高压辊磨机在金属矿山的应用(1).pdf

_ 青色金尾工程 N O N F E R R O U SM E T A L SE N G I N E E R I N G d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．2 0 9 5 1 7 4 4 ．2 0 1 3 ．0 1 ．0 1 3 高压辊磨机在金属矿山的应用 舀及亚娜1 ‘2 刘威3 仵晓丹1 冀秀荣1 1 ．北京东方燕京矿山工程设计有限责任公司北京 1 0 0 0 7 0 2 ．北京科技大学北京 1 0 0 0 8 3 3 ．中国恩菲工程技术有限公司北京 1 0 0 0 3 8 摘要介绍高压辊磨机的基本原理和主要结构，分析其技术特点和应用范围及典型工艺流程，总结国内；, b Y - 程 应用实例。 关键词选矿工程；破碎设备；综述；高压辊磨机 中图分类号T D 4 5 1 ．7文献标志码A 文章编号2 0 9 5 ．1 7 4 4 2 0 1 3 0 1 - 0 0 5 8 0 5 随着世界金属矿山企业生产规模的不断扩大及对高 效能设备的不断重视，同时伴随着资源的贫化或难碎难 磨等问题的出现，高压辊磨机越来越受到金属矿山企业 的青睐，不断出现在主要碎磨工艺方案比较中。为高压 辊磨机在今后金属矿山企业碎磨工艺的设计及应用方面 开阔思路，综述高压辊磨机工作原理、选型依据、流程 方案以及高压辊磨机近些年在国内外工程中的应用情况， 并展望其在金属矿山领域的应用前景。 在金属选矿厂全部设备投资中，碎磨设备投资占总 投资的6 0 ％，碎磨生产费用占总费用的4 0 ％以上。同时， 磨矿作业产品质量也直接影响着最终的选矿指标，如何 在碎磨工艺中节能降耗，提高综合经济技术指标和效益 是金属矿山企业发展的核心。 19 8 5 年，根据层压粉碎理论研制的高压辊磨机在前 西德海得堡水泥厂首次用于大工业生产，进行粉碎加工 并获得了良好的指标和经济效益。高压辊磨机已被证实 具有单机处理能力大、设备运行作业率高、节能高效、操 作维修方便等优点。近1 0 年来，随着高压辊磨技术的不 断发展，该高效设备已经推广应用到金属矿山中等及中 等以上硬度的矿石细碎中，特别在铁矿方面，应用已趋 于成熟”。2 J ，在有色金属行业也得到应用，特别是难碎难 磨的硬矿石更体现其优势。 1 高压辊磨机及工作原理 高压辊磨机主要由机架、高压辊、施压装置和传 动装置组成㈣。高压辊由一个固定辊和一个可调辊组成， 辊面覆盖耐磨板。每个辊由一台电动机驱动，液压缸为 施压部件，用来调节可调辊的移动，并根据给料矿物性 质提供合适的压力。传动系统配置一般采取双万向轴的 减速机悬挂配置方式。高压辊磨机组成结构如图1 所示。 l 一给料调节门；2 一辊封盖；3 一传动机构；4 一辊轴承； 5 一液压缸；6 一液压站；7 一机架；8 一操作平台 图1 高压辊磨机组成结构 高压辊磨机的工作原理是料层粉碎原理，如图2 所 示。物料进入两个平行、相反旋转的辊子之间，在固定空 收稿日期2 0 1 2 0 8 3 0 作者简介及亚娜 1 9 8 1 - ，女，河北唐山市人，博士．主要从 事金属矿山设计等方面的工作。 5 8 工程技术E n g i n e e r i n gT e c h n o l o g y 万方数据 间内压力不断增加使颗粒间间隙越来越小，两个辊子液 压力能够达到5 0 ～3 0 0M P a ，在强大的压力下颗粒相互挤 压，颗粒之间可以互相传递压力，当应力强度达到颗粒 压碎强度时，颗粒即开始粉碎H 】。细物料被进一步压成 饼状物料，经打散后得到最终粉碎产品。排出的物料除 含有一定比例的细粒成品外，非成品颗粒由于相互的挤 压内部形成微裂纹，经高压辊磨机处理后的物料提高了 矿石的解离度，邦德功指数大幅降低，在随后处理过程 中能够显著地降低粉磨能耗。 目前，国际上知名的高压辊磨机主要有P O L Y S I U S 、 H U M B O L D TW E D A G 、K O P P E R N 。国内经过近些年的 技术引进，也相继有几个技术相对成熟的高压辊磨机厂 家，如成都利君、合肥水泥研究设计院、中信重工。因在 某些关键技术上与国际知名厂家还存在一定差距，所以 国内生产的高压辊磨机在金属矿山相对于建材领域的应 用滞后，且处于起步阶段。 H P s b e f o wc o m p r e s s i o n V s b u l kv o l r m c P S b r l kd e n s i t y 嚣霪润 爱赫小．．．’．、 ．i 豳 ，Y ’“．’，j - h ’j ’二j - ．。 _ a c c e l e r a t i o nz o n c c o m p a c t i o nZ O n c c x p a n s l o nZ O n e d i a m e t e ro f 巾m f l a k ct h i c k n e s s a n g l eO lc o m p a c t i o nz o n e a n g l eo te x p a n s i o nZ O r l C c i r c u m f c r c n t l a ls l ，‘． c d 图2 高压辊磨机粉层粉料原理 2 高压辊磨机特点与常用流程 2 ．1 高压辊磨机的优势 高压辊磨机比普通破碎机设备处理能力大。高压 辊磨机作业处于碎矿和磨选工段之间，生产能力和产品 质量受碎矿系统生产情况的限制，往往不能达到最佳状 态。根据最新的厂家样本信息，最大型号单台设备处理 能力高达40 0 0t ／h K H D 洪堡，型号R P S 2 5 ，目前世界 范围内应用高压辊磨机最大单机处理实际能力为25 0 0 - 29 0 0t ／h 。与传统大型圆锥破碎机比，可大大提升单系 统处理能力。高压辊磨机工作时辊面线速度在接近下 限1 ．1m ／s ，上限速度能够达到2m ／s 左右。高压辊磨机作 业率可达9 0 ％以上，远高于常规破碎机6 7 ．8 ％的作业率， 这就为高压辊与磨矿采用一致的作业制度创造了条件。 高压辊磨机应用范围广，可用于松散物料的中碎、 细磨碎和超细磨碎。随着制造技术和控制水平的发展， 高压辊磨工艺已经广泛地应用于铜、铅、锌、金、镍、铁、 钼矿石，石灰石，炉渣等各种矿物的破碎作业过程之中。 高压辊磨机可对细碎产品进行预粉磨，也可对中碎产品 进行破碎，同时完成常规细碎和超细碎两段破碎作业工 作量 产品粒度尸8 。 6m m 。对传统细碎作业难以通过的 含水、含泥偏高的黏性矿石也能轻松处理【5 】。 高压辊磨机破碎矿石的能耗低，高压辊磨机实施的 是准静压粉碎，这种准静压粉碎方式相对于冲击粉碎方 式节省能耗约3 0 ％。高压辊磨机对物料实施的是料层粉 碎，是物料与物料之间的相互粉碎。这种粉碎效率相对 于传统的破碎和球磨技术有明显的提高，磨损也明显地 减少。高压辊磨机相比圆锥破碎机、棒磨机和球磨机，能 耗降低3 0 ％～5 0 ％。根据目前应用的情况，其单位处理能 力功耗通常介于0 ．8 ～3 ．0k W h ／t 。使用高压辊磨机的最大 破碎比可以达到1 0 以上，破碎比是常规破碎机的2 ．o 2 ．5 倍，处理能力是常规破碎机的1 ．5 ～2 - 3 倍[ 6 - 7 ] o 使用高压辊磨机降低下一阶段磨矿作业磨矿功指 数。高压辊磨机生产数据表明，高压辊磨后的产品中 合格粒级 一O ．0 7 4m i ／l 粒级 含量大大增加，且因辊压 后产生裂隙将降低人磨物料的可磨度，从而可大大提升 磨矿能力，降低单位处理能力磨矿功耗。马鞍山南山矿 业公司凹山选矿厂原破碎流程为常规的三段一闭路流 程，2 0 0 4 年在细破碎闭路筛分之后增加了l 台R P 6 3 0 ／1 7 ． 1 4 0 0 高压辊磨机。半工业试验结果表明，高压辊磨机破 碎单位功耗为1 ．4 ～1 ．5 5k W h ／t ，邦德破碎功指数比常规破 碎机降低约2 7 ％，即从1 1 ．7 lk W h ／t 降低到8 ．5 4k W h ／t “1 。 L o sB r o n c e s8 00 0 0t ／d 工程上对高压辊作为第三段磨矿 与S A B C 流程进行详细的比较。试验表明采用高压辊后， 不仅铜精矿回收率有潜在提高的可能，且A n g l o 美国研 究院及P O L Y S I U S 实验室高压辊磨后试验球磨功指数均 降低。根据闭路流程试验数据，不同试样球磨功指数降 低1 2 ％～1 7 ％，这均由于高压辊磨后产生裂隙的缘故”j 。 2 ．2 选用高压辊磨机应注意的问题 高压辊磨机由于其特殊的结构及破碎性能，可以大 大地降低电能消耗。然而，目前还有理论认为，如果矿石 采用半自磨机处理的比能耗小于8 - 9k W h ／t ，邦德球磨功 指数小于1 5 - 1 7k W h ／t ，则该种矿石不适合采用高压辊磨 机处理，即不适合于软矿石尤其是含泥高的矿石，通常 说的“吃硬服软”。 从目前实际现场应用情况来看，选用高压辊磨时还 应该注意一些问题。 选用国际知名厂家的高压辊磨设备比选用国内厂家 设备更容易规避设备本身技术上的风险，因为高压辊磨 的关键技术，包括双电机减速机驱动系统、液压系统、辊 面寿命等无论从使用业绩还是设备运行可靠性均由主要 的国际知名企业掌握。 选用高压辊及设备选型方面应综合考虑各方面的因 素。高压辊磨选型根据目前国际上知名厂家的主要经验 有色金属工程2 0 1 3 年第1 期 5 9 霹■缸 万方数据 I I 看危奎蠢土程型里型 垦璺璺里型曼塑曼坠 曼曼型鱼 堕兰曼璺 型鱼 理论公式为Q g DXW xv 和归形v X P 3 ．6 ，式 中9 一处理能力，协；g 一单位处理能力，t ／m 3 h ；D 一 辊子直径，m ；肛一辊子宽度，m ；r 一辊子线速度，m ／sI p 一压实密度，t ／m 3 ；J 一压实物料宽度，m m 。单位处理能 力q 值根据目前高压辊应用的情况平均值约为2 5 0t ／m 3 h ， 辊子线速度基本为1 ．1 2 ．0r n ／s ，压实密度可以达到矿物 真密度的8 5 ％左右。大多数用户以为根据以上经验公式 便可以对高压辊进行选型，这是一个误区，实际决定是 否能采用高压辊，采用怎样的设备参数和流程结构应完 全由高压辊磨复杂的综合条件试验来决定，主要包括最 经济合理的入辊磨的给矿和产品粒度、合理的矿石湿度、 辊子线速度、对辊压力、辊面损耗、料饼的处理方式、辊 压前后物料的邦德功指数变化等。这些条件都对是否选 用高压辊磨以及对其选型起着关键性的作用。忽略这些 因素，将给今后高压辊磨运行生产带来很大的风险。 高压辊磨机使用成本高。高压辊磨机一对棍子的成 本约占到整机费用的1 ／3 。即使在应用前期进行过详细的 实验，实际现场应用过程中，往往在使用30 0 0h 后高压 辊磨机会出现严重磨损，需更换新辊。这需要在应用前 期对高压辊磨机节能降耗的优势与更换辊子造成生产成 本费用的增加进行综合比较评估，以降低在随后生产过 程中高压辊磨机的应用对生产带来的风险。 高压辊磨机工艺流程配置复杂。高压辊磨机是根 据料层粉碎原理将矿石粉碎，存在破碎物料打散、过度 破碎、粉矿储存、与球磨系统配套使用等一系列复杂的 问题。因此高压辊磨机的工艺流程配置及生产管理过程 均较常规破碎流程配置复杂。 2 ．3 高压辊磨机典型工艺流程 高压辊磨机用作常规破碎工艺中三段一闭路的细 碎设备或是用作三段一闭路后的四段破碎 超细碎 设 备。高压辊磨机工业应用常见的闭路流程结构如图3 所 示。高压辊磨机可配置于粉矿储存仓之前即与破碎筛分 系统采用同一工作制度，亦可配置在球磨机前面，与球 磨机采用同一工作制度。 具体在不同流程中的作业位置，设计上又有所区 别。因辊压后产品粒度较常规三段一闭路要细，粉矿 中碎产品 中碎产品中碎产品 中部产品 带检查筛分的闭路流程带预先分级的闭路流程边缘物料返回的闭路流程 图3 高压辊磨机工业应用常见的闭路流程 仓会出现易堵的情况，这就要求在设计时应尽量减少每 个粉矿仓贮存的时间。根据目前现场的应用经验，通常 粉矿仓贮存时间不宜超过1h ，同时应考虑在仓底部设 消堵设施。因高压辊磨后产品粒度分布范围大，最粗的 粒度可以达到给料粒度粗细，这就要求高压辊流程中增 加边料返回或者是与闭路筛分联合的作业流程，这也是 在流程选择时一个矛盾的地方。特别是对大型矿山而言， 本想突出高压辊处理能力大、高效节能的优势，但为了 最终得到合格的粒度而不得不延长流程，增加流程环节。 为避免流程长而复杂，在流程设计中，强化中碎降低中 碎产品粒度并最大限度发挥高压辊磨高效能的优势，中 碎闭路产品 粒度为- 3 0r n n l 与高压辊磨之间设中间缓 冲矿仓代替传统三段一闭路的粉矿仓，采用高压辊磨机 作为第三段的开路破碎 产品粒度P 8 。 6m m 与磨矿作 业制度一致的流程将作为今后一种趋势，不失为解决高 压辊后产品易堵问题的有效途径。 3 高压辊磨机的工程应用 高压辊磨机在生产应用之初，主要用于硬度较小的 脆性金属矿石的破碎。随着设备的不断改进，目前高压 辊磨机已经推广应用于中等硬度及以上的矿石破碎过程。 截至到2 0 0 9 年底一1 全球范围内投人工业应用的高压辊磨 机在金刚石生产领域已有3 5 台，在铁矿石破碎方面，已 有5 0 台应用于生产。近年来高压辊磨机在国外大型金属 矿山使用情况如表1 所示。 表1 高压辊磨机在国外金属矿山使用情况 1 单位为万t ／a 。 6 0 工程技术E n g i n e e r i n gT e c h n o l o g y 万方数据 目前在我国高压辊磨机在金属领域也已经开始有应 用并趋于成熟，如黑色矿山的司家营铁矿二期、和尚桥 铁矿、太和铁矿、程潮铁矿、凹山铁矿等。在有色和贵金 属矿石用于硬质矿石破碎也已超过3 5 台，如金堆城钼矿、 三山岛金矿等。 3 ．1 智利L o sC o l o r a d o s 选厂 高压辊磨在L o sC o l o r a d o s 选厂各项应用数据如表2 所示0 1 。在L o sC o l o r a d o sH u a s c o 球团厂磨矿流程中采用 R P l 6 - 1 7 0 ／1 8 0 高压辊磨机，入磨物料的球磨功指数得到 改善，最终产能提高3 0 ％。 3 ．2 凹山铁矿 凹山选矿厂高压辊磨工艺流程技术改造是国内第一 条在冶金矿山选矿厂采用高压辊磨新技术新工艺的创新 矿山工程项目。在磨前湿式粗粒 0 - 3m m 磁选抛尾，形 成了“破碎一高压辊磨一球磨”工艺，减少了近5 0 ％的磨 矿量，选厂的球耗仅为0 ．4 ～0 ．5k g ／t ．原矿。凹山选厂高村 矿采用高压辊磨工艺与原工艺技术指标比较如表3 所示 【1 1 ] 0 从表3 可以看出，采用高压辊磨机后，新增1 5 0 万t ／a 粗粒尾矿，在精矿产品质量保持不变的前提下，选矿比提 高1 ．6 1 。经工艺改造，选厂新增圆筒矿仓、高压辊磨机厂 房、筛分、粗粒磁选及粗粒尾矿分级厂房、转运站、皮带 表2 高压辊磨机在L o sC oo r a d o s 选厂生产数据 规格或指标数据规格或指标 数据 辊子类型热压收缩辊胎给料粒度／m m 0 - 4 5 辊皮铸锭辊面产品粒度／m m 5 5 ％一7 0 ％ 20 0 0 辊前球磨功指数／ k W h t - 1 9 - 1 4 表3 高村矿入凹山选矿厂不同工艺技术指标比较 通廊、粗粒尾砂厂房等选矿设备及设施。投资按原选厂处 理高村贫磁铁矿比较，其处理能力增加值约2 5 0 万t ／a 。 P 8 0 7 ．2m m 进入球磨机，降低了球磨机的能耗，球磨机 处理能力可提高1 5 ％。 3 ．3 金堆城钼矿 3 ．4 三山岛金矿 金堆城钼业公司是国内首家引进高压辊磨机用于碎 矿作业的有色金属矿山。高压辊磨机生产实践表明，小 于0 ．2 5i n l l l 粒级产率由处理前的7 ．9 0 ％提高到2 2 ．0 0 ％”“。 大大增加了可浮粒级的含量，实现了多碎少磨的理念， 提高了球磨机处理量，降低了球磨机的能耗。同时，发现 排料中边角料粗颗粒没有比较明显的集中，颗粒组成与 中心料粒级组成相近。说明高压辊磨机的开路破碎产品 完全可直接进入球磨机入磨，能够避免配置的繁琐，简 化工艺流程。在选矿厂扩产改造过程中将高压辊磨机 放置于三段破碎后，经高压辊磨机破碎后的产品 粒度 三山岛金矿破碎过程设计时，将常规的三段一闭路 工艺与中细碎作业采用高压辊磨机的三段一闭路进行对 比分析。为保证最终磨矿物料产品粒度，对高压辊磨机 边料产品返回。两种工艺的工艺流程图如图4 所示。按照 相同的生产规模80 0 0t ／d ，相同的工作制度3 3 0d ／a ，每 天工作时间1 8h ，产品粒度均按照d 8 0 7r n r n 。使用高压 辊磨机流程中，中碎采用2 台H P 5 0 0 ，细碎采用1 台高 压辊磨机。常规破碎流程中，中碎采用1 台H P 5 0 0 ，细碎 H P 5 0 0 。除了常规流程比使用高压辊磨机流程多一台转 运皮带外，其他配置基本相同。两种方案比较结果如表4 有色金属工程2 0 1 3 年第1 期 6 1 万方数据 R 么各屈工程 N O N F E R R O U SM E T A L SE N G l N E E R I N G 表4 两种破碎方案比较 C 高压辊磨机流程常规流程 图4 两种破碎流程 所示。 从表4 可以看出，在三山岛金矿项目中细碎过程 中使用高压辊磨机后，虽然高压辊磨机的功率高于传统 破碎机，可比流程部分的总能耗因此高于传统流程能耗。 但同时，流程可比部分投资以及操作维修人员数均少于 传统流程。生产成本每年能够减少4 8 8 万元。因此三山 岛金矿可以考虑在细碎作业中使用高压辊磨机。 4 结论 当今企业生产越来越重视社会效益，节能降耗是企 业生存和发展壮大的首要任务，而高压辊磨机具有其适 应性强、应用广泛、能耗低、易于生产管理等优势，在已 建的金属矿山选厂中不断得到成熟的应用。随着今后高 压辊磨设备及工艺的进一步发展，未来在金属矿山中将 具有更广阔的发展前景。 参考文献 【1 】段希祥．碎矿与磨矿[ M 】．北京冶金工业出版社，2 0 0 6 1 0 2 0 ． [ 2 】王薛．高压辊磨机在铁矿石破碎方面的应用【J ] ．现代矿 业，2 0 0 9 9 1 0 8 - 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