编号：CYYJ00407

篇名：中国粉碎工程技术进展

作者： 吴建明

关键词： 粉碎工程；粉碎理论；破碎；粉磨；筛分；分级；超细磨；超细分级；特殊粉碎方法；粉碎设备；粉碎工艺；多碎少磨.

机构： 北京矿冶研究总院

摘要： 本文论述了近20年来中国粉碎工程领域的主要进展，包括理论研究、破碎、粉磨、筛分和分级、超细磨和超细分级、特殊粉碎方法和设备等。

原文： 1前言 粉碎是脆性物料加工中最初的、必不可少的重要阶段。随着社会经济的迅速发展，各种金属矿物、非金属矿物、化工矿物、水泥、建筑原料、筑路和筑坝石料、煤炭等物料的社会需求和生产规模日益扩大，经粉碎的物料量迅速增加。20世纪90年代以来，中国脆性物料（除煤炭外）粉碎量已达到大约每年15亿t，其中铁矿石约2.4亿t，有色金属矿石1亿多t，非金属矿物2.3亿多t，化工矿物0.3亿多t，水泥约4亿t，建材用石灰石4.7亿多t。可见粉碎工程在工业经济中发挥着巨大的作用。 粉碎是一个电耗、钢耗和原材料消耗巨大，而能量利用率又很低的过程。据统计，粉碎过程中真正消耗于物料粒度减小的能量不足全部粉碎能量的5%，大部分能量以热、声、振动等形式损失了。以有色金属选矿厂为例，粉碎阶段处理每t原矿的电耗平均为16.0kW•h，占选矿厂总电耗的40%左右。钢耗平均约为1.5kg/t。以此计算，仅有色金属选矿厂每年粉碎电耗就达16亿kW•h，钢耗15万t。因此，探索高效节能的粉碎方法和设备一直是粉碎界的重要任务。 2 粉碎理论研究 2.1 多碎少磨原则 20世纪70～80年代，中国粉碎界开展了广泛深入的粉碎节能研究和讨论，一致认识到：因为破碎作业的单位能耗大大低于粉磨作业，因此为了节约能量，应尽量增加破碎作业的工作量，而减少粉磨作业的工作量，也就是尽量减小破碎产品即粉磨给料的粒度，并简明地概括为“多碎少磨”。在这一原则指导下，我国粉碎界持续努力，使矿山选厂最终破碎产品粒度不断减小，主要有两个途径：⑴ 采用先进技术和设备。例如20世纪80年代，铜陵有色金属公司凤凰山铜矿从瑞典引进全套破碎粉磨设备，包括液压旋回破碎机、液压圆锥破碎机、棒磨机和砾磨机等；⑵ 现有流程和设备技术改造，改进性能，提高效率。例如对颚式破碎机和圆锥破碎机进行腔型改造。 2.2 料层粉碎原理 20世纪70年代末，德国Klausthal技术大学的K.Schönert教授提出了料层粉碎原理。料层粉碎又称粒间破碎或层压破碎，主要特点是：⑴粉碎力不是作用在单颗粒上，而是作用在颗粒群体上；⑵粉碎力是纯压力，施力较缓慢；⑶对颗粒群的粉碎压力高达50～300MPa。这使物料颗粒被粉碎粒度减小的同时内部形成大量微裂纹，从而强度大幅度降低。 这一新的高效节能粉碎原理在中国粉碎界产生了巨大的影响，中国的粉碎工作者进行了相应的研究，并在新设备研制和传统设备改进中广泛采纳了这一新原理。例如东北大学的胡景坤和徐小荷对料层粉碎进行的试验研究表明，以静压粉碎效率为100%，单次冲击效率在35%～40%左右。为了节约粉碎能量，提高粉碎效率，应多用静压粉碎，少用冲击粉碎。 2.3 功耗法和Bond功指数 1950年，美国Allis Chalmers公司的F.C.Bond和中国的王仁东共同提出了脆性物料粉碎过程的第三理论和粉碎功指数的概念。之后，F.C.Bond及其助手在功指数的实际应用方面又做了许多改进和完善，分为冲击功指数、球磨功指数和棒磨功指数，1960年前后形成了目前的功指数实验室测定方法和以功指数为基础的功耗法设计计算方法。 20世纪70年代末到80年代初，北京矿冶研究总院从美国Allis Chalmers公司引进了全套Bond功指数测定设备和工艺。同时其他一些选矿研究设计单位和大专院校也开展了这方面的研究和应用工作，并逐渐在设计工作中采用了功耗法的设计计算方法。 一些粉碎工作者探索了对球磨和棒磨功指数试验进行了简化或用计算机模拟的方法。 1982年，赖复兴提出了一种简化测定方法。他认为只需进行四个循环的功指数测定，这时粉磨过程基本达到稳定，然后用计算机模拟计算以后的各个循环，功指数用回归分析获得的经验公式计算计算获得。这一方法的测定误差较小，但简化程度较低。(8) 1984年，中南工业大学的熊维平提出了一种通过简单的实验室试验，确定必要的模型参数，建立分批粉磨数学模型模拟计算Bond功指数的简化方法。该法不仅模拟测定过程，而且模拟物料所有粒级的碎裂过程，可模拟获得最终产品粒度分布并求得P80，并直接使用Bond功指数计算公式计算Bond功指数。该法简单而精确度高。(9) 1990年，东北大学的陈炳辰等提出了一种通过简单的实验室粉磨动力学试验，确定粉磨动力学参数，按照n阶粉磨动力学方程模拟物料的碎裂过程，从而模拟Bond功指数试验的简化方法。该法在模拟物料的碎裂过程时只按测定粒度分为粗、细两个粒级，因此无法获得最终产品粒度P80，需要使用回归分析获得的经验公式计算功指数。(10) 2.4 粉碎理论研究的新方法 一百多年来，国际粉碎界提出了三个著名的粉碎理论，即面积说、体积说和裂缝说。这些理论都是建立在动力学、平衡态、连续渐变过程和稳定过程基础上的。但实际上岩石内缺陷的分布是随机的，粉碎过程是不连续、突变、不可逆、非线性、离散的开放系统。20世纪80年代以来，中南工业大学的张志铁教授运用突变理论，从物料系统状态的失稳和稳定性研究出发，将物料粉碎机理研究推进到非线形热力学和非线性动力学范畴，阐明了物料粉碎是一个由定态到失稳再到新定态过程的耗散结构。他根据岩石内缺陷的分形特点，运用分形理论推导了强度与缺陷分布维数之间的关系，建立了粉碎颗粒粒度分布模型，找到了分维数、分布指数与破碎概率之间的关系，用颗粒表面分维数Ds将三个功耗理论统一起来(11)。 2.5 球磨机介质运动理论研究 20世纪70年代以前，中国粉碎界对球磨机工作原理的认识主要采纳前苏联学者的两相和三相介质运动理论。20世纪80年代以来，戴少生等更深入地研究了蠕动区的介质运动状态，推导了蠕动区的介质运动理论公式。随着角螺旋衬板的出现，孔庆安等深入研究了这种磨机衬板内的介质运动状态，并提出了相应的介质运动理论公式。 ........................ (查看所有文件请下载)