与在水泥行业取得的的巨大成功相比,高压辊磨机在矿物加工各行业的应用受到诸多因素的制约而进展缓慢。尽管如此,自1986年首次进入金刚石矿业以来,高压辊磨机在矿物加工领域的工业应用一直在不断发展,安装投产的设备数量在逐年增加。
纵观发展历程,这种新型制粉设备25年来的工业应用进展大致可以分为三个阶段:
①80年代中期至90年代初,广泛应用于水泥行业和金刚石开采行业,成为行业标准生产过程中的设备配置;
②20世纪90年代中期至21世纪前10年,在铁矿石加工领域的逐步推广应用与钉辊表面技术的研发和改进相互促进,并伴随着在铜矿和金矿的半工业和工业规模的试验性应用;
③从21世纪第一个十年中期开始,广泛应用于有色和贵金属矿山的硬矿石破碎工艺中。据统计,截至2009年底,金刚石生产领域有35台高压辊磨机,铁矿石加工领域有50台,用于破碎硬矿石的有色和贵金属矿山超过35台。
自20世纪90年代末以来,铁矿石加工业的设备数量增长最快,包括铁精矿球团前的预处理以及铁矿石的细粉碎和超细粉碎。2006年后,安装在秘鲁CerroVerde铜钼矿的4台大型高压辊磨机成功投产,并在澳大利亚BGM金矿订购了4台大型高压辊磨机用于细碎。高压辊磨机在硬矿石破碎过程中的地位开始被业界认可,有意采用高压辊磨机的矿山企业开始增多,高压辊磨机生产厂家接到的订单也随之增多。
从全球矿业发展来看,经济有效地开发利用各种贫杂矿产资源是大势所趋。选矿厂扩大生产规模,使用大型设备,可以有效降低处理贫矿和粉矿的单位生产成本,成为行业发展趋势之一。在碎磨工艺的演变中,自磨/半自磨工艺通过设备的大型化、单机生产能力的提高、碎磨阶段的减少带来的工艺简化,顺应了这一趋势。近几十年来,许多选矿厂采用了自磨/半自磨工艺流程。这种工艺流程突破了传统的三段式粉碎研磨模式,成为国外新的常规流程。虽然自磨/半自磨工艺本身存在比能耗高、对物料性质波动敏感、对某些矿石类型不适用等问题。,它不能完全取代传统的粉碎和研磨工艺。另一方面,包括自磨机在内的各种大型碎磨设备的尺寸也会受到制造、运输、安装等因素的制约。,所以不能无限放大。
相比之下,高压辊磨机具有处理能力大、占地面积小、设备结构紧凑、对部件的运输和安装条件要求低等优点。它在碎磨工艺中的应用,可为进一步提高选矿厂碎磨系统的处理能力创造条件。
而且其带来的节约破碎能耗和介质消耗的效果符合节能低碳经济的社会发展方向。
可以预计,高压辊磨机在矿物加工领域的应用,对未来破碎磨矿工艺的影响,至少与近几十年磨矿/半自磨工艺的应用一样大。在大型高压辊磨机本身方面,各设备制造商实践了不同的设计理念。目前,德国高压辊磨机主要有三家制造商,分别是蒂森克虏伯集团的PolyLichius公司、KHD的Humboldt-Wedag公司和Kuibourne (K?Ppe)公司。Lichius拥有全球最大的市场份额;KH Humboldt Weidak公司以其stud点阵辊面技术在矿物加工领域具有独特的优势。Kuibourne公司进入矿物加工领域相对较晚,但在中国和澳大利亚表现不俗。在大型设备方向,Perrault Lichius公司采用了增大辊径同时保持辊宽较小的方法。该设备可以处理粒度较大的进料,但由于边缘效应较大,产品中的废料比例较高。KHD Humboldt Weidak公司和Kuibourne公司采用的方法是保持辊径不太大,增加辊宽。该设备排出的矿产品中废料的比例较低,但在处理坚硬物料时,对给料粒度上限的要求严格。此外,更需要注意保持进料沿辊宽均匀,并在辊支撑系统中引入压力分布自动调节机制,防止辊斜过大影响设备正常运行。与水泥行业不同,选矿领域加工的物料种类繁多,甚至同一种矿石,其工艺性能也会有很大差异。因此,在考虑采用高压辊磨技术时,首先需要对具体材料进行相关的实验研究。一般来说,所有高压辊磨机的制造商都向客户提供这种测试服务,作为评估工艺可行性、选择设备和确定设备工作参数的依据。也有一些独立的机构或公司可以进行这种实验研究。
根据研究的目的和项目进展阶段的要求,可以是小型实验室试验(辊径一般小于300mm)或半工业试验(辊径一般小于1000mm)。小试只是为了初步评价,设备的工作参数一般需要根据半工业试验的结果来确定。有些矿料具有较高的硬度和研磨性,会对高压辊磨机的辊面造成很大的磨损。频繁地地面停机更新或更换辊面会影响设备的运转率,这是前期阻碍高压辊磨机在选矿领域发展的重要因素。近年来,各设备制造商在延长辊面使用寿命和缩短更换辊面所需时间方面做了大量工作。特别是KHD洪堡威达克公司率先推出的stud点阵辊面技术,可以促进地面材料在辊面上形成一层& ldquo自我保护层& rdquo防止辊面的进一步磨损,从而克服了高压高辊磨机在选矿领域应用的一大障碍。
这种辊面技术也被其他设备制造商采用。制造商开发了自己的测量辊面磨损率的方法,用于为保证辊面的工作寿命提供基础数据。从应用情况来看,高压辊磨机目前在矿物加工领域主要用于矿石的细磨/超细磨和铁(铬)精矿的细磨。当用于细碎作业时,它或者代替原有的破碎设备,或者与原有的破碎设备一起承担为后续的粉碎和分选作业准备物料的任务。回顾高压辊磨机在水泥行业的应用历史,起初主要用于球磨机进料的预粉磨,在提高吞吐量的同时实现了比粉碎能耗的降低。有业内人士将高压辊磨机视为当今世界能效最高的工业粉碎设备,有点夸张。其实高压辊磨的能效只是相对于能效低的辊磨(主要是球磨机)而言的。固体物料粉碎的基础研究结果表明,颗粒床粉碎的能量效率虽然高于球磨,但仍低于单颗粒粉碎。
在工业过程中,使用高压辊磨机进行细粉碎,降低了进入磨机的物料的整体粒度,相当于承担了部分原本由球磨机承担的粉碎任务,因此可以达到降低粉碎能耗的效果。一般来说,高压辊磨机承担粉磨任务的比例越高,节能潜力越大。这也应该是今后高压辊磨机在选矿领域应用的发展方向。但在以单颗粒破碎机理为主的粗碎和中碎领域,除了一些特殊场合(如金刚石解离破碎),高压辊磨机并不优于现有设备。另外,高压辊磨机不适合处理含水量过高、含泥量过多、粘性较大的物料。高压辊磨机用于选矿厂的磨矿过程中,必然会涉及到相关工艺的配置和辅助设施的配套。事实上,高压辊磨机本身具有很大的配置灵活性。
由于物料的破碎效果主要由压辊的工作压力决定,其高度对物料的通过量影响很小,因此配备变速驱动电机的高压辊磨机的通过量和破碎效果可以在很大程度上进行调节,互不影响,以满足特定的工艺要求,这在其他类型的粉磨设备中是很难实现的。对于恒速驱动的高压辊磨机,可以通过改变产品或边角料的循环返回量来调节。高压辊磨机应用于细粉碎/超细粉碎作业时,往往需要通过闭路筛分来控制上游中碎产品的粒度和送至下游粉碎作业的物料,需要配置相应的筛分和物料输送设施,增加了设备配置的复杂性和投资成本,导致采用高压辊磨机的方案相比其他方案竞争力较低。对于高压辊磨机排出的矿产品的筛分,如果筛分粒度小于6mm左右,一般采用湿法。但湿法筛分后的物料返回高压辊磨有时会出现物料含水量过高的问题。