1、前言
碎礦和磨礦是金屬礦山礦物加工工藝中的關鍵工藝過程。選礦生產(chǎn)中碎礦和磨礦作業(yè)設備投資、生產(chǎn)費用、電能消耗和鋼材消耗所占比例最大，通常設備費占60%、生產(chǎn)費用占40%一60%、電能消耗50%～65%、鋼材消耗占50%。據(jù)有關專家評價，世界能源10%以上消耗在碎礦和磨礦中。因此，尋求改進碎磨設備工藝性能、研制大型高效設備、降低能耗和鋼耗成為許多領域科技工作者共同追求的目標，受到世界各國的重視。近10多年來，新型碎磨設備不斷問世，目的是獲得更大的破碎比，達到更細的碎礦產(chǎn)品粒度，以降低入磨粒度，節(jié)能降耗。同時進行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，采用新技術(shù)、新材料對傳統(tǒng)設備改進，提高其可靠性、耐久性，改善性能、提高效率。目前，碎磨設備正向大型化、高效化、節(jié)能化和機電一體化方向發(fā)展。
2、幾種新型
破碎機
2.1旋回破碎機
旋回破碎機具有處理量大、給料塊度大、能處理堅硬物料的特點，目前仍為粗碎的重要設備，為滿足大型礦山的需要正向大型化發(fā)展。1997年印尼Freeport公司的Crasberg銅礦采用德國krupp公司生產(chǎn)的1600—2896mm旋回破碎機，生產(chǎn)能力為l萬t/h，是目前世界上最大的旋回破碎機。
芬蘭Metso集團最近推出新一代的SuperiorMK-Ⅱ型旋回破碎機，采用底部單缸液壓調(diào)節(jié)排料口裝置，能有效控制產(chǎn)品粒度。還可清腔和過載保護。偏心套上部及大齒輪的下部裝有平衡配重（平衡旋回運動的慣性力），使該機能裝在可移動設備上。通過調(diào)整偏心套改變偏心距，來調(diào)節(jié)破碎機的生產(chǎn)能力。利用計算機設計的破碎腔形狀，使破碎過程得到優(yōu)化，實現(xiàn)節(jié)能降耗，使襯板磨損量小，而且均勻。高強度、高鋼度的主軸和機架，高性能支承裝置實現(xiàn)了可靠的運轉(zhuǎn)和使用壽命長。齒輪間隙可在機座外側(cè)調(diào)整，不需要拆卸即可更換軸承和密封件，使檢測容易，維護檢修方便。
此外，美國Allis-Chalmers公司、Fuller公司和日本的神戶制鋼有限公司等也都生產(chǎn)各自特點的旋回破碎機。其中神戶制鋼有限公司生產(chǎn)的1524mm×2769mm型旋回破碎機最大處理能力超過6 000t/h，已在阿根廷金礦使用。
2.2顎式破碎機
隨著大型裝運設備的采用，破碎機的給料塊度達1.2—2m，促進了顎式破碎機向大型化發(fā)展，國外大型簡擺式顎式破碎機規(guī)格2100mm×3000mm，給礦塊度1 800mm，生產(chǎn)能力1100t/h；1676mm×2108mm，生產(chǎn)能力3 000t/h。由于復擺破碎機軸承、顎板壽命的解決，使其高效率、低質(zhì)量、價格便宜的優(yōu)點更為顯著，使復擺破碎機占據(jù)了顎式破碎機更大的市場份額。
德國Krupp公司推出的高轉(zhuǎn)速沖擊顎式破碎機最大規(guī)格為1250mm x1700mm，給礦粒度1100mm，排礦粒度65mm；中碎給礦250mm，排礦粒度10mm。適用于硬、中硬、粘性礦石的粗、中碎作業(yè)。借助于帶有彈簧的動顎板與定顎板間高速沖擊和壓碎作用而破碎礦石；破碎腔給礦口傾角小于排礦口傾角，相應增大了給礦口寬度，加大了破碎比，由于排礦口較陡，使已碎物料愈接近排料口，下降速度大，可以破碎潮濕粘性物料，由于排料口不易堵塞，增加了動顎的擺動速度，使沖擊破碎作用加大，從而提高破碎機生產(chǎn)能力。通常破碎機的產(chǎn)量較同規(guī)格傳統(tǒng)破碎機提高50%~100%。
北京礦冶研究總院華諾維科技發(fā)展有限公司推出新型低矮大破碎比外動顎勻擺顎式破碎機，最大規(guī)格為1200mm×1500mm，并正在開發(fā)1500mm×1800mm、1500mm x 2100mm等大型破碎機。該機將傳統(tǒng)復擺破碎機的連桿作為破碎機邊板，使用顎與連桿分離，只要改變機構(gòu)參數(shù)，就可調(diào)整動顎運動軌跡，從而獲得良好的動顎運動特性。與傳統(tǒng)復擺破碎機相比，具有結(jié)構(gòu)新穎，性能良好，破碎比大2_3.5倍、處理能力高20%、能耗降低15%—30qc、外型矮20%、襯板壽命延長2—3倍。可簡化流程，降低設備高差、土建施工量少、節(jié)省設備廠房投資。2003年2月，PD6090外動顎破碎機在鑫宇磁鐵礦投產(chǎn)以來，到2006年5月末共處理原礦200多萬噸，平均處理能力145Uh，最大瞬間生產(chǎn)能力250t/h，襯板使用壽命8個月，噪音小、粉塵少，操作維修方便。在開發(fā)新機型外也對傳統(tǒng)設備進行更新改造：①改進破碎腔型曲線以提高破碎效率和降低能耗，深破碎腔較小嚙角的應用更為普遍，采用動態(tài)嚙角進行機構(gòu)設計，提高破碎機性能；②新型耐磨材料的應用降低顎板消耗，焊接機架的采用，降低成本；③調(diào)節(jié)液壓裝置排料口，實現(xiàn)過載保護；④自動化控制，提高裝機水平，提高生產(chǎn)效率，減輕繁重體力勞動。
2.3圓錐破碎機
進入21世紀，新一代圓錐破碎機功率已達750kW，實現(xiàn)了高能化，達到了更高的輸入能量／質(zhì)量比，取得更高的破碎比和更細的產(chǎn)品粒度，更大的生產(chǎn)能力。目前，中碎機生產(chǎn)能力已達到2 500t/h，細破碎生產(chǎn)能力可達到700一750t/h；自動控制系統(tǒng)已有ASRplus發(fā)展為ASRi，使自動控制更加先進。新的平均峰值壓力運算系統(tǒng)可隨時感知負荷波動造成的破碎力、液壓力和功率變化，及時將排料口自動調(diào)整到設定值，使排料口控制誤差小于0. 1mm。并且能在負荷下快速調(diào)整排料口，又有清腔和過載保護功能，以使破碎機安全作業(yè)。
瑞典Sandvik集團第三代H系列圓錐破碎機是單缸液壓圓錐破碎機典型代表。其生產(chǎn)的H6800型液壓圓錐破碎機生產(chǎn)能力與傳統(tǒng)的∮2.134m圓錐破碎機相同，而質(zhì)量只有后者的1/3。H8800型液壓破碎機可安裝在∮2.134m圓錐破碎機的基礎上，但生產(chǎn)能力是后者的2倍。2004年，我國齊大山選礦廠引進H8800型破碎機做中碎機，使用表明：生產(chǎn)能力1200～1600t/h、產(chǎn)品粒度- 20mm占54.64%．+75mm占2.32%設備可開動率95%，最近推出H7800型液壓圓錐破碎機，由于大部分質(zhì)量在堅固的下殼體上，動負荷小；新型襯板與殼體多點接觸，使襯板更容易安裝；采用先進的ASRI自動控制系統(tǒng)，使技術(shù)水平進一步提高，首臺破碎機于2004年用于智利Mantos Blancos銅礦。
芬蘭Metso公司HP系列破碎機是多缸液壓圓錐破碎機的代表產(chǎn)品。它具有大破碎能力、大偏心距、高破碎頻率與擠壓粉碎相結(jié)合，使礦石顆粒在破碎腔內(nèi)不僅受擠壓破碎，而且顆粒間受到很強的研磨作用。使產(chǎn)品粒度小，0~5mm粒級含量多，為大幅度提高磨礦效率創(chuàng)造條件。近年來HP系列圓錐破碎機已在我國包鋼（集團）公司選礦廠、鞍鋼集團鞍山礦業(yè)公司齊大山選礦等金屬礦山應用了100多臺。替代傳統(tǒng)圓錐破碎機后，實現(xiàn)了“多碎少磨”，大幅度提高磨礦效率和選礦廠生產(chǎn)能力，經(jīng)濟效益顯著。
俄羅斯米哈諾布爾技術(shù)有限公司研制成功的慣性圓錐破碎機具有較高破碎比，較細的產(chǎn)品粒度，在相同給料條件下，破碎比是偏心圓錐破碎機的2.5倍；產(chǎn)品粒度- 8mm占95%或- 6mm占80%；能耗低，襯板消耗量少，是高效低耗的細碎設備。在俄羅斯哈薩克斯坦哲茲卡茲甘銅礦選廠使用KHI(-2200型慣性圓錐破碎機表明：終破碎產(chǎn)品粒度- 10mm占95%，使磨機生產(chǎn)能力提高45%，并降低了單位原礦電耗。
2.4高壓輥磨機
高壓棍磨機又稱棍壓破碎機，是以“料層粉碎”原理工作的高效節(jié)能設備。具有破碎比大、產(chǎn)品粒度細、效率高、能耗少的特點，因產(chǎn)品顆粒在高壓靜壓力作用下使顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大量裂紋，有利于后續(xù)磨礦設備提高生產(chǎn)能力。隨著高壓輥磨機性能不斷提高，結(jié)構(gòu)不斷創(chuàng)新。采用鑲嵌組合式壓輥結(jié)構(gòu)、扇形分塊式輥面襯板，鑲嵌硬質(zhì)合金小圓錐輥面，螺旋形堆焊層面等結(jié)構(gòu)，提高輥面耐磨性和耐腐蝕性。使破碎物料硬度不斷提高，不僅能破碎石灰石，而且也能破碎堅硬的金屬礦石。
德國KRUPP POLYSIUS公司生產(chǎn)的∮2.4m×1.4m POLYCOM型高壓輥磨機用于美國SIERRITA銅礦做細碎設備，產(chǎn)品粒度80%為-250um，處理能力為l800t/h。
德國KHD HumboltWedag公司的RPBR16-170/180型高壓輥磨機于1998年11月用于智利LosColorados鐵礦選廠。給料粒度0—63.5mm，產(chǎn)品粒度小于6.35 mm占75%，處理能力平均1 780t/h，最大2 000Uh，單位能耗小于1.4kWh/（t礦），鑲嵌硬質(zhì)合金柱釘輥面使用壽命14600h。
此外，在美國、巴西、印度、毛里塔尼亞、澳大利亞、俄羅斯和我國武鋼程潮鐵礦、馬鋼南山鐵礦等許多金屬礦山應用。生產(chǎn)實踐表明；高壓輥磨機的單機生產(chǎn)能力高，可達1500~ 2000t/h；粉碎效率高，產(chǎn)品粒度小：粉碎金屬礦石的能耗1.2—2. 8kWh/t，比常規(guī)粉碎機在類似情況下的單位能耗低20%一50%；輥面耐磨性好，鑲嵌硬質(zhì)合金粒釘輥面使用壽命達8500h；自動化水平高，KHD公司研制的ROL-cOx和ROLEXPERT智能監(jiān)控系統(tǒng)，可對壓力修正和輥隙控制，實現(xiàn)了生產(chǎn)自動化。隨著高壓輥磨機性能日益完善，在金屬礦山應用前景廣闊。
3、磨礦設備
3.1自磨、半自磨機
從20世紀50年代自磨機、半自磨機在金屬礦山應用以來，經(jīng)過60多年實踐，與常規(guī)破碎機相比：省去了中細碎，篩分和礦石運輸環(huán)節(jié)，簡化了流程，節(jié)省了基建和設備投資；不用或少用鋼球介質(zhì)，降低磨礦費用；磨礦過程產(chǎn)生游離鐵少，產(chǎn)品解離度好，對后續(xù)浮選作業(yè)的化學或電化學影響小，有利于礦物的選別；減少粉塵產(chǎn)生點，對環(huán)境影響小；單系列生產(chǎn)能力大可達5萬Ud。目前世界上最大半自磨機的規(guī)格達到∮2. 2m×7.31m。近年來，隨著自磨、半自磨大型化發(fā)展，結(jié)構(gòu)不斷創(chuàng)新，自動控制技術(shù)不斷完善，在國外老廠改造和新建選礦廠越來越多的被采用，國內(nèi)也開始受到重視。
2006年，智利Collahuasi銅礦選礦廠投產(chǎn)的半自磨機系Metso公司制造，規(guī)格12. 19m，由2 069.7 kW的環(huán)型電機驅(qū)動；巴西SOSSEGO金礦選礦廠投產(chǎn)的半自磨機由Metso公司制造，規(guī)格11. 58m×7. 47m．由1 998.48kW環(huán)型電機驅(qū)動；贊比亞Har-ley platina金礦選礦廠投產(chǎn)的磨機由Fuller公司生產(chǎn)，規(guī)格11, 58m×5.49m，電動機功率15 988kW。
2004年，美國Phcenix銅金礦選礦廠投產(chǎn)的磨機由FameI&Thompsow公司生產(chǎn)，規(guī)格為10. 97m×5.64m，功率13 423kW；澳大利亞某金礦選礦廠投產(chǎn)的磨機由Fuller公司制造，規(guī)格為10. 97m x
6. 25m，功率12 491kW。
20世紀90年代起，國內(nèi)自磨機、半自磨機應用也開始多起來，銅陵有色金屬公司冬瓜山銅礦選礦廠采用瑞典Svedala集團生產(chǎn)，規(guī)格e8. 53m×4.42m半自磨機；2006年投產(chǎn)的貴州錦豐金礦采用半自動磨機規(guī)格∮5.03m×5.8m；保國鐵礦投產(chǎn)的自磨機規(guī)格08m×2.8m;2007年投產(chǎn)的昆明鋼鐵公司大紅山鐵礦選礦廠采用芬蘭Metro集團生產(chǎn)的∮8.53m x4.42m半自磨機，裝機功率5500kW。另外已經(jīng)確定采用大型自磨機、半自磨機設備的還有云南普朗銅礦、西藏雄村銅礦和內(nèi)蒙烏奴克吐山銅鉬礦，不久將會投產(chǎn)。從上看出21世紀以來，自磨半自磨機技術(shù)和生產(chǎn)應用處于蓬勃發(fā)展時期。但是，自磨機、半自磨機的磨礦效率受所磨礦石性質(zhì)影響較大，不是所有礦石都適合自磨工藝。盡管大型磨機采用了環(huán)形電機無齒輪傳動方式，便于采用變頻調(diào)速，為變速驅(qū)動提供良好條件。采用變速驅(qū)動的磨機就能夠在給礦量恒定的情況下，可以根據(jù)進入磨機礦石的硬度和粒度調(diào)節(jié)磨機轉(zhuǎn)速，保持磨機產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，解決了一些由物料性質(zhì)變化帶來的問題，但是還有一些礦石會對磨機造成的困擾，使磨機效率較低。因此，在采用自磨機、半自磨機技術(shù)一定要先進行小型及半工業(yè)性試驗，在試驗取得較高磨礦效率條件下應用，才更加穩(wěn)妥。
3.2球磨機
近年來，球磨機的發(fā)展，以節(jié)能降耗為重點，不斷改進和完善磨機傳動方式，研究村板和磨礦介質(zhì)的材料和結(jié)構(gòu)形式，開發(fā)磨礦機組自動化控制等旨在保證磨礦產(chǎn)品細度的前提下提高磨機處理能力和磨礦效率，降低電耗和鋼耗，單位電耗平均下降20%，鋼耗下降40%，生產(chǎn)能力增加10%，并開發(fā)了大型高效的球磨機，見表1。
目前，世界最大規(guī)格球磨機已達到∮8. 23m×12.95m．采用環(huán)型電機驅(qū)動，功率18 600kW。
球磨機襯板是關系到磨機高效、節(jié)能、降耗的關鍵零件，近年來取得顯著的進展。橡膠襯板是抗腐蝕、耐磨損的非金屬材料襯板，較錳鋼襯板使用壽命長，質(zhì)量輕，較錳鋼襯板輕85%，使安裝維修更為方便；能耗低，比錳鋼襯板低10%～15%．產(chǎn)量高，較錳鋼襯板高5%一10%；噪音小，較錳鋼襯板低10%～15%，發(fā)展較快，應用較多。目前，世界上有60多個國家（包括中國）在各種規(guī)格濕式球磨機中使用，均取得顯著效果。在橡膠襯板基礎上發(fā)展起來的復合性磁性襯板，是在橡膠襯板內(nèi)裝有永磁體。利用碎裂的廢鋼球和鐵磁性礦料，在復合磁性襯板上形成抗磨保護層，磨礦過程中保護層一邊被磨掉一邊又重新生成，并達到動態(tài)平衡。該襯板在國外以瑞典SKECA公司開發(fā)的鋼蓋式橡膠磁性襯板為典型代表，主要用于二段球磨機和礫磨機上，取得了節(jié)能降耗的明顯效果。
中國冶金礦業(yè)總公司北京金發(fā)工貿(mào)公司獨創(chuàng)悍馬牌金屬磁性襯板，用在本鋼歪頭山鐵礦選礦廠∮3.2m x4.5m球磨機，10a使用表明與金屬型和非金屬襯板相比：具有使用壽命長、質(zhì)量輕、厚度薄、磨礦粒度細、噪音小、節(jié)電、節(jié)球、作業(yè)率高、安裝輕便、工作環(huán)境好，10a磨一套襯板、節(jié)電7.14%、降球耗10.37%．提高產(chǎn)品細度1.69百分點，磨機處理能力增加5.6%，作業(yè)率提高了1.08%，10a創(chuàng)經(jīng)濟效益3 825萬元。
鞍鋼調(diào)軍臺選礦廠從2001年5月開始，在一系列二段∮5.5m x8. 8m球磨機安裝金屬磁性襯板，鞍鋼弓長嶺礦選廠于2002年12月在∮2.7m x 3.6m二段球磨機安裝金屬磁性襯板以來，均取得顯著經(jīng)濟效益。到目前已有100多個礦山選礦廠使用金屬磁性襯板，生產(chǎn)實踐證明了其先進性、有效性和可靠性。是二段球磨機襯板的最佳產(chǎn)品。
4、結(jié)論
綜上所述，不難看出國內(nèi)外碎磨設備正向著大型、高效、節(jié)能、降耗、加大破碎比、提高產(chǎn)品細度，實現(xiàn)“多碎少磨”，簡化碎磨流程方向發(fā)展。進入21世紀，國內(nèi)外制造商使用新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝，促進了碎磨設備的技術(shù)進步。在改善傳統(tǒng)設備功能，提高設備效率的同時開發(fā)了一批大型、高效、節(jié)能的新型設備，并在實際生產(chǎn)中取得了顯著的效果，促進了金屬礦山選礦業(yè)的發(fā)展。
