高壓輥磨機應用探討
發布時間： 2017/9/30 10:11:05
高壓輥磨技術起源于 20 世紀早期的煤成型技術，1979年 Schonert 教授取得高壓輥磨機專利，20 世紀 80年代中期，高壓輥磨機開始應用于水泥領域的破碎工作，處理易破碎物料，取得了巨大的經濟效益，為水泥行業的節能降耗和提高生產率帶來了革命性改變。此后，隨著新型耐磨輥面的出現，高壓輥磨機逐漸用于處理更硬、更堅韌、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碎和超細碎作業。
1 高壓輥磨機技術優勢
高壓輥磨工藝與傳統的碎磨工藝相比，其優勢主要體現在節能、預拋尾降低后續入磨量，以及改善后續選別加工指標。
1.1 節能優勢
相對于傳統的破碎機和磨機，高壓輥磨機最主要的技術優勢在于節能。根據國內外選廠的應用經驗，高壓輥磨工藝相比于傳統的碎磨工藝節能 15% ～ 30%。與傳統的破碎磨礦設備相比，高壓輥磨機對物料的作用方式不同，在物料顆粒上相對緩慢地施加作用力，使物料內部結構破壞，能量利用率較高。
高壓輥磨機的節能優勢還體現在物料經輥壓以后，內部會產生微裂紋，降低后續磨礦的球磨功指數，使后續磨礦的單位功耗降低。另外，高壓輥磨機與傳統破碎機相比，產品細粉含量會大幅升高，也會相應降低后續磨礦的單位功耗。
1.2 預拋尾降低后續入磨量
如果高壓輥磨機在第 3 段破碎機之后作為超細碎設備，可以稱為準磨礦工藝，粒度上接近自磨/半自磨磨礦效果，能滿足常規粗磨后提前拋尾作業對物料粒度、解離度等特性的要求，與濕式粗粒拋尾聯合使用，可顯著減少后續入磨礦量，提高系統產能。
對于某些嵌布粒度較粗的超貧磁鐵礦石 (TTe < 15%)，高壓輥磨機的優勢更加明顯。輥壓產品分級后進行磁選預富集，可以拋掉大量脈石，提高入磨礦石品位，減少后續磨礦處理量，降低選礦成本，提高超貧磁鐵礦床的利用價值。
1.3 選別加工優勢
高壓輥磨機破碎是準靜壓粉碎，對物料實施料層粉碎，輥子間的物料受擠壓后，物料與物料之間相互粉碎，在顆粒內部產生了大量裂紋，使后續磨礦中有用礦物提前解離，在一定范圍內可降低后續選別的給料粒度及藥劑消耗。同時，輥壓產品微裂紋的產生，可以減少后續磨礦的過磨和泥化現象，提高后續選別加工指標。
高壓輥磨產品顆粒內部存在大量的微裂紋，使其在堆浸工藝中有得天獨厚的優勢，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雜性，減少前期投資和運行成本。
圖1 所示為高壓輥磨機常用的兩種堆浸工藝。高壓輥磨產品分為邊料和中心料，邊料粒度相對較粗，產生的微裂紋較少。高壓輥磨機開路工藝回收率較邊料返回工藝低，但前者的工藝流程簡單，設備規格相對較小，投資與運行成本較低。
（a）開路工藝
（b）邊料返回工藝
圖1 高壓輥磨機堆浸工藝
Fig.1 Heap leaching process for HPGR
2 典型的高壓輥磨工藝
高壓輥磨機可以在中碎后作為第 3 段破碎，也可以在細碎作業后作為第 4 段超細碎作業。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篩閉路破碎 3 種。
2.1 開路破碎工藝
高壓輥磨機開路破碎工藝是指高壓輥磨產品直接進入下道作業工序，不再返回高壓輥磨機的破碎工藝。開路輥壓產品可以直接進入球磨機磨礦，也可以先進行分級，粗粒產品進入球磨機磨礦。此工藝在輥壓產品細粉含量較高時優勢明顯。
開路破碎工藝的優點是工藝流程簡單、順暢，系統穩定，操作管理方便，但由于無分級作業，其產品粒度粗細不均，輥壓產品中會夾雜有少許大顆粒物料，對后續磨礦產生不良影響，選廠實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
高壓輥磨機邊料返回破碎工藝是指高壓輥磨中間產品直接進入下道作業工序，邊料再返回高壓輥磨機再次破碎的工藝。輥壓后中間產品可以直接進入球磨機磨礦，也可以先進行分級，粗粒產品進入球磨機磨礦。此工藝在輥壓產品細粉含量較高時優勢明顯。
此工藝同樣具有流程簡單順暢、系統穩定及操作管理方便等優點，邊料所占比例可在 0 ～ 50% 范圍內調節，但并不能把沒有經過高壓輥磨機輥壓的粗粒礦物全部返回。與開路系統配置相比，粗顆粒產品所占比例有大幅下降，但破碎還是不徹底，輥壓產品中還會夾雜有少許大顆粒物料，對后續磨礦產生不良影響。
2.3 閉路破碎工藝
高壓輥磨閉路破碎工藝根據后續分級方式的不同分為干式篩分和濕式篩分兩種。
高壓輥磨機干式篩分需要配置打散機，對輥壓機料餅進行打散，否則篩分效率會大大降低。此外，由于整個流程采用干式磨礦、干式篩分和干式選別，因此對物料水分含量要求較高，不宜處理含水量較高的物料，同時還要注意防塵工作，需配備除塵設備等。該流程主要應用于非金屬礦和含泥少的礦石，以及缺水、干旱地區。
高壓輥磨機濕式篩分工藝一般不需要打散裝置，常與預富集工藝聯合應用，以提高后續入磨品位，減少入磨量。目前該工藝在我國礦山應用廣泛，代表礦山有重鋼西昌礦業有限公司太和鐵礦、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/半自磨工藝中會產生臨界尺寸顆粒，稱為頑石，是自磨和半自磨排料經篩分后的篩上部分。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，而作為研磨介質粒度又太小。頑石的存在導致磨機輸入功率不變，循環負荷加大，致使磨礦的單位能耗升高。此外，如果磨機中臨界尺寸的物料太多，磨礦過程會從以沖擊為主轉變為以研磨為主，導致過磨，使產品粒度過細，因此，自磨/半自磨機常常與頑石破碎設備結合應用。
3.2 高壓輥磨機作為頑石破碎機的優勢
頑石粒度范圍一般在 25 ～ 90 mm，傳統的圓錐破碎機作為頑石破碎機，產品粒度仍然相對偏大，部分可能仍在頑石粒度范圍之內，頑石破碎效果不佳。利用高壓輥磨機作為頑石破碎機，產品粒度較細，能有效解決頑石問題，并且頑石經高壓輥磨機輥壓后，如果細粉含量較多，可分級后直接進入后續球磨機磨礦。
3.3 高壓輥磨頑石破碎工藝
如上所述，高壓輥磨機用作頑石破碎機存在頑石產量小和頑石粒度大的問題。通常情況下，頑石先經圓錐破碎機破碎后再進入高壓輥磨機，圖2 所示為兩種典型的高壓輥磨機頑石破碎工藝。
圖2(a) 所示為高壓輥磨機作為頑石破碎機，輥壓產品返回半自磨/自磨機工藝。該工藝頑石先經圓錐破碎機破碎，破碎產品給入高壓輥磨機，輥壓產品直接返回自磨/半自磨機。該工藝流程相對簡單，適合輥壓后產品細粉含量較少的情況。
（a）輥壓產品返回半自磨 / 自磨機工藝
（b）輥壓產品先分級后進入球磨機工藝
圖2 高壓輥磨頑石破碎工藝
Fig.2 Pebble crushing process for HPGR
圖2(b) 所示為高壓輥磨機作為頑石破碎機，輥壓產品分級后進入球磨機工藝。該工藝頑石經圓錐破碎機破碎后進入高壓輥磨機，輥壓產品篩分后，篩上產品返回高壓輥磨機破碎，篩下產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，可以釋放自磨/半自磨的產能，但多了一次篩分工藝，流程相對復雜，適合輥壓后產品中細粉含量較多的情況。
4 高壓輥磨產品球磨功指數
邦德球磨功指數是指在磨礦作業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，以此作為評判輥壓前后礦石磨礦難易程度的標準。
高壓輥磨產品的邦德球磨功指數較傳統破碎產品一般會有所降低，降低的程度是目前所有高壓輥磨生產商、客戶和學術界廣泛關注的問題。各方一致認為，高壓輥磨對下游的磨礦效率有直接或間接的好處，依據是，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的試驗和計算方法是將物料破碎到全部通過 3.36 mm 控制篩，對篩下物料進行粉磨，以磨機每轉動一圈產出的小于測試篩孔的物料質量、給料和產品 80% 通過的孔徑來計算磨礦的球磨功指數，計算公式為
目前輥壓產品球磨功指數的計算方法一直都沿用邦德球磨功指數計算公式，而此公式是基于傳統的破碎產品粒度曲線而定，傳統破碎產品和高壓輥磨產品的粒度曲線如圖3 所示。由圖3 可知，破碎機和高壓輥磨的給料和產品 80% 通過的孔徑都相同或相近，不考慮磨機每轉動一圈產出的小于測試篩孔的物料質量的影響，用邦德公式計算出的兩種產品的球磨功指數相近。而且兩種產品的粒度分布曲線相差較大，雖然 P80值相似，但高壓輥磨產品更細，對后續的磨礦更有利，而用邦德功指數計算公式計算出的功指數沒有體現出這種變化。
圖3 高壓輥磨機與圓錐破碎機產品粒度分布對比
Fig.3 Comparison of size distribution of product from HPGR and cone crusher
進行邦德球磨功指數試驗時，如果物料中細粒級含量較多，則直接將細粒級篩除，并添加一定數量的新物料至需求量后進行試驗，此時計算出的球磨功指數值就無法體現高壓輥磨產品中細粉含量高對后續磨礦處理的優勢，導致計算結果和現場運行情況有所偏差。
5 現場應用
5.1 給料
(1) 高壓輥磨機在使用中必須密實給料，如果給料松散，輥面的受力不均，會降低輥面壽命。
(2) 高壓輥磨機給料中必須有適當粉料，不能僅僅處理篩上物料，否則輥面壽命會大幅降低。
(3) 高壓輥磨機給料要均勻，否則會導致擠壓輥偏斜，降低擠壓效果，嚴重時會導致主機跳停。
5.2 過鐵處理
高壓輥磨機給料中如果存在金屬物會降低輥面的壽命，接近或大于輥縫尺寸的金屬給入高壓輥磨機，會造成局部輥面負荷過大，導致柱釘或輥面破壞。如果高壓輥磨機給料中有金屬物，可以采取下列措施保護輥面。
(1) 在高壓輥磨機給料皮帶上安裝金屬探測器及除鐵器。
(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，此時篩上物料處于揚起的松散狀態，能有效除去其中的磁性金屬礦物。
(3) 在自磨/半自磨機工藝中，如果圓錐破碎機和高壓輥磨機聯合作為頑石破碎設備，可以在磨機排料端安裝弧形除鐵器 (僅限于非磁性和弱磁性礦物)，對自磨/半自磨機排礦進行除鐵，并在后續返料皮帶上安裝金屬探測器和除鐵器，確保返料中的金屬物全部除去。
(4) 除鐵系統中除鐵器要和金屬探測器聯合使用，因除鐵器只能除去給料中的磁性金屬，對于非磁性金屬，要利用金屬探測器人工除去。
5.3 旁路系統
目前許多有條件的礦山已經在高壓輥磨系統中設置了旁路系統，在高壓輥磨機出現故障、定期檢修及更換輥面時可以不耽誤生產。旁路系統適合三段閉路破碎 + 高壓輥磨機超細碎工藝流程，在高壓輥磨機停車或某些特殊情況下 (如連續雨天、空氣濕度過大、高壓輥磨機運轉不佳)，物料可以直接進入后續球磨機，使生產連續。
6 結語
隨著高壓輥磨機輥面壽命和整體性能的提高，高壓輥磨機在礦山得到了認可，但目前高壓輥磨機數據庫建設還不完善，在頑石破碎方面也沒有達成一致的共識。并且對于高壓輥磨產品邦德功指數的試驗和計算，目前國內外使用的方法已經不完全適用于高壓輥磨機產品，希望各方加強此方面探索，找到通用的修正方法，更好地指導高壓輥磨機的應用實踐。
該文選自《礦山機械》2016年第7期