高压辊磨机在提升细粒级产品产出方面具有明显优势
Published:
2026-03-18
高压辊磨替代一段球磨工艺研究及应用
随着全球矿业的快速发展，选矿效率和能耗问题逐渐成为制约矿山企业可持续发展的关键因素。磨矿作业作为矿物加工的重要环节，其效率直接影响到整个选矿过程的能源消耗和经济效益。传统的球磨工艺存在高能耗、低效率等问题，而高压辊磨技术作为一种新型的粉碎技术，以其独特的工作原理和显著的节能效果，为选矿行业提供了新的解决方案。
近年来，随着辊面材料和结构的不断改进，高压辊磨机在金属矿石加工领域的应用逐渐增多，显示出替代传统球磨的潜力。对高压辊磨工艺替代一段球磨进行了系统的试验研究，通过高压辊磨工艺与传统一段球磨工艺实际生产对比分析，考察高压辊磨工艺在提升磨矿效率、降低能耗、改善产品质量等方面的效果，以推动选矿行业技术创新。
高压辊磨机的给料粒度一般为辊磨机直径的2.8%～3%，但在国内，普遍成熟的应用是将高压辊磨机作为超细碎设备，将给料粒度控制在20～35 mm。这样，产品粒度能够达到3～0 mm，在高压辊磨之后，采用“干式抛尾”或“湿式抛尾”技术，有助于提升磨矿作业的产量并降低能耗，这与“多碎少磨，早抛早选”的选矿原则相符合。特别是湿式粗粒磁选抛尾，可以大幅度减少入磨量，提高入磨品位。“高压辊磨+预选”工艺在国内多家铁矿石选矿厂得到广泛应用，并且取得了显著的成效。
某铁矿选矿厂建设规模为年处理矿石340 万t。矿石在井下经过粗破后，被提升至地表系统，然后进入选矿厂，给矿粒度为-300 mm，铁品位为19.75%。
选矿厂破碎工艺原采用三段一闭路破碎流程，该工艺条件下产品粒度-15 mm 占75%以上，为满足生产经营需要，已进行过多次局部技术改造，但仍无法满足磨选作业供矿。磨矿工艺采用阶段磨选+两段弱磁选+淘洗过滤工艺，一段球磨+分级机溢流排矿-0.074 mm粒级平均占比为21.34%，最终生产铁品位66.50%、细度65.00%的铁精粉。为提高选矿生产效率并降低生产成本，选矿厂参考该地区周边其他大型选厂高压辊磨机的成功经验，经多方案的比较和论证，最终采用了高压辊磨替代一段磨矿工艺。该工艺设计采用两段一闭路破碎+高压辊磨+球磨工艺流程。原矿粗碎至300～0 mm 之后进入选矿工序中细碎及闭路筛分系统，进一步破碎至20～0 mm 后进行干选抛尾。精矿进入高压辊磨机闭路筛分系统，产出3～0 mm 的矿石，给入大粒度湿式预磁选后，预磁选精矿给入磨选系统。较原有选矿流程，新的工艺流程减少了一段磨矿，这样的改进旨在通过高压辊磨机实现更高效的破碎效果，从而提高整体选矿效率并降低能耗。具体工艺流程见图1、图2。
为确定高压辊磨工艺替代一段球磨的可行性，进行了现场工业试验。通过对比分析不同工艺环节的产品粒度分布，评估高压辊磨技术在实际生产中的适用性和优势。试验得到的具体数据如表1 所示。
从表1 可以看出，辊磨给矿-3 mm 粒级平均占比为29.31%，在进入辊磨环节之前，矿石已经经历了一段粗碎过程，但依然存在大量的粗粒级成分。粗粒级矿石在辊磨过程中需要经历更大的应力以实现有效破碎，这可能导致辊磨机的能耗和磨损增加。因此，优化粗碎和中碎工艺，以减少进入辊磨机的粗粒级矿石比例，是提升整体磨矿效率和降低能耗的重要方向。
辊磨排矿的-3 mm 粒级平均占比显著提升至53.66%，说明高压辊磨机通过施加高压力，使得矿石在辊子间受到更充分的挤压和粉碎，有效提高了细粒级产品的比例。高压辊磨机通过调整辊压压力和辊间距，可以适应不同物理特性的矿石，实现更均匀和有效的粉碎。此外，高压辊磨机在排矿过程中产生的细粒级产品，有助于减少后续球磨机的负荷，进一步提升整体磨矿流程的效率。
湿筛排矿-0.074 mm 粒级平均占比为22.72%，表明经过高压辊磨，矿石的细磨程度有所提高，但仍有改进的空间。湿筛排矿的粒度分布反映了高压辊磨机的细磨效果，同时也指出了后续工艺流程中可能存在的问题。湿筛排矿-0.074 mm 粒级占比低于预期，辊磨机的粉碎效果尚未达到最佳状态，可能是由于辊磨机的操作参数（如辊压压力、辊间距）未得到最佳调整，或者是因为矿石的物理性质（如硬度、韧性）与辊磨机的工作条件不完全匹配。
在原有一段球磨系统中，给入粒度为-15 mm 占75%的矿石，排矿粒度-0.074 mm 粒级平均占比为21.34%，而高压辊磨破碎后产品-0.074 mm 粒级的平均占比为22.72%，较原选矿系统（一段磨矿）高1.38个百分点。并且，经过高压辊磨工序挤压的矿料可磨性更高，更易于破碎解离，从现场数据可以看出，高压辊磨工艺完全可以替代一段球磨的运行。
为考察高压辊磨工艺替代一段球磨的优势，开展了3～0 mm 未经高压辊磨和经过高压辊磨处理的干选精矿球磨功指数试验（表2）。未经过高压辊磨的干选精矿球磨功指数大于经过高压辊磨处理的精矿球磨功指数，未经过高压辊磨干选精矿功耗合计52.71（kW·h）/t，经过高压辊磨后的干选精矿功耗合计44.92（kW·h）/t，表明经高压辊磨破碎矿样可以节省一段磨矿约14%的功耗。
高压辊磨工艺相较于传统球磨工艺，系统总功耗下降约14%。考虑原工艺入磨粒度为-15 mm 占75%，入磨前抛尾占比约12%，通过改造，进入高压辊磨粒度为20～0 mm，-3 mm 进行湿式抛尾，抛尾量约24%，入磨量降低12%以上，因此系统总功耗能够下降约25%，这一显著的能耗降低，验证了高压辊磨机在节能方面的潜力，同时还减少了磨矿介质的消耗。这些在生产中将转化为显著的经济效益。除了直接的能耗降低外，高压辊磨机磨损件的寿命更长，维修频率更低，其长期运行成本也相对较低，从而降低了整个选矿流程的总成本。
（1）粒度分布的优化。高压辊磨机通过施加高压力，使矿石在辊间发生层压粉碎，有效提高了产品中细粒级的比例。有利于后续的矿物分选过程，更细的粒度有助于提高矿物的解离度和分选效率。
（2）减少过粉碎。高压辊磨通过调整辊压压力和辊间距来精确控制矿石的粉碎过程。相较于传统的球磨工艺，高压辊磨采用的是压缩性破碎机制而非撞击性破碎，这使得矿石的破碎过程更加可控，辊压力和辊间距的精细调节能够有效避免传统球磨机因磨矿时间过长或过度撞击导致的过粉碎现象。通过减少过粉碎，不仅有助于提高有用矿物的回收率，还能有效降低后续处理的能耗和成本。
（3）提高选矿效率。高压辊磨工艺改善了矿石的可磨性，使得后续磨矿作业能耗降低，进而提高了整个选矿流程的效率。
（1）延长磨损件寿命。高压辊磨机的工作原理使得其磨损件（如辊面）的寿命比传统球磨机更长。这是因为高压辊磨机的辊面磨损相对均匀，而球磨机的磨球和衬板磨损则相对集中且更快。
（2）降低维修频率。高压辊磨机工作时，矿石被压缩而非受到强烈的冲击或摩擦，这种工作方式使得其在破碎过程中相对平稳，此外，高压辊磨机与传统的球磨机相比，结构设计较为简单，因此故障几率和维护频率相对较低，提高了设备的使用效率。
（3）减少维护成本。磨损件的长寿命和低维修频率直接降低了设备的维护成本。此外，由于辊磨机的运行更加平稳，对辅助设备（如电机和轴承）的磨损也相对较小，进一步降低了维护成本。
（4）提高设备稳定性。高压辊磨机的工作原理和结构设计使其运行更加稳定。通过高压机械力将物料压缩到一定程度，然后在2个旋转的辊子之间进行摩擦挤压，物料在高压作用下形成料饼，最后从辊隙间排出实现粉碎。结构设计上，高压辊磨机采用内圈带锥度的调心滚子轴承来支承压辊，允许压辊轴相对轴承座孔中心左右偏摆，以适应较大的径向压力作用下非均匀受力工况，减少了因设备故障导致的生产中断，提高了整个选矿流程的连续性和稳定性。
（1）某铁矿选矿厂采用高压辊磨工艺后，-3 mm粒级产品的占比显著提升，由辊磨给矿的平均占比29.31%增加至辊磨排矿的平均占比53.66%，-3 mm粒级产品新增24.35 个百分点。这表明高压辊磨机在提升细粒级产品产出方面具有明显优势。
（2）通过对比高压辊磨工艺与传统球磨工艺，发现高压辊磨系统能效提升，总功耗下降约25%。这说明高压辊磨机在节能方面具有巨大潜力，有助于减少能源消耗和生产成本。高压辊磨工艺不仅提升了-0.074 mm 粒级产品的占比，而且磨损件寿命延长，维修频率降低，显著提高了设备的连续作业时间和生产稳定性。这不仅改善了产品质量，同时也降低了设备维护成本。
（3）研究结果为高压辊磨工艺替代传统球磨工艺提供了依据，并对提升磨矿效率、降低能耗、改善产品质量提供了有力的技术支持。然而，为了进一步提高细粒级产品的产出比例，未来的工作应聚焦于工艺参数的优化以及提高系统长期运行的稳定性和可靠性。
引用格式
吴永军, 刘得军, 曹恩. 高压辊磨替代一段球磨工艺研究及应用[J]. 现代矿业, 2025(2):125-128.
关键词:
高压辊磨机,单传动高压辊磨机
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