第1章矿石准备作业的基本概念

第1篇矿石的准备作业第1章矿石准备作业的基本概念（1课时）[本章主要内容]1、破碎方法，包括矿石的破碎方法、破碎（磨矿）阶段、破（磨）碎比。

2、破碎假说，包括面积假说、体积假说、裂缝假说。

第1节碎矿的理论及工艺一、碎矿的基本概念1、破碎和磨碎在外力的作用下，使物料颗粒分裂成更小颗粒的过程，称为破碎或磨碎。

（或用外力克服固体物料各质点间的内聚力，使物料块破坏以减小其粒度的过程，称为破碎或磨碎。

）2、破碎比在破碎或磨碎中，原料粒度与产物粒度的比值称为破碎比。

破碎比的表示及计算方法有以下3种。

（1）理论破碎比（最大破碎比）：用物料破碎前后的最大粒度来确定及表示。

没有考虑入料和产物的粒度特性，所以不能准确的描述破碎过程。

（2）公称破碎比：用破碎机给矿口的有效宽度和排矿口的宽度来确定及表示，设破碎机给矿口的公称宽度为B（mm），排矿口宽度为S（mm），则公称破碎比为i公称为：i公称=0.85B/S破碎机的给矿口虽然宽度为B，但在给矿口上边缘上不能有效地钳住矿石进行破碎，能有效钳住矿块破碎的地方在破碎腔的上部，即大约在给矿口宽度85%的地方，因此，在设计上能给入破碎机的最大矿块通常按给矿口宽度的85%计，故0.85B称为破碎机给矿口的有效宽度。

排矿口取值时，粗碎机取最大宽度，中、细碎机取最小宽度。

公称破碎比在生产中常用来估计破碎机的负荷。

生产中不可能经常对大批矿料作筛分分析，但只要知道破碎机的给矿口及排矿口宽度就可以方便地计算出破碎比，及时地了解破碎机组的负荷情况。

（3）平均破碎比或真实破碎比：能准确描述破碎过程并表征物料破碎程度的破碎比，因较难确定，故常在科研中应用。

i p=D p/d p=∑(γ·D) /∑(γ′·d)= [∑(γi·D i)/ ∑γi]/ [∑(γi′·d i)/ ∑γi′]式中D p，d p——根据粒度特性计算出的原料与产物的加权平均直径，mm；γ，γ′———原料和产物的各粒级产率（按筛分分析），％；D、d———原料和产物各粒级的算术或几何平均直径，mm；二、磨碎的阶段及破碎比1、各破碎段及破碎比选矿厂中的矿料破碎是由串联的各个破碎段组成的，破碎及磨矿上的“段”是根据所处理的矿料粒度划分的，从给矿和产品的粒度上划分，碎矿和磨矿的阶段大致分为：近似的，只大致反映一般情况。

2、总破碎比和部分破碎比整个碎矿和磨矿流程的破碎比叫总破碎比i总，各阶段的破碎比叫部分破碎比i i（i1，i2，……i n）。

需多段多次破碎时，多段破碎后的总破碎比等于各段破碎比的乘积，即i=i1×i2×……×i n，也就是选用若干种合适的碎磨设备串联起来，将原矿分段逐步地破碎及磨碎到规定的入选粒度。

三、破碎过程的评价指标1、破碎处理量。

从数量上评价破碎过程，以“t/h”表示处理能力大小，但必须指明给矿及排矿粒度。

2、破碎效率。

从能耗上评价破碎过程的效率，采用“千瓦·时/吨”（kW·h/t）或“吨/千瓦·时”（t/（Kw·h））作为评价破碎过程的指标。

此指标也应该指明给矿粒度和排矿粒度。

3、破碎的技术效率。

E技={[β-d–α-d]/α+d}×100%式中E技——破碎的技术效率（有效数字取小数点后第一位），％α+d ——入料中大于要求破碎粒度d的含量，％；α-d ——入料中小于要求破碎粒度d的含量，％；β-d ——排料中小于要求破碎粒度d的含量。

％。

在给排矿粒度一定的情况下，破碎处理量愈大效率愈高。

“千瓦·时/吨”（kW·h/t）愈小，表示破碎效率愈高；“吨/千瓦·时”（t/（Kw·h））愈大，表式破碎效率愈高。

E技愈高表示破碎过程愈有效。

四、破碎方法1、根据使用外力和消耗能量的形式不同分为：非机械能破碎：利用电能、热能等进行破碎，如水电效应破碎、热力破碎等。

机械能破碎：用机械的方法产生破碎力，施加于物料使之破碎。

选煤厂常用机械能破碎形式。

分为五种：①挤压破碎。

两个破碎工作面对夹于其间的物料施加压力，使物料受到压力超过其抗压强度极限而被破碎。

②劈裂破碎。

当两个带尖棱的工作面挤压物料时，尖棱嵌入物料而使内部产生拉应力，当其值超过物料的抗拉强度极限时，物料劈开而被破碎，并在尖棱与物料接触点局部产生碎末。

③折断破碎。

夹在工作面之间的物料主要受弯曲应力而折断。

受集中力作用的简支梁或多支梁。

但在物料与工作面接触处受劈力作用。

④研磨破碎。

工作面与物料表面之间存在相对运动，物料受研磨产生剪切变形，当物料受到的剪应力达到抗剪强度极限时而破碎，研磨破碎多产生细粒。

⑤冲击破碎。

物料受到足够大的瞬时冲击力而破碎。

注：每一种破碎机在设计上都有其主要的破碎方式，但在连续破碎时，由于物料在破碎空间排列的随机性，物料受力复杂，所以常常是几种破碎形式并存。

破碎物料时，采用哪种破碎方式，需要根据物料的物理机械性质，物料粒度以及要求的破碎比加以确定。

2、按产物粒度分为粗碎：产物粒度直径大于50mm 中碎：产物粒度直径在25－6mm细碎：产物粒度直径在6－1mm 粉碎：产物粒度直径小于1mm3、按破碎目的不同分为准备破碎和最终破碎。

4、破碎矿石的其他方法（多属于研究阶段）电热照射法破碎。

它的破碎原理是，岩矿在高频及超高频电磁场的作用下，易于吸收电磁能的矿物急剧受热，其他矿物仅靠热传导的导热量。

受热速度不同使矿物间产生温度应力，从而使原矿的强度降低1/2-3/4。

液电效应破碎。

在液体内部进行高压和瞬时脉冲放电，放电区域内产生极高压力，可以将物体破碎。

可用于花岗岩、石英、页岩、碧玉铁质岩和角岩的破碎，但多为试验。

超声波粉碎法。

其原理是在破碎过程中施加一定的超声波，使矿粒产生共振，直接吸收超声波的能量，诱发裂纹。

这种诱发的裂纹，对颗粒的破碎十分有利，能产生快速破碎及节能效果。

这种破碎方法在颜料、高科技粉末，填料及陶瓷生产中有特殊的用途。

热力破碎法。

实际是热与机械力相结合，用热处理的方法使矿石变弱，然后用机械破碎它，从而提高破碎效果。

如果加热后又突然浸入水中冷却，会在矿块中产生应力，降低矿石强度，从而改善矿石可磨性。

高压水射流粉碎法。

原理是把现行的挤压粉碎原理改为颗粒内裂纹的应力扩张破碎。

利用射流高压水的压力从颗粒内部使裂纹扩张而导致颗粒破碎。

五、破碎假说破碎理论是研究矿石在破碎过程中能量消耗与哪些因素有关，并确定外力破碎矿石时所做的功的学说，也叫破碎的功耗学说虽然人类使用破碎工具已有上千年的历史，但是，提出破碎理论还是19 世纪的事情。

在选矿厂中，40％-60％的动力消耗是在破碎和磨碎作业中，这必然引起人们的关注。

物料块破碎是沿最脆弱的断面裂开的。

这些脆弱断面在物料块被破碎后就不存在了，所以在物料破碎过程中，脆弱点和脆弱面逐渐消失。

随着物料粒度的减小，物料变得越来越坚固。

因而，破碎较小的物料时，消耗的能量就较多。

破碎物料块所消耗的功，一部分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。

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(P. R. Rittinger)于1867 年提出的，这是最早的系统的破碎理论。

事实上，物料表面上的质点与其内部的质点不同，物料表面相邻的质点不能使其平衡，故物料表面存在着不饱和能。

破碎过程使物料增加新的表面，为此雷廷格认为：物料破碎时，外力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，或内力的单元功dA1与物料的破断面的面积增量dS成正比。

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各自独立提出的。

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。

3、裂缝假说裂缝假说是由F . C. 榜德( F . C . Bond )在整理了破碎与磨碎的经验资料后，于1952 年提出的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。

以上所介绍的三种破碎理论都有局限性和误差，导出的公式还不能完全用于定量计算，因为在计算破碎功的绝对值时，比例系数为未知数。

这些公式只能用于破碎和磨碎过程的定性研究要准确地选择破碎机和磨矿机的电动机功率，必须在理论计算的基础上广泛地利用实验资料三种假说都从某个角度解释了破碎的某一阶段。

面积假说只注意了新生表面积所需要的能量，而忽视了物料破碎前先出现变形和实际中物料又是非均质的。

体积假说只考虑了破碎时的变形能，没有考虑到新生表面积的增加，同样具有片面性。

裂缝假说是介于面积假说与体积假说之间，提出破碎功耗与D5/2之成正比，但没有充足的理论根据，而且由于它是根据实际资料整理出的经验公式，所以具有一定的适用范围。

根据试验研究证实：粗碎时新生表面积不多，体积假说较为准确，裂缝假说结果不可靠；细碎时（破碎到10μm 以下时）裂缝假说求得的数据过小，此时新生表面积增加，表面能是主要的，面积假说较为准确；在粗碎与细碎之间的广泛范围内，裂缝假说比较适用，因为榜德的经验公式是根据一般破碎设备得出结论，所以在中等破碎比情况下与它大致相符。

六、碎矿流程1、破碎段破碎段是破碎流程的最基本单元，由筛分作业及筛上产物所进入的破碎作业所组成。

破碎段的基本形式有：a为单一破碎作业的破碎段；b为带有预先筛分作业的破碎段：c为带有检查筛分作业的破碎段；d和e均为带有预先筛分和检查筛分作业的破碎段，其区别仅在于前者是预先筛分和检查筛分在不同的筛子上进行．后者是在同一筛于上进行，所以e可看成是d的改变。

因此破碎段实际上只有4种形式。

2、破碎段数的确定需要的破碎段数取决于原矿的最大粒度，要求的最终破碎产物粒度，以及各破碎段所能达到的破碎比，即取决于要求的总破碎比及各段破碎比。

原矿中的最大粒度与矿石的赋存条件、矿山规模、采矿方法、原矿的运输装卸方式等有关。

露天开采时，主要取决于矿山规模和装矿电铲的容积，一放为500—1300mm。

井下开采时，主要取决于矿山规模和采矿方法，一般为300-600mm。

破碎的最终产物粒度视破碎的目的而不同。

如自磨机的给矿要求300—500mm，进行高炉冶炼的富铁矿的粒度分为小于25—30mm及大于25—30mm的两级，棒磨机的合理给矿粒度为20—40mm，球磨机合理给矿粒度为10—25mm。

合理的最终破碎产物粒度，主要取决于工艺的要求和技术经济比较的结果。

另一方面，确定最终破碎产物粒度时，必须考虑拟选用的破碎机所能达到的实际破碎产物粒度，即不得超过允许的排矿口调节范围，以便在设备许可酌情况下，获得较小的破碎产物粒度。