28-选矿设备年评

图28.1旋回破碎机的结构示意图1—横梁衬套和密封；2—轴套锁紧螺母；3—高强度机架；4—与主轴锻造成一体的破碎圆锥；5—齿隙调节装置；6—主轴位置控制系统；7—主轴位置传感器探头；8—动平衡配重；9—带正压鼓风的防尘密封；10—锰钢或铬钢衬板；11—破碎腔；第28章选矿设备研究进展综述梁殿印卢世杰史帅星冉红想王青芬（北京矿冶研究总院）矿产资源的贫化与社会不断发展的需求以及节能降耗减排的要求，迫使企业规模化、高效化、资源化开发矿山，从而推动了国内外对大型、高效、低耗选矿设备的研究与应用，尤其是近十年来，破碎设备、磨矿设备、浮选设备、磁选设备等大型化、高效化、自动化的步伐明显加快，有力地促进了选矿技术水平的提高，降低了能耗，提高了资源利用率，增加了矿山企业的经济效益，改善了环境。28.1粉碎设备研究进展近十年来，粉碎工程设备发展以高效化、降低入磨粒度为显著特征，大幅度提高了碎磨系统的生产能力、降低了系统能耗和钢耗，主要体现在：（1）伴随大型矿山的建设，设备大型化发展迅速，单机处理能力不断创造新高；（2）粉碎理论和试验技术继续发展，离散单元方法被引入粉碎理论研究中；（3）料层粉碎原理不断获得实践和应用，新型设备的研究和快速发展普遍遵循这一原理，高压辊磨机、立式辊磨机成为热点；（4）国外破碎设备更好地实行“多碎少磨”，技术水平大幅领先国内，破碎设备的改进和创新仍是重点；（5）国内在某些碎磨设备研究方面已达到国际先进水平，但整体实力和技术水平还较弱，引进国外设备、学习改进仍是发展主线。28.1.1旋回破碎机旋回破碎机结构如图28.1所示，其主要适用于粗碎作业，适用于破碎中等硬度及以上的各种矿石和岩石[1]。因其具有给料粒度大、产能高、破碎比大、排料粒度均匀、维修间隔周期长及图28.2山特维克公司单缸液压圆锥破碎机1-底部油缸；2-偏心轴；3-主机架；4-上机架；5-横梁；6-定锥衬板；7-动锥衬板；8-躯体；9-主轴；10-传动轴；11-锥齿轮副运行成本低等优势，可有效降低采选成本，促进大规模采选技术的推广[2]。芬兰美卓公司研制的SuperiorMK-II“超级横梁”旋回破碎机占据了国际市场约70%以上的份额，是矿山和石料行业全球公认技术领先的旋回破碎机。主要型号有54-75、62-75、60-89、60-110等。最新改进型号60-110E的装机功率为1200kW，给料口尺寸为1525mm，整机重量553t，生产能力达到5535-8890t/h；瑞典山特维克公司的代表性产品为CG系列液压旋回破碎机，主要型号有CG650、CG820、CG840、CG850和CG880等大中型旋回破碎机，其中CG880的装机功率为1100kW，给料口尺寸为1650×4410mm，生产能力达到4810-9750t/h，整机重量748t。德国蒂森克虏伯（ThyssenKrupp）公司开发、国际上最大的旋回破碎机，型号为KB63×114，处理能力可达10000t/h，目前有三台该型号的设备在矿山应用，2台用于印尼自由港格拉斯伯格铜金矿[3]，2007年为智利科亚瓦希铜矿提供了一台KB63×114用于破碎铜矿石，设计产能为7000t/h。国内生产旋回破碎机的主要厂家有北方重工集团有限公司和中信重工机械股份有限公司。北方重工设计制造的PXZ1623旋回破碎机，给料口尺寸1600mm，最大给矿粒度1350mm，最大装机功率620kW，整机重量465t，处理能力可达到3050-3350t/h。中信重工尽管开发旋回破碎机时间不长，但其设计制造的PXZ-152/287型旋回破碎机已经处于领先地位，装机功率1200kW，处理能力可达8000t/h，这是目前国内自行设计制造的最大规格的旋回破碎机[4-5]。与国外相比，国内旋回破碎机的技术水平还有一定差距，尤其在设备处理能力、关键部件使用寿命方面还有提升空间。而近年来，山特维克公司、美卓诺德伯格公司等已开始发展中碎用旋回破碎机，成为旋回破碎机的新方向。28.1.1圆锥破碎机圆锥破碎机主要适用于中碎、细碎作业，是目前破碎各种矿石和岩石广泛应用的设备。国内设备主要为PY型圆锥破碎机，国外设备主要为CH型和HP型液压圆锥破图28.3美卓公司多缸液压圆锥破碎机1-过铁释放总成；2-动锥；3-动锥衬板；4-定锥衬板；5-液压调整马达；6-锁紧缸；7-切割环；8-给料盘；9-锁紧螺钉；10-动锥球体；11-给料斗；12-定锥；13-调整环；14-球面瓦；15-动锥上衬套；16-主机架；17-偏心套衬套；18-动锥下衬套；19-偏心套；20-传动轴；21-传动轴外轴套；22-齿轮副；23-主轴；24-偏心套止推轴承；25-配重护板；碎机。2011年瑞典山特维克（Sandvik）公司研制了CH型世界上最大单液压缸圆锥破碎机，其型号为CH890，如图28.2。该机装机功率为750kW，最大给矿粒度为370mm，最大处理能力可达到2595t/h，用于二段破碎。CH895的最大给矿粒度为120mm，最大处理能力可达到1170t/h，装机功率为750kW，用于三段破碎。图28.3是芬兰美卓（Metso）公司研制的HP型多液压缸圆锥破碎机。研制成功的HP890圆锥破碎机，装机功率630kW，最大处理能力可达到1200t/h。近年来，国外的CH型和HP型圆锥破碎机在国内矿山的应用越来越多，应用效果得到广泛认可，与国内PY型圆锥破碎机相比具有明显优势。首先大幅提高了生产效率，在相同装机功率、同等生产条件下，CH型圆锥破碎机的生产能力比PY型高30%以上；CH型和CP型圆锥破碎机的整体故障率低，检修和维护工作量小，机械性能可靠，过载和过铁的能力强，这些都是国产PY型圆锥破碎机有待改进的地方[6]。以山东苍山铁矿改造为例，使用3台CH660型圆锥破碎机取代原来的3台PY型圆锥破碎机，总功率由1200kW降为945kW，筛分效率由67%提高到75%，产品粒度由0-18mm降低为0-12mm。每年节约电费110万元，节约衬板费用118.8万元，改造后每年可创造经济效益710.3万元[7]。北京矿冶研究总院与俄罗斯Механобр技术有限公司合资成立的北京凯特破碎机有限公司，专门从事惯性振动破碎设备的研制。近十年在破碎腔形、材质、加工质量以及大型化等方面进行了大量研究和改进，大大提高了设备过铁性能及设备可靠性。2008年成功研究了GYP1200型惯性圆锥破碎机，该设备一段开路图28.4惯性圆锥破碎机结构示意图1-底架；2-皮带传动装置；3-隔振元件；4-激振器；5-外壳；6-球面瓦；7-衬板；8-定锥；9-动锥；10-动锥支座；11-轴套破碎可使90%产品粒度达到10mm以下，大大降低入磨粒度，提高磨机处理量30%左右，同时简化了碎矿流程。2014年北京凯特破碎机有限公司又成功开发了GYP-1500型惯性圆锥破碎机（图28.4），该设备装机功率315kW，处理能力180-300t/h，一段开路破碎P80产品粒度可达-12mm。目前惯性圆锥破碎机广泛用于金属及非金属矿、冶金、电子、陶瓷、涂料、耐火材料、化工、磨料磨具、建材、医药、食品等行业的物料破碎领域，取得了显著的经济效益和社会效益。在辽宁鞍山某矿业公司，原采用颚式破碎机与圆锥破碎机组成四段闭路生产流程，最终矿石破碎粒度-12mm小于80%。改造后由一台颚式破碎机和一台GYP-1200惯性圆锥破碎机组成两段开路破碎流程，矿石破碎粒度-9mm占80%以上。大大简化了破碎工艺流程，减少了运行成本，降低了能耗[8]。28.1.2颚式破碎机近年来，随着技术的进步与完善，颚式破碎机吸取了高能圆锥破碎机的技术思路，不再只是向着大型化发展，而高能化成为颚式破碎机发展的新方向，即为了提高破碎机性能和改善破碎产品质量，一方面通过结构参数优化，改善动颚运动轨迹，使得动颚相对于静颚更接近于平移；另一方面通过腔形优化，使得物料在破碎腔内的流动更合理；另外，还通过转速、动颚冲程等参数优化，与高能输入相配合，实现产能提高和更小产品粒度。北京矿冶研究总院一直致力于高效破碎机的研究，在传统复摆颚式破碎机机构参数优化和腔形优化方面做了大量工作。在上世纪90年代开发出外动颚式破碎机的基础上，2007年又成功研究了1200×1500外动颚式破碎机，该设备装机图28.5高压辊磨机工作原理图功率200kW，入料粒度可达1050mm，最大处理能力可达575m3/h。与传统同规格破碎机相比，破碎比能增大20%，耗能低20%-30%，具有良好的经济效益[9]。28.1.3高压辊磨机高压辊磨机主要适用于细碎作业，是近几年快速发展的一种高效破碎设备。高压辊磨机的粉碎机理为“料团粉碎原理”，如图24.5所示。实验表明，由于层压粉碎在纯压应力作用下进行，其传递效率要高于单纯的压力、冲击力和剪切力，层压粉碎也就比压碎、磨碎、劈碎、折碎和击碎等外力作用造成的粉碎效果好。咬住作用和挤压给料是料团在封闭空间内能够产生压力并积聚的前提。料团粉碎时，全部颗粒都受力并产生粉碎，而不仅仅是同辊面直接接触的较粗颗粒受力，因此高压辊磨机产量和能量利用率高、辊面磨损低[10]。2006年底，德国KruppPolysius公司研制了世界上最大的高压辊磨机，其规格为Φ2400mm×1650mm，驱动功率2×2500kW,该设备对高硬度矿石的磨碎效果尤为突出，而且同比节能达30%以上，已在秘鲁的CerroVerde铜钼选矿厂得到应用，生产能力达到2900t/h。2011年四川成都利君公司研制了国内最大规格的高压辊磨机，其规格为Φ2400mm×1600mm，最大装机功率7200kW，最大处理能力可达2200t/h（铁矿石）[11]。2010年陕西金堆城钼业公司是国内首个引进高压辊磨机的有色金属企业，采用了KruppPolysius公司生产的RPl4-1400高压辊磨机，将细碎产品经高压辊磨机开路破碎，给入球磨分级系统。与采用高压辊磨机前相比，球磨机台时处理能力提高了97.5%。2011年河北钢铁集团司家营研山铁矿引进德国KHD公司生产的RPS16-170/180型高压辊磨机，辊径为1700mm，辊宽为1800mm，给料为12～50mm的中碎产品，设计最大通过量达2800t/h，排料粒度为-8mm含量占80%以上。自安装调试以来，入磨粒度不达标，辊面磨损速度快，辊面出现断钉、掉钉及基体凹坑现象，辊压机运行5000h后，已无法保证入磨粒度，不能继续维修使用。经调研，发现辊面所使用的16mm辊钉并不适合+30mm的矿石破碎，后更换了一套全新柱钉辊套，辊钉直径加大至20mm。为改善矿石在辊面上不均匀布料的情况，拆除原进口设备配置的电动单进料装置，改为国产电动双进料装置。通过改造，进料更为合理，物料从辊缝中心位置的正上方连续喂入辊间，避免冲击单个辊轴，有利于动辊和定辊的均衡磨损，2台主电动机的电流差较小。从辊缝中心进料对料压基本无损失，布料也更均匀，有利于形成稳定料层，辊钉断钉损伤的情况得到改善。改造后，辊钉磨损时可在线更换，操作方便简单，降低了维护成本。通过调试，辊压机在设计限定的运行参数内，中间料量达到1150t/h，-8mm矿石含量最高可达80.35%[12]。2013年国内某氧化铝厂设计选用2台CLM140-80高压辊磨机，设计矿石处理能力240万吨/年。在工程设计初期，利用实验室CLM-25/10型高压辊磨机进行了可磨性试验，试验表明：高压辊磨机处理该氧化铝厂铝土矿矿石的最佳压力为12.5MPa，最佳转速为14r/min，给矿含水率不宜高于7%，高压辊磨工艺所得物料细粒级含量更多，可磨性优于常规破碎工艺所得物料。对连续试验四次取样样品进行了筛析，产品质量的稳定性较好。工程投产后实际运用结果达到了设计指标，收到了理想效果，为高压辊磨机在氧化铝行业的推广应用起到了很好的示范作用[13]。2010年山西原平白石联营铁矿，每天处理铁矿石10000t，为了提高处理能力和降低选矿厂的能耗，粗碎采用一台国产的PXZ1216型旋回破碎机，中碎为3台圆锥破碎机，细碎采用成都利君实业有限公司生产的