碎矿与磨矿技术
矿产资源是当代人类生存和发展的物质基础，即使是在信息技术高速发展的今天，矿产资源仍然在人类日常生活中发挥着不可替代的作用。碎矿与磨矿作业是矿产资源加工工艺过程中一个重要的环节，也是投资巨大，能耗极高的作业，就金属矿山而言，碎磨作业的设备投资占全厂总金额的65%～ 70%，电能消耗约为50% ～ 65%，钢材消耗高达50%，因此，如何改进碎磨作业设备性能、研发高效节能设备、获得更大的破碎比、达到更细的破碎产品粒度、降低钢耗，成为各领域工作者共同追求的目标。本文从碎磨工艺的改进、碎磨作业设备的发展以及破碎作业理论的研发对我国碎磨作业技术做一简述，并对其发展进行分析。
2 碎磨工艺流程的改进
矿石的粉碎作业一般包括矿石的破碎与磨碎两个环节，而磨矿作业是让矿物达到单体解离，使其粒度满足选别要求的最终作业，磨矿是一项耗能高效率低的作业，而破碎作业的功耗仅占磨矿作业的8% ～ 12%，因此改进碎磨工艺过程是实现高效低耗、增加经济效益的有效途径。
2. 1 多碎少磨工艺
物料的破碎主要靠设备对矿物的挤压及冲击作用来实现，而磨矿主要是靠设备对其冲击、研磨和磨剥作用来实现，破碎作业的能量利用效率远远高于磨矿作业，可以将碎矿与磨矿作为一个整体来考虑，确定合理的破碎产品粒度，发挥破碎能耗低的长处，实行多碎少磨，实现最佳经济效益。为了有效实现多碎少磨，一般来说:
1) 可以采用高效细碎型破碎机。如A． C 公司生产的底部单缸液压圆锥破碎机，Nordberg 公司生产的HP 系列圆锥破碎，小型选厂采用国产JC56、JC4060 颚式破碎机、SX 系列双动颚破碎机，这些细碎型破碎机在闭路碎矿时可以得到10mm 以下的破碎产品。
2) 改进破碎工艺流程。根据选厂的规模、矿石的性质、给矿粒度、产品粒度等，选择合适的破碎工艺流程。例如山东省蚕庄金矿在两段一闭路破碎流程的基础上，改造为两段半破碎流程，解决了二段破碎设备生产能力和破碎比之间的合理匹配问题，在生产中取得了明显的经济效益。
2. 2 阶段磨矿阶段选别流程
选矿原则是“能收早收、能抛早抛”，阶段磨矿阶段选别可以及时抛去脉石矿物，不仅可以减轻磨矿作业负担，而且还可以降低选别作业成本，现已广泛应用于生产实践。
1997 年，北京矿冶总院对乌拉嘎金矿浮选厂进行技术改造，将两段直接磨细后浮选改为阶段磨矿阶段浮选工艺流程，经生产实践，浮选回收率指标提高了一个百分点，金精矿品位提高7. 68 g /t，精矿产率降低1. 72 个百分点，收到良好效果。齐大山选矿厂由原来连续磨矿，弱磁－强磁工艺流程，改为阶段磨矿，重－磁－ 浮工艺流程，经过多年实践，现已达到精矿品位63. 50%，金回收率72%的生产水平，已达到金矿选矿技术的先进水平。
2. 3 推广常规细破碎，取代常规磨矿
由于选矿厂的粉碎作业效率很低，而粉碎作业的85%左右又消耗在了磨矿作业中，所以可以采用圆锥破碎机生产细产品来取代常规磨机作业，虽然有关用圆锥破碎机湿式破碎岩石的工艺知识尚存在许多空白领域，但在硬岩粉碎方面，水冲式圆锥破碎机可以逐步替代常规筒式磨矿机。
2. 4 改造老厂原有工艺流程
一些原有选厂，设计规模庞大，但由于多种原因，生产规模只有其原设计的一半左右，随着矿产资源的逐渐减少，对这些老厂进行大规模的设备改造已经没有经济效益，适宜方法就是进行节能增效改进，完善其碎矿工艺流程，在节能增效同时保证其破碎粒度，实现节能增效。汤丹公司选厂建厂完成后，由于种种原因基本处于半停产状态，企业每年亏损达一千多万元，经过对其破碎工艺技术改造，完善后形成三段闭路双回路碎矿流程，处理能力提高30%，每年节省电资140. 35 万元，综合经济效益498. 09 万元。湖南新龙矿业有限公司对其破碎系统进行了改造扩建，使处理能力从150 t /d 提高到800 t /d，为企业节省5000多万元，创造了良好的经济效益。
3 新型碎磨理论的提出与应用
3. 1 微波助磨
在目前的矿业生产中，矿料的粉碎方式以机械粉碎为主，但是机械破碎有着能耗高、材料消耗高、产品粒度不好等缺点，为了降低碎磨作业的钢材消耗，提高能源的利用效率，矿业工作者研发出了新的破碎方法，其中微波预处理是一种比较有前景的破碎方式。
所谓微波就是频率大约在300MHz～300GHz、波长在2500px～1mm 范围内的电磁波。微波是一种高频电磁波，能够渗透矿物内部使物质分子产生取向极化和变形极化，随着电极的不断变化，极化方向也在不断的变化，从而出现矿物体的自加热效应，温度升高，但是由于矿石中的各种矿物性质不同，吸波特性也有差异，从而导致矿石中的各个矿物产生温度差，加之各矿物的热膨胀系数也不同，结果就会产生热裂等现象，使矿物体系中产生微裂纹并使原有的微裂纹扩展，从而有利于后续的粉碎作业。尽管微波加热处理具有传统加热方式不可比拟的优点，但是目前对于微波助磨的理论研究还不够深入，也存在一些急需解决的问题，相信，随着众多科研工作者对微波设备的研究并开发，在不久的将来，微波将在降低碎磨作业的能耗、钢耗方面发挥巨大作用。
3. 2 选择性磨矿
所谓选择性磨矿就是利用矿物的选择性解离以及选择性磨碎所进行的磨矿，其目的就是造成磨矿作业具有某种选择性。碎磨作业的主要目的不是使矿石粒度减小，而是让有用矿物从脉石矿物中解离出来，因此磨矿作业的最终发展目标是利用最小的能量输入，获得最高的单体解离度。选择性磨矿在金属矿、非金属矿以及煤矿等矿业生产中均得到广泛应用，尤其是在铝土矿的生产实践中，发挥重要作用。
我国铝土矿资源丰富，但是铝硅比很低，随着富矿资源的日趋枯竭，我国氧化铝生产企业将被迫采用低铝硅比的原料，目前生产流程多采用烧结法、混联法工艺技术，但是其生产耗能高、流程长、生产成本高，使氧化铝生产工业生存和发展面临严峻挑战，为了解决矛盾，许多科研工作者研发出了拜耳法等新工艺生产氧化铝，拜耳法生产氧化铝，选矿精矿不仅要求铝硅比达到10 以上，而且要求+ 0. 075 mm 粒级不小于25%，－0. 300 mm大于90%，－ 0. 700 mm 粒级为100%，为降低磨矿作业成本，选择性磨矿为最佳选择，铝土矿的选择性磨矿是利用我国一水硬铝石型铝土矿中含铝矿物与含硅矿物之间可磨性的差异，研究适宜于铝土矿选择性磨矿的粉磨方式及磨矿条件，以期实现一水硬铝石和含硅矿物在粗磨条件下的选择性解离。郑州氧化铝一厂采用立式球磨机对铝硅比为5. 6 左右的铝土原料进行选择性磨矿，取得了良好的经济效益，在矿石的处理量、选择性磨矿产品的富集、能耗方面均优于卧式球磨机，立式球磨机也有望成为选择性磨矿的新设备。
3. 3 微阶段化磨矿
因不同粒度的矿石物料对磨矿的粉碎形式有不同的要求: 粗粒级物料适合以冲击粉碎为主的磨碎方式，而对细物料由于其表面积远远大于粗物料，应采用以磨剥粉碎为主的磨碎形式，这样才能获得较高的磨矿效率。所谓微阶段化磨矿就是沿球磨机筒体的轴线方向安装具有不同表面形状的筒体衬板，在球磨机的进料端安装表面不平滑衬板，形成较高的钢球抛落高度，产生冲击粉碎; 在球磨机的排料端安装表面较平滑的筒体衬板，形成较低的钢球抛落高度，产生磨剥粉碎; 从进料端到排料端，粉碎形式逐渐从冲击粉碎向磨剥粉碎过渡使磨碎形式沿球磨机轴线方向发生变化，在一台球磨机内实现阶段磨矿。这样可以更好的满足矿石物料在磨矿过程中的不同阶段、不同粒度组成状态下对磨碎形式的不同需要，符合矿石粉碎规律，因而可以提高磨矿效率。
实施微阶段化磨矿技术，仅需对部分筒体衬板的表面进行改造，简单易行。铜陵有色金属公司金口岭铜矿碎磨流程经改造后，采用微阶段化磨矿，一段磨矿台时处理能力提高了16% 以上，节电79. 6 万kWh，节省电费支出41 万余元。
3. 4 超细磨
采用常规磨矿技术对矿石进行解离时，磨矿耗能费用是相当高的，即使磨矿粒度可以使有用矿物达到单体解离，但也会发生过磨现象，使许多有用矿物损失在矿泥中，经过矿业人士不懈努力专研，超细磨技术应运而生，并广泛应用于化工、冶金、矿业、建材、日化、食品、医药、农业、环保、航空航天等领域，微米级或亚微米级的粉体加工技术日趋成熟。经过几年不断发展，磨粉机超细磨粉技术已成为重要工业矿物及其原材料深加工技术之一，对现代高新技术产业发展具有重要意义。
超细磨技术在难浸金矿石预处理中的应用研究也受到人们关注，金被黄铁矿包裹，显微金、次显微金或固熔体存在的含金矿石，是极难溶浸提金的一类金矿石。提金的关键是破坏黄铁矿包裹，使金解离暴露，而黄铁矿性质很稳定难以分解。随着超细磨技术的发展提高，可以利用超细磨打开硫化物的包裹，使金解离。
搅拌磨技术也已应用于金属矿山的生产实践，最先在生产中应用的是塔磨机，它采用螺旋状的搅拌器来搅动磨矿介质，是一种立式低速搅拌磨，这种磨机被广泛用于磨至P80( 80% 粒
度通过粒度为) 15 至30 μm 的再磨回路中。桂林鸿程矿山设备制造有限责任公司自主研发的HCM 系列超细粉磨机，集高速冲击磨及气流磨优点于一身，高效节能，降低了超细磨作业成本。
辊式磨在超细粉碎设备中也占有重要的地位，有关矿业工作者对辊式磨的磨粉机理、结构形式、加压方式进行了分析研究，研制除了YMP1000C超细磨粉机，该磨机对重钙、高岭土、滑石等低硬度超细粉体有较强的加工能力，对铝矾土、锆英砂、碳化硅、刚石等高硬度物料的粉碎也有比较理想的效果。
3. 5 压力磨矿
球磨机内应力有很多类型，有冲击、挤压还有剪切、研磨等，有些应力电能消耗大而粉碎效率不高，研究表明，当选择粉碎效率高的压应力作为主要应力时，由于压力粉碎过程符合料层粉碎规律，压力较小时，先使自由松散物料充分密实，当压力增大时，挤紧了的颗粒相互传递应力，当超过颗粒的强度值之后，就会使矿物颗粒发生破碎并产生大量的微裂纹，针对不同的物料特性，调节和强化能量输入，还可以约束应力的作用区域，使物料有规律的通过应力区，将机械能有效地转化为粉碎能，使颗粒成为一种孔隙率低的坯料产品，再通过其后的工艺过程，获得粒度合格的产品，从而达到高产节能的目的。
基于此理论发展起来的高压辊磨机已应用于大工业生产，并取得了良好的经济效益，可以显著提高设备系统处理能力，降低单位粉碎功耗，还可以节省设备的基建投资，简化工艺流程，减少破碎段数，适用性非常广泛，一般矿石物料均能使用，给料含水量可达15%。随着磨矿技术的深入研究，压力磨技术必将得到广泛应用和发展，为提高粉碎作业的经济效益和技术水平作出贡献。
4 碎磨设备的应用与改进
80 年代以来，我国碎磨设备发展很快，除自行开发外，还从美欧等工业发达国家引进了许多新产品的设计与制造技术，通过消化吸收，已基本形成批量生产能力，使我国破磨设备的技术水平迈上了一个新台阶。
4. 1 破碎机的应用与发展
近10 年来，新型碎磨设备的不断问世，目的是获得更大的破碎比，获得更细粒级的破碎产品，以降低入磨物料粒度，节能降耗，同时进行结构创新，采用新技术、新材料对传统设备进行改进，以提高其可靠性、耐久性、改善性能，提高效率［17］。
4. 1. 1 旋回破碎机
旋回破碎机的发展至今已有百年的历史，因具有处理量大、给矿粒度大、可以处理坚硬矿石等优点，目前仍然是大型矿山和其它工业部门粗碎各种坚硬物料的重要设备，由于旋回破碎机破碎过程是沿着圆环型的破碎腔连续进行的，因此其生产能力很大，单位电耗较低，工作平稳，适合处理片状物料，破碎产品的粒度比较均匀，可广泛用于粗碎、中碎各种硬度的矿石。但与颚式破碎机相比，其结构复杂，价格较高，检修比较困难，修理费用较高，基建费
用很高。
4. 1. 2 颚式破碎机
随着大型运载设备的采用，破碎机的给矿粒度已达1. 2 ～ 2 m，促进了颚式破碎机向大型化发展，由于复摆破碎机具有效率高价格便宜等优点，因而占据了颚式破碎机的较大市场份额，随着节约、节能、高效生产方式的提倡，几种新型颚式破碎机也已研制成功。
北京矿冶研究总院推出新型低矮大破碎比外动颚匀摆颚式破碎机，属于新一代高效、节能、低磨损破碎设备，该机用传统复摆破碎机的连杆作为破碎机边板，使用颚与连杆是分离的，改变了多年以来传统复摆颚式破碎机以四连杆机构中的连杆作为动颚的传统设计，只需改变结构参数，就可以调整动颚的运动轨迹，获得较好的动颚运动特性，破碎比是传统颚式破碎机的2～3. 5 倍，处理能力可提高20%，耗能低了20%～30%，具有良好的经济效益。
高效振动颚式破碎机也是一种新型高效节能的破碎设备，能够破碎合金、碳化硅、冶金炉渣等坚硬脆性物料，也可以处理钢筋混泥土等特殊结构物料，为难破碎物料的处理提供了一条新的途径。振动破碎从理论来讲也是一种高效的破碎方式，此破碎方式可以达到多碎少磨、高效节能的目的，具有很多优点，破碎比可提高2～3 倍，可以在给满矿情况下启动及停车，通过调节设备的工作参数，可以得到不同粒度的产品，尤其适用于坚硬难破碎脆性物料，具有很好的发展前途。
4. 1. 3 圆锥破碎机
弹簧圆锥破碎机的问世已有百年历史，是由美国Symons 兄弟利用旋回破碎机的工作原理发明的，到目前为止，其结构没有多大变化，由于其性能稳定，有一定的市场占有率。为了满足当今大处理量的生产，实现高能化，获得更高的破碎比和更细的产品粒度，新型圆锥破碎机也被不断研发并应用于生产实践，例如用液压代替弹簧的液压圆锥破碎机和可以代替粗磨作业的惯性圆锥破碎机，在生产运用中都获得了不错的经济效益，近年来包钢公司选矿厂、鞍钢集团鞍山矿业公司齐大山选厂等金属矿山采用了100 多台HP 系列的多缸液压圆锥破碎机代替传统破碎机实现了多碎少磨，大幅度提高了磨矿效率和选厂生产能力，经济效益显著，湖南郴州某有色金属矿山选厂，在改造其碎磨作业系统中，采用了惯性圆锥破碎机，开路产品粒度－5 mm 占90%，改进后的破磨系统比原系统耗能下降20%，产量提高了28%左右，经济效益十分显著。
圆锥破碎机今后应向着液压圆锥和自动控制方向发展，努力实现大型化、高效节能化，获得更大破碎比，降低磨机的入磨粒度，减少矿山企业碎磨作业的生产成本和基建投资，提高我国金属矿山企业在国际上的竞争力。
4. 1. 4 高压辊磨机
高压辊磨机又被称为辊压破碎机，以料层粉碎原理工作，是一种新型的高效节能破磨设备，在国内外正逐步得到应用和推广，高压辊磨机在最初设计应用时，主要用于石灰岩、硬度较小的脆性金属矿石的破碎，用于破碎作业的中细碎段。经过多年推广发展，现已用于中等硬度及以上的矿石细碎中，特别是在铁矿石破碎方面，其技术已日益成熟，它具有破碎比大、