选矿破碎理论及破碎设备概述

第２１卷第１１期　２０１２年１１月中　国　矿　业ＣＨＩＮＡ　ＭＩＮＩＮＧ　ＭＡＧＡＺＩＮＥ　Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．１１Ｎｏｖ．　２０１２选矿破碎理论及破碎设备概述赵宇轩１，王银东２（１．本溪钢铁（集团）矿业有限责任公司，辽宁本溪１１１７００；２．中国中铁资源集团有限公司，北京１０００３９） 摘　要：本文首先介绍了破碎相关概念及破碎理论，在此基础上，对选矿厂常见破碎设备进行详细阐述，包括颚式破碎机、圆锥破碎机、冲击式破碎机及辊式破碎机，并对近年来研究应用较多的新型破碎设备（水冲式圆锥破碎机、惯性圆锥破碎机及高压辊磨机）作了相关介绍；重点阐述了破碎设备的工作原理、优缺点以及改进方法，以为相关应用实践，可供相关企业参考和借鉴。

关键词：破碎理论；破碎机；新型破碎设备 中图分类号：ＴＤ４５１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４－４０５１（２０１２）１１－０１０３－０３Ａｎ　ｏｖｅｒｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎＺＨＡＯ　Ｙｕ－ｘｕａｎ１，ＷＡＮＧ　Ｙｉｎ－ｄｏｎｇ２（１．Ｂｅｎｘｉ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｎｘｉ　１１１７００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｇｒｏｕｐ　Ｌｉｍｉｔｅｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００３９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｌａｔｅｄ　ｃｏｎｃｅｐｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｆｉｒｓｔ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ａｎｄ　ｔｈｅｃｏｍｍｏｎ　ｃｒｕｓｈｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｊａｗ　ｃｒｕｓｈｅｒ，ｃｏｎｅ　ｃｒｕｓｈｅｒ，ｉｍｐａｔ　ｃｒｕｓｈｅｒ　ａｎｄ　ｒｏｌｌｅｒ　ｐｒｅｓｓｅｒ，ａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｔｈｅｏｒｙ．Ａｌｓｏ，ｎｅｗ　ｃｒｕｓｈｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｗａｔｅｒ－ｊｅｔ　ｃｒｕｓｈｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｉｎｅｒｔｉａ　ｃｒｕｓｈｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｒｏｌｌｅｒ　ｍｉｌｌ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｏ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｅｘｔｅｎｔ．Ｅｍｐｈａｓｉｓ　ｉｓ　ｆｏｃｕｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｃｒｕｓｈｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，ｉｔｓ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ，ｓｏ　ａｓ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｔｏ　ｃｅｒｔａｉｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ． Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｔｈｅｏｒｙ；ｃｒｕｓｈｅｒ；ｎｅｗ　ｃｒｕｓｈｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ收稿日期：２０１２－０６－２２ 选矿设备与选矿工艺技术的发展是同步的，选矿设备水平不仅是选矿工艺水平的体现，也直接影响着生产过程、产品质量和综合经济效益，因此国内外非常重视选矿设备的开发和应用。

破碎作业是选矿工艺的首道工序，为磨矿作业提供适宜粒度物料。

由于磨矿作业电耗占选矿厂总电耗的５０％左右，成本比重大，因此研究“多碎少磨”，以更精细的破碎作业为磨矿环节提供更细物料，实现磨矿效率提升，节省运营费用，成为近年来的研究热点［１］。

这部分的研究，不仅包括对破碎理论本身的研究，还包括对破碎设备的研发和改进。

本文即阐述破碎相关理论，并在此基础上对破碎设备进行综述，以为相关研究应用者提供参考。

１　概述１．１　破碎比国内外一致认为，降低最终破碎产品的粒度是破碎作业增产、节能、降耗的重要用途，国内将这一思想归纳为“多碎少磨”。

破碎作业的作用主要体现在以下几方面：①满足分选机械对入选物料最大入选粒度的要求；②满足有用矿物与脉石的解离要求；③满足用户对选后产品粒度的要求。

开采的大块矿石，一般需经粗碎、中碎和细碎来达到上述要求。

每段破碎都会产生一个破碎比，破碎比即常用物料破碎前的平均粒度Ｄ与其破碎后的平均粒度ｄ之比：ｉ＝Ｄ／ｄ式中：ｉ为破碎比，一般ｉ＝３～３０。

破碎比的大小与所选用的破碎机械和破碎的矿石性质有关。

破碎机械所施加的机械力，可以是挤压力、劈裂力、弯曲力、剪切力、冲击力等，在一般机械中大多是两种或两种以上机械力的综合。

对于坚硬的物料，适宜采用产生弯曲和劈裂作用的破碎机械；对于脆性和塑性的物料，适宜采用产生冲击和劈裂作用的机械；对于粘性和韧性的物料，适宜采用产中国矿业第２１卷生挤压和碾磨作用的机械。

矿石破碎过程中所表现出来的抵抗外力的强度大小，称为矿石破碎的难易程度，它是衡量矿石可碎性的标准。

影响矿石破碎难易程度的最主要因素是矿石的硬度，而硬度主要取决于矿石的结构特性和矿物的结晶形态。

矿石的破碎方法，主要根据矿石的物理力学性质、矿石块料的尺寸和所要求的破碎比来选择。

由于破碎机构造和作用的不同，实际选用时，还应根据具体情况考虑下列因素：１）物料的物理性质，如易碎性、黏性、水分泥沙含量和最大给料尺寸等；２）成品的总生产量和级配要求，据以选择破碎机类型和生产能力；３）技术经济指标，做到既合乎质量、数量的要求，操作方便、工作可靠，又最大限度节省费用。

１．２　破碎理论破碎物料所消耗的功，一部分是使被破碎的物料变形，并以热的形式散失于周围空间；另一部分则用于形成新表面，变成固体的自由表面能。

针对破碎过程提出的理论有：１．２．１　面积假说破碎理论的面积假说是由德国学者Ｐ．Ｒ．雷廷格（Ｐ．Ｒ．Ｒｉｔｔｉｎｇｅｒ）于１８６７年提出的。

雷廷格认为：破碎过程是以减小物料颗粒尺寸为目的，破碎过程将使物料的表面积不断增加。

为此，物料破碎时，外力所做的功用于产生新表面，即破碎功耗与破碎过程中物料新生成表面的面积成正比。

面积假说只能近似地计算破碎比很大时的破碎总功耗，也就是只能近似地用在磨矿机的磨矿中，因为它只考虑了生成新表面所需的功。

１．２．２　体积假说破碎的体积假说是由俄国学者吉尔皮切夫与德国学者基克（ｋｉｃｋ）提出的。

体积假说认为：将几何形状相似的同类物料破碎成几何形状也相似的产品时，其破碎功耗与被破碎物料块的体积或质量成正比。

体积假说只能近似地计算粗碎和中碎的破碎总功耗，因为它只考虑了变形。

１．２．３　裂缝假说裂缝假说是由Ｆ．Ｃ．榜德（Ｆ．Ｃ．Ｂｏｎｄ）于１９５２年提出，它是介于面积假说和体积假说之间的一种破碎理论。

裂缝假说认为破碎矿石时，外力首先使物料块产生变形，外力超过强度极限以后，物料块就产生裂缝而破碎成许多小块，输入功的有用部分成为新生表面上的表面能，其他部分成为热损失。

因此，破碎所需的功，应考虑变形能和表面能两项，变形能和体积成正比，而表面能与表面积成正比。

２　破碎设备类型及介绍由于实现多碎少磨的关键是降低最终破碎产品粒度（即入磨粒度），因此在这一范围的研发工作中，破碎设备所占的比重大于粉磨设备。

为了实现多碎少磨，国内越来越多地引进国际先进破碎工程设备，并且越来越多地引进大型设备。

国内开发的破碎设备特点是类型多样化，部分产品也在向着大型化方向发展。

２．１　传统破碎设备传统破碎设备是研究应用较早，技术相对成熟，在选矿厂破碎作业方面得到公认的设备，一般包括颚式破碎机、圆锥破碎机（包含旋回破碎机）、冲击式破碎机和辊式破碎机。

２．１．１　颚式破碎机颚式破碎机有简单摆动型、复杂摆动型和混合摆动型三种。

颚式破碎机主要对原料进行粗破，为二级破碎做准备，适宜于破碎硬料或中硬度的原料，物料的含水率要求应不大于１０％。

给料时应注意两点：一是在物料进破碎机前，应预先将物料中的粉粒筛出，这对于提高破碎机的利用效率具有很大意义；二是给颚式破碎机供料应尽可能保证沿着整个进料口的宽度施加料，保证均匀加料，必要时可采用特别的加料器。

颚式破碎机具有结构简单、工作可靠、制造容易、维修方便、价格低廉、适用性强等优点。

缺点是破碎不连续、效率较低，破碎比小以及由于给矿不均匀引起的颚板磨损不均匀等。

颚式破碎机的改进方法有：优化结构与运动轨迹；改进破碎腔型，以增大破碎比，提高破碎效率，减少磨损，降低能耗，采用高深破碎腔和较小啮角；改进动颚悬挂方式和衬板的支承方式，改善破碎机性能；颚板采用新的耐磨材料降低磨损消耗；提高自动化水平。

新的机型，如双腔双动颚式破碎机，破碎比可达２０～５０，排料口调节方便，产量大；双腔回转破碎机，兼有颚式破碎机和圆锥破碎机的性能，其产量较同规格的颚式破碎机高５０％［２］。

２．１．２　圆锥破碎机圆锥破碎机包括粗碎的旋回破碎机和中细碎的菌形圆锥破碎机，适于破碎各种硬度的物料。

圆锥破碎机工作原理为：当可动圆锥靠近固定圆锥时，处于两锥体之间的矿石就被破碎，而其对面，可动圆锥离开固定圆锥，已破碎的矿石靠自重作用，经排矿口４０１第１１期赵宇轩，等：选矿破碎理论及破碎设备概述排出。

矿石在旋回破碎机中，主要是受到挤压作用而破碎，同时也受到弯曲作用而折断。

圆锥破碎机优点是生产能力较大、单位电耗较低、工作较平稳、适于破碎片状物料、破碎产品的粒度也较均匀。

缺点是结构复杂、造价高、检修困难、机身高，因而使厂房及基础构筑物的建筑费用增加。

２．１．３　冲击式破碎机冲击式破碎机包括锤式破碎机和反击式破碎机。

锤式破碎机的型式分有立式、卧式、单转子、双转子等几种型式，出料处大部分设有固定的筛子，用户可以根据自己的需要选用合适孔径的筛子来控制出料粒度。

该种破碎机适宜破碎脆性料，如煤歼石、页岩等，对于很坚硬的料或黏性料不适用。

单转子的破碎比一般在１０～１５，双转子的可达２０～３０。

其对原料的含水率要求很严，一般不宜超过８％，若含水率过高易堵筛孔而不出料。

锤式破碎机的优点是生产能力高、破碎比大、电耗低、机械结构简单、紧凑轻便、投资费用少、管理方便。

缺点是锤子和篦条磨损快、金属消耗较大、检修时间较长。

反击式破碎机是一种新型高效率的碎矿设备，其特点是体积小、构造简单、破碎比大（可达４０）、能耗小、生产能力大、产品粒度均匀，并有选择性的碎矿作用。

但其最大的缺点是板锤和反击板特别易磨损，尤其是破碎坚硬的矿石，磨损则更为严重，需要经常更换。

２．１．４　辊式破碎机辊式破碎机按辊子的数目分为单辊式和对辊式，按辊面的光滑与否分为光棍式和齿辊式。

选厂常用的是双齿辊破碎机，其破碎比一般为３～１５，入料粒度一般不应超过２５ｍｍ，可用在生产线的中级破碎或细碎，处理中等硬度或中碎软质物料，比如煤矸石、页岩、淤泥、炉渣等原料都可用对辊机破碎。

辊式破碎机主要的优点是结构简单、机体不高、紧凑轻便、造价低廉、工作可靠、调整方便、能粉碎粘湿物料；但是最大的缺点是辊子外表面易磨损，磨损后造成两辊之间的间隙加大，进而不能保证出料粒度要求［３］。