與傳統(tǒng)破碎機(jī)相比，產(chǎn)品細(xì)粉含量會(huì)大幅升高，也會(huì)相應(yīng)降低后續(xù)磨礦的單位功耗。
1.2 預(yù)拋尾降低后續(xù)入磨量
如果高壓輥磨機(jī)在第 3 段破碎機(jī)之后作為超細(xì)碎設(shè)備，可以稱為準(zhǔn)磨礦工藝，粒度上接近自磨/半自磨磨礦效果，能滿足常規(guī)粗磨后提前拋尾作業(yè)對(duì)物料粒度、解離度等特性的要求，與濕式粗粒拋尾聯(lián)合使用，可顯著減少后續(xù)入磨礦量，提高系統(tǒng)產(chǎn)能。
對(duì)于某些嵌布粒度較粗的超貧磁鐵礦石 (TTe < 15%)，高壓輥磨機(jī)的優(yōu)勢(shì)更加明顯。輥壓產(chǎn)品分級(jí)后進(jìn)行磁選預(yù)富集，可以拋掉大量脈石，提高入磨礦石品位，減少后續(xù)磨礦處理量，降低選礦成本，提高超貧磁鐵礦床的利用價(jià)值。
1.3 選別加工優(yōu)勢(shì)
高壓輥磨機(jī)破碎是準(zhǔn)靜壓粉碎，對(duì)物料實(shí)施料層粉碎，輥?zhàn)娱g的物料受擠壓后，物料與物料之間相互粉碎，在顆粒內(nèi)部產(chǎn)生了大量裂紋，使后續(xù)磨礦中有用礦物提前解離，在一定范圍內(nèi)可降低后續(xù)選別的給料粒度及藥劑消耗。同時(shí)，輥壓產(chǎn)品微裂紋的產(chǎn)生，可以減少后續(xù)磨礦的過磨和泥化現(xiàn)象，提高后續(xù)選別加工指標(biāo)。
高壓輥磨產(chǎn)品顆粒內(nèi)部存在大量的微裂紋，使其在堆浸工藝中有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，可以使浸出液更快、更深地滲入，提高有用礦物的浸出速度與浸出率，并且可降低堆浸工藝的復(fù)雜性，減少前期投資和運(yùn)行成本。
圖1 所示為高壓輥磨機(jī)常用的兩種堆浸工藝。高壓輥磨產(chǎn)品分為邊料和中心料，邊料粒度相對(duì)較粗，產(chǎn)生的微裂紋較少。高壓輥磨機(jī)開路工藝回收率較邊料返回工藝低，但前者的工藝流程簡(jiǎn)單，設(shè)備規(guī)格相對(duì)較小，投資與運(yùn)行成本較低。
（a）開路工藝
（b）邊料返回工藝
圖1 高壓輥磨機(jī)堆浸工藝
Fig.1 Heap leaching process for HPGR
2 典型的高壓輥磨工藝
高壓輥磨機(jī)可以在中碎后作為第 3 段破碎，也可以在細(xì)碎作業(yè)后作為第 4 段超細(xì)碎作業(yè)。高壓輥磨工藝按大類可以分為開路破碎、邊料返回破碎和振動(dòng)篩閉路破碎 3 種。
2.1 開路破碎工藝
高壓輥磨機(jī)開路破碎工藝是指高壓輥磨產(chǎn)品直接進(jìn)入下道作業(yè)工序，不再返回高壓輥磨機(jī)的破碎工藝。開路輥壓產(chǎn)品可以直接進(jìn)入球磨機(jī)磨礦，也可以先進(jìn)行分級(jí)，粗粒產(chǎn)品進(jìn)入球磨機(jī)磨礦。此工藝在輥壓產(chǎn)品細(xì)粉含量較高時(shí)優(yōu)勢(shì)明顯。
開路破碎工藝的優(yōu)點(diǎn)是工藝流程簡(jiǎn)單、順暢，系統(tǒng)穩(wěn)定，操作管理方便，但由于無分級(jí)作業(yè)，其產(chǎn)品粒度粗細(xì)不均，輥壓產(chǎn)品中會(huì)夾雜有少許大顆粒物料，對(duì)后續(xù)磨礦產(chǎn)生不良影響，選廠實(shí)際操作中可以加入適量大球，以緩解此類問題。
2.2 邊料返回破碎工藝
高壓輥磨機(jī)邊料返回破碎工藝是指高壓輥磨中間產(chǎn)品直接進(jìn)入下道作業(yè)工序，邊料再返回高壓輥磨機(jī)再次破碎的工藝。輥壓后中間產(chǎn)品可以直接進(jìn)入球磨機(jī)磨礦，也可以先進(jìn)行分級(jí)，粗粒產(chǎn)品進(jìn)入球磨機(jī)磨礦。此工藝在輥壓產(chǎn)品細(xì)粉含量較高時(shí)優(yōu)勢(shì)明顯。
此工藝同樣具有流程簡(jiǎn)單順暢、系統(tǒng)穩(wěn)定及操作管理方便等優(yōu)點(diǎn)，邊料所占比例可在 0 ～ 50% 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，但并不能把沒有經(jīng)過高壓輥磨機(jī)輥壓的粗粒礦物全部返回。與開路系統(tǒng)配置相比，粗顆粒產(chǎn)品所占比例有大幅下降，但破碎還是不徹底，輥壓產(chǎn)品中還會(huì)夾雜有少許大顆粒物料，對(duì)后續(xù)磨礦產(chǎn)生不良影響。
2.3 閉路破碎工藝
高壓輥磨閉路破碎工藝根據(jù)后續(xù)分級(jí)方式的不同分為干式篩分和濕式篩分兩種。
高壓輥磨機(jī)干式篩分需要配置打散機(jī)，對(duì)輥壓機(jī)料餅進(jìn)行打散，否則篩分效率會(huì)大大降低。此外，由于整個(gè)流程采用干式磨礦、干式篩分和干式選別，因此對(duì)物料水分含量要求較高，不宜處理含水量較高的物料，同時(shí)還要注意防塵工作，需配備除塵設(shè)備等。該流程主要應(yīng)用于非金屬礦和含泥少的礦石，以及缺水、干旱地區(qū)。
高壓輥磨機(jī)濕式篩分工藝一般不需要打散裝置，常與預(yù)富集工藝聯(lián)合應(yīng)用，以提高后續(xù)入磨品位，減少入磨量。目前該工藝在我國礦山應(yīng)用廣泛，代表礦山有重鋼西昌礦業(yè)有限公司太和鐵礦、馬鋼南山鐵礦凹山選廠及智利 CMH 公司等選廠。
3 應(yīng)用于頑石破碎的探討
3.1 頑石破碎工藝的必要性
自磨/半自磨工藝中會(huì)產(chǎn)生臨界尺寸顆粒，稱為頑石，是自磨和半自磨排料經(jīng)篩分后的篩上部分。頑石粒度范圍一般在 25 ～ 90 mm。這些礦石粒度太大，在自磨工藝中不能被其他大塊物料破碎，在半自磨中也不能被鋼球破碎，而作為研磨介質(zhì)粒度又太小。頑石的存在導(dǎo)致磨機(jī)輸入功率不變，循環(huán)負(fù)荷加大，致使磨礦的單位能耗升高。此外，如果磨機(jī)中臨界尺寸的物料太多，磨礦過程會(huì)從以沖擊為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐匝心橹鳎瑢?dǎo)致過磨，使產(chǎn)品粒度過細(xì)，因此，自磨/半自磨機(jī)常常與頑石破碎設(shè)備結(jié)合應(yīng)用。
3.2 高壓輥磨機(jī)作為頑石破碎機(jī)的優(yōu)勢(shì)
頑石粒度范圍一般在 25 ～ 90 mm，傳統(tǒng)的圓錐破碎機(jī)作為頑石破碎機(jī)，產(chǎn)品粒度仍然相對(duì)偏大，部分可能仍在頑石粒度范圍之內(nèi)，頑石破碎效果不佳。利用高壓輥磨機(jī)作為頑石破碎機(jī)，產(chǎn)品粒度較細(xì)，能有效解決頑石問題，并且頑石經(jīng)高壓輥磨機(jī)輥壓后，如果細(xì)粉含量較多，可分級(jí)后直接進(jìn)入后續(xù)球磨機(jī)磨礦。
3.3 高壓輥磨頑石破碎工藝
如上所述，高壓輥磨機(jī)用作頑石破碎機(jī)存在頑石產(chǎn)量小和頑石粒度大的問題。通常情況下，頑石先經(jīng)圓錐破碎機(jī)破碎后再進(jìn)入高壓輥磨機(jī)，圖2 所示為兩種典型的高壓輥磨機(jī)頑石破碎工藝。
圖2(a) 所示為高壓輥磨機(jī)作為頑石破碎機(jī)，輥壓產(chǎn)品返回半自磨/自磨機(jī)工藝。該工藝頑石先經(jīng)圓錐破碎機(jī)破碎，破碎產(chǎn)品給入高壓輥磨機(jī)，輥壓產(chǎn)品直接返回自磨/半自磨機(jī)。該工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單，適合輥壓后產(chǎn)品細(xì)粉含量較少的情況。
（a）輥壓產(chǎn)品返回半自磨 / 自磨機(jī)工藝
（b）輥壓產(chǎn)品先分級(jí)后進(jìn)入球磨機(jī)工藝
圖2 高壓輥磨頑石破碎工藝
Fig.2 Pebble crushing process for HPGR
圖2(b) 所示為高壓輥磨機(jī)作為頑石破碎機(jī)，輥壓產(chǎn)品分級(jí)后進(jìn)入球磨機(jī)工藝。該工藝頑石經(jīng)圓錐破碎機(jī)破碎后進(jìn)入高壓輥磨機(jī)，輥壓產(chǎn)品篩分后，篩上產(chǎn)品返回高壓輥磨機(jī)破碎，篩下產(chǎn)品給入旋流器給礦泵池。該工藝因頑石破碎后不返回自磨/半自磨機(jī)，可以釋放自磨/半自磨的產(chǎn)能，但多了一次篩分工藝，流程相對(duì)復(fù)雜，適合輥壓后產(chǎn)品中細(xì)粉含量較多的情況。
4 高壓輥磨產(chǎn)品球磨功指數(shù)
邦德球磨功指數(shù)是指在磨礦作業(yè)中將某一指定粒度的礦石磨至某一要求的粒度所消耗的功，以此作為評(píng)判輥壓前后礦石磨礦難易程度的標(biāo)準(zhǔn)。
高壓輥磨產(chǎn)品的邦德球磨功指數(shù)較傳統(tǒng)破碎產(chǎn)品一般會(huì)有所降低，降低的程度是目前所有高壓輥磨生產(chǎn)商、客戶和學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注的問題。各方一致認(rèn)為，高壓輥磨對(duì)下游的磨礦效率有直接或間接的好處，依據(jù)是，輥壓出料顆粒中的微裂紋使下游的磨礦變得更容易。目前邦德球磨功指數(shù)的試驗(yàn)和計(jì)算方法是將物料破碎到全部通過 3.36 mm 控制篩，對(duì)篩下物料進(jìn)行粉磨，以磨機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈產(chǎn)出的小于測(cè)試篩孔的物料質(zhì)量、給料和產(chǎn)品 80% 通過的孔徑來計(jì)算磨礦的球磨功指數(shù)，計(jì)算公式為
目前輥壓產(chǎn)品球磨功指數(shù)的計(jì)算方法一直都沿用邦德球磨功指數(shù)計(jì)算公式，而此公式是基于傳統(tǒng)的破碎產(chǎn)品粒度曲線而定，傳統(tǒng)破碎產(chǎn)品和高壓輥磨產(chǎn)品的粒度曲線如圖3 所示。由圖3 可知，破碎機(jī)和高壓輥磨的給料和產(chǎn)品 80% 通過的孔徑都相同或相近，不考慮磨機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈產(chǎn)出的小于測(cè)試篩孔的物料質(zhì)量的影響，用邦德公式計(jì)算出的兩種產(chǎn)品的球磨功指數(shù)相近。而且兩種產(chǎn)品的粒度分布曲線相差較大，雖然 P80值相似，但高壓輥磨產(chǎn)品更細(xì)，對(duì)后續(xù)的磨礦更有利，而用邦德功指數(shù)計(jì)算公式計(jì)算出的功指數(shù)沒有體現(xiàn)出這種變化。
圖3 高壓輥磨機(jī)與圓錐破碎機(jī)產(chǎn)品粒度分布對(duì)比
Fig.3 Comparison of size distribution of product from HPGR and cone crusher
進(jìn)行邦德球磨功指數(shù)試驗(yàn)時(shí)，如果物料中細(xì)粒級(jí)含量較多，則直接將細(xì)粒級(jí)篩除，并添加一定數(shù)量的新物料至需求量后進(jìn)行試驗(yàn)，此時(shí)計(jì)算出的球磨功指數(shù)值就無法體現(xiàn)高壓輥磨產(chǎn)品中細(xì)粉含量高對(duì)后續(xù)磨礦處理的優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況有所偏差。
5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
5.1 給料
(1) 高壓輥磨機(jī)在使用中必須密實(shí)給料，如果給料松散，輥面的受力不均，會(huì)降低輥面壽命。
(2) 高壓輥磨機(jī)給料中必須有適當(dāng)粉料，不能僅僅處理篩上物料，否則輥面壽命會(huì)大幅降低。
(3) 高壓輥磨機(jī)給料要均勻，否則會(huì)導(dǎo)致擠壓輥偏斜，降低擠壓效果，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致主機(jī)跳停。
5.2 過鐵處理
高壓輥磨機(jī)給料中如果存在金屬物會(huì)降低輥面的壽命，接近或大于輥縫尺寸的金屬給入高壓輥磨機(jī)，會(huì)造成局部輥面負(fù)荷過大，導(dǎo)致柱釘或輥面破壞。如果高壓輥磨機(jī)給料中有金屬物，可以采取下列措施保護(hù)輥面。
(1) 在高壓輥磨機(jī)給料皮帶上安裝金屬探測(cè)器及除鐵器。
(2) 如果是閉路篩分，可以在篩上物料出料端上方安裝除鐵器，此時(shí)篩上物料處于揚(yáng)起的松散狀態(tài)，能有效除去其中的磁性金屬礦物。
(3) 在自磨/半自磨機(jī)工藝中，如果圓錐破碎機(jī)和高壓輥磨機(jī)聯(lián)合作為頑石破碎設(shè)備，可以在磨機(jī)排料端安裝弧形除鐵器 (僅限于非磁性和弱磁性礦物)，對(duì)自磨/半自磨機(jī)排礦進(jìn)行除鐵，并在后續(xù)返料皮帶上安裝金屬探測(cè)器和除鐵器，確保返料中的金屬物全部除去。
(4) 除鐵系統(tǒng)中除鐵器要和金屬探測(cè)器聯(lián)合使用，因除鐵器只能除去給料中的磁性金屬，對(duì)于非磁性金屬，要利用金屬探測(cè)器人工除去。
5.3 旁路系統(tǒng)
目前許多有條件的礦山已經(jīng)在高壓輥磨系統(tǒng)中設(shè)置了旁路系統(tǒng)，在高壓輥磨機(jī)出現(xiàn)故障、定期檢修及更換輥面時(shí)可以不耽誤生產(chǎn)。旁路系統(tǒng)適合三段閉路破碎 + 高壓輥磨機(jī)超細(xì)碎工藝流程，在高壓輥磨機(jī)停車或某些特殊情況下 (如連續(xù)雨天、空氣濕度過大、高壓輥磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不佳)，物料可以直接進(jìn)入后續(xù)球磨機(jī)，使生產(chǎn)連續(xù)。
6 結(jié)語
隨著高壓輥磨機(jī)輥面壽命和整體性能的提高，高壓輥磨機(jī)在礦山得到了認(rèn)可，但目前高壓輥磨機(jī)數(shù)據(jù)庫建設(shè)還不完善，在頑石破碎方面也沒有達(dá)成一致的共識(shí)。并且對(duì)于高壓輥磨產(chǎn)品邦德功指數(shù)的試驗(yàn)和計(jì)算，目前國內(nèi)外使用的方法已經(jīng)不完全適用于高壓輥磨機(jī)產(chǎn)品，希望各方加強(qiáng)此方面探索，找到通用的修正方法，更好地指導(dǎo)高壓輥磨機(jī)的應(yīng)用實(shí)踐。
該文選自《礦山機(jī)械》2016年第7期