摘要：选矿设备与选矿工艺技术的发展是同步的，选矿设备水平不仅是选矿工艺水平的体现，也直接影响着生产过程、产品质量和综合经济效益，因此国内外非常重视选矿设备的开发和应用。破碎作业是选矿工艺的首道工序，为磨矿作业提供适宜粒度物料。由于磨矿作业电耗占选矿厂总电耗的５０％左右，成本比重大，因此研究“多碎少磨”，以更精细的破碎作业为磨矿环节提供更细物料，实现磨矿效率提升，节省运营费用，成为近年来的研究热点。这部分的研究，不仅包括对破碎理论本身的研究，还包括对破碎设备的研发和改进。本文针对选矿厂破碎技术在选矿过程中的应用要点进行了分析，以供参考。
关键词：选矿厂破碎技术；选矿过程；应用要点
1破碎理论
我们都知道自然界蕴藏着极为丰富的矿产资源，因此我们要运用各种选矿方法，借助各种选矿设备将矿石中的有用矿物跟脉石矿物分离，并达到使有用矿物相对富集的过程。然而在选矿之前，我们必须将大块矿石在外力作用下变成小块物料，这也就是我们所说的破碎。
破碎是利用外力施加于被破碎的物料上，克服物料分子间的内聚力，使大块物料分裂成为若干小块的过程。破碎与磨碎在适用的方法及产物粒度上有所不同，破碎产物的粒度较大，而磨碎产物的粒度细小。它在选煤厂和选矿厂生产中都占有重要地位。
破碎作业是选矿工艺的首道工序，为磨矿作业提供适宜粒度物料破碎物料所消耗的功能，一部分是使被破碎的物料变形，并以热的形式散失于周围空间；另一部分则用于形成新表面，变成固体的自由表面能。针对破碎过程提出的理论有：
（1）面积假说：破碎理论的面积假说是由德国学者P．R．雷廷格于1867年提出的。雷廷格认为：破碎过程是以减小物料颗粒尺寸为目的，破碎过程将使物料的表面积不断增加。为此，物料破碎时，外力所做的功用于产生新表面，即破碎功耗与破碎过程中物料新生成表面的面积成正比。面积假说只能近似地计算破碎比很大时的破碎总功耗，也就是只能近似地用在磨矿机的磨矿中，因为它只考虑了生成新表面所需的功。
（2）体积假说：破碎的体积假说是由俄国学者吉尔皮切夫与德国学者基克提出的。体积假说认为：将几何形状相似的同类物料破碎成几何形状也相似的产品时，其破碎功耗与被破碎物料块的体积或质量成正比。体积假说只能近似地计算粗碎和中碎的破碎总功耗，因为它只考虑了变形。
（3）裂缝假说：裂缝假是介于面积假说和体积假说之间的一种破碎理论。裂缝假说认为破碎矿石时，外力首先使物料块产生变形，外力超过强度极限以后，物料块就产生裂缝而破碎成许多小块，输入功的有用部分成为新生表面上的表面能，其他部分成为热损失。因此，破碎所需的功，应考虑变形能和表面能两项，变形能和体积成正比，而表面能与表面积成正比。
目前，已近有很多学者专家根据三大粉碎理论对破碎机械的未来发展方向和改善目标进行了研究。相信随着上述学说的综合应用和不断充实、完善，其破碎机理和设备将得到较大突破。
2选矿厂破碎技术在选矿过程中的应用要点
2.1模块化破碎系统
破碎系统是选矿厂中最容易实现模块化的工段，因破碎流程只有固定的几种组合，破碎设备的种类规格数量相对较少。以三段一闭路破碎流程为例，整个碎矿系统可分成：原矿仓、粗碎、缓冲仓、中碎、细碎、筛分、除尘器、皮带机8大模块。模块化破碎系统大多为钢结构，按照模块的可移动性，可分为半移动式，全移动式。按照模块的基础形式，可分为雪橇式、履带式、轮胎式。
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一般地，选矿工艺过程中有两个工序：一是解离，就是将大块矿石进行破碎和磨细，是各种有用矿物颗粒从矿石中解离开来；二是分选，就是将解离出来的颗粒按其物理化学性质差异分选为不同产品。破碎不但满足分选机械对入选物料最大入选粒度的要求。也满足夹无用矿物或中矿物料的有用矿物与脉石的解离要求，从而达到用户对选后产品粒度的要求。
在破碎过程中，破碎机往往是以一种破碎方法为主，其他一种或两种方法为辅；采用哪种破碎方法为主，要据物料的物理机械性质和被破碎物料的粒度大小以及所要求的破碎比来决定。为避免过粉碎，不太硬的矿料一般利用劈碎和折断的碎碎方法，坚硬的矿石常用冲击破碎和压碎的破碎方法。
目前，国内大多金属矿石选矿厂，主要还是采用颚式破碎机，旋回破碎机和圆锥破碎机等常规破碎设备。一般处理中硬以上矿石时，粗矿应采用颚式破碎机或旋回破碎机；中硬以下或片状，易脆矿石，可用具有冲击作用的反击式破碎机。选矿厂规模较大，山坡建厂者，宜用旋回破碎机；选矿厂规模小，平地建厂以及矿石中粘性物料多者，可用颚式破碎机；中细碎多采用圆锥破碎机，少数采用辊式破碎机。
2.2静态破碎
静态施压阶段：水化前氧化钙为立方晶系的晶体物质，反应后的氢氧化钙是六方晶系的晶体物质，体积为氧化钙的两倍。体积增大的同时，晶体间的晶间隙随之增大，特别是坚硬粗大晶粒的硅酸盐之间的间隙更大，随着时间的推移，膨胀压力将静静地、缓慢地施加在孔壁上，当膨胀压力超过约束介质的抗压/抗拉强度时，达到破碎介质的目的。
环境温度20℃，水灰比30%的破碎剂纸筒试验表明，在自由膨胀的状态下，桶内水化反应后的破碎剂的体积比原体积大3～4倍，比表面积增加了100倍。经测定，静态破碎剂理想状态下产生的膨胀压力为40～60MPa。
静态破碎剂的破碎原理：在破碎剂的组成中，两种成分必不可少：膨胀成分和强度成分。水化过程中，只有膨胀与硬化同时进行并平衡发展，才能将微观的结晶压转变为宏观的膨胀压。
破碎剂在钻孔中水化时，由于膨胀与硬化相匹配，可以认定其所产生的膨胀压能有效地、稳定地传递到孔壁的周围，使被破碎介质产生压缩变形，与压缩方向直角处产生张拉变形，当变形量超过介质抗压/抗拉强度时，被破碎介质产生龟裂，继而裂缝传播发展，最终使被破碎介质裂开。
3结论
磨矿过程是国民经济中许多基础行业的重要工序，它们必须受到应有的重视，随着世界经济技术的发展，矿业也得到了大的发展，作为破碎和磨碎的广泛应用，这项工艺也随之出现了大的发展，总的发展趋势是：研制及应用大型碎矿和磨矿设备，发展高效率的新型碎磨设备，将新技术新材料引入碎磨设备，研究碎磨过程的机理及提高过程效率的途径，以及研究新的碎磨方法等。在传统设备的改进及新设备的研制中，逐步将新技术新材料引入应用。大型滚动轴承应用于碎磨设备中，高压油悬浮应用于磨机主轴承，聚氨酯耐磨材料应用于筛网以延长寿命，高强度金属材料在碎磨设备零件中的应用，橡胶衬板及磁性衬板的应用，以及自动化技术应用于碎磨设备机组的控制中等。
碎磨过程耗费的能量巨大，材料消耗也高，为了提高破碎机械过程效率，选矿工作者不断的研究能耗规律及寻找节能降耗的途径，在磨矿领域开辟诸如选择性磨矿这样的领域以提高磨矿效率，开展球磨机介质的工作理论等的研究进一步提高磨矿效率等等，总之，磨矿作业仍需围绕增效、节能降耗等目标开展各种研究。
随着我国经济持续上涨的势头，对能源的需求，尤其是对优质能源的需求量也在不断的上升；根据我国的能源资源结构，为了缓解能源的供需矛盾，减少对环境的污染，节能工作显得更加重要。国外的选矿设备，价格昂贵，而且难以适应我国矿区工况变化大的特点，不适合中国的国情等问题，为此应该结合我国国情及我国矿产资源状况，来发展选矿机械。
总之，在未来技术使用中，可以将机械法和非机械法有机结合，利用其“互补”作用，大大提高破碎效率，也可将化学、物理、酶三种组合破碎等，充分提高其综合效益。同时，技术顺应时代变化，结合高新技术发展破碎方法及技术，就像自动化控制检测装置，从生物技术需求加自动化技术方面，应将先进的技术应用在选矿设备的设计中，如计算机技术，电气控制技术等，通过优化设计来使得设备运行平稳，加工精确，操作简单，降低噪音，减少磨损。通过提出设计理念设计自动化方法，达到矿产行业高效益。
参考文献
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[3]石自信，程兵.湿式除尘系统在选矿厂破碎系统的应用[J].科技视界，2016（02）：83+125.
论文作者:李晏婷
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第19期
论文发表时间:2018/11/8
标签：物料论文; 假说论文; 设备论文; 矿石论文; 粒度论文; 体积论文; 作业论文; 《建筑学研究前沿》2018年第19期论文;