用外力使塊狀固體物料碎裂,以減小粒度的過程。產品粒度通常大於5mm。破碎產品既可為最終產品(冶煉用的富礦塊,塊煤,建築和築路用的碎石、爐渣等),也可為供下一步磨碎或分選用的中間產品。破碎是選礦廠及選煤廠的重要工序。

  破碎工藝 礦石破碎的方法,至今仍為機械力破碎(圖1)。露天開採的礦塊最大粒度可達1200~1500mm,地下開採的礦塊最大粒度一般為300~600mm,而磨礦機的的適宜給礦粒度不應大於30mm。目前,破碎機的破碎比(通常用破碎機給料的最大粒度與破碎產品的最大粒度之比來表示),最大為8~10,故必須采用二段、三段或多段破碎,以三段破碎最常用。各段破碎的給料和產品粒度大致如下:

各段破碎的給料和產品粒度

  破碎作業常與篩分作業聯合進行。在待破碎的給料中,經常含有一些小於該破碎階段要求達到的粒度的礦塊,在給入破碎機前,需預先用篩子將它篩出,稱預先篩分。破碎後的產品中常含有一定量的過大顆粒,也常用篩子篩出進行再破碎,稱檢查篩分。因此破碎機常與篩子構成閉路系統工作(如圖2第三段破碎)。閉路破碎的產品粒度由檢查篩分的篩孔尺寸控制,而開路破碎的產品(如圖2第一、第二段破碎)中常含有大於規定粒度的過大顆粒。選礦廠常用的三段破碎流程見圖2。

  破碎機 工業上,粗碎作業通常采用顎式破碎機或旋回式破碎機;中、細碎作業通常采用圓錐式破碎機;對性質脆而軟的物料及煤采用輥式破碎機、錘式破碎機和反擊式破碎機。此外,選煤廠還常采用具有選擇性破碎作用的滾筒破碎機。

  顎式破碎機 1858年美國人佈萊克(E.W.Black)設計出第一臺顎式破碎機。工作部件為兩塊顎板,一塊固定,一塊擺動。有簡擺式(雙肘板)和復擺式(單肘板),見圖3。目前的最大型簡擺式顎式破碎機給礦口的規格(即寬×長)為1500×2100mm。顎式破碎機工作時,礦石在兩塊顎板間所形成的空間受動顎板沖擊力、壓力和彎曲力作用而破碎。

  旋回式破碎機 工作部件是兩個相反放置的截頭圓錐形環體,兩圓錐環體間所形成的空間是破碎腔。礦石在腔內受動錐擺動產生的沖擊壓力、劈裂力而破碎。1953年美國研制成液壓旋回式破碎機,特點是運轉時借助單缸液壓系統能排除進入破碎腔中的不可破碎物體,運轉安全可靠;並能在小范圍內調節排礦口的大小,以補償肘板的磨損。各國新建的選礦廠絕大多數采用此型破碎機。目前,最大的旋回式破碎機給礦口的規格為1828×2769mm,生產能力每臺為5500~6000t/h。

  圓錐式破碎機 工作部件是兩個同向位置的截頭圓錐體,給礦口的寬度(開度)遠小於旋回式破碎機,適用於中、細碎作業。工作原理與旋回式破碎機相似。1920年左右彈簧式圓錐破碎機應用於選礦;1948年研制成液壓圓錐式破碎機(圖4);它能在運轉中排出進入破碎腔的不可碎物;並在運轉中可調節排礦口的大小,使破碎產品粒度均勻;70年代研制成用於控制液壓圓錐式破碎機的自動控制器,還出現瞭細圓錐破碎機。

圖4 液壓圓錐式破碎機

  輥式破碎機 利用反向轉動的兩個輥子對礦石施加壓力和剪切力,使之破碎,適用於破碎硬度較小的脆性礦石。本機僅適用於中小型礦山。第一臺輥式破碎機於1866年應用於工業生產。輥子帶齒的齒輥破碎機適用於破碎煤,主要靠劈碎作用。有單輥及雙輥機兩種。輥子規格可達φ760×1800mm,處理能力為1400t/h。

  錘式破碎機和反擊式破碎機 前者利用高速旋轉的鉸接錘頭將物料擊碎。後者采用固定在高速旋轉的轉子上的剛性打擊板,機件上安裝有反擊板。物料給入破碎機後,受旋轉錘(或打擊板)擊打,並被拋向反擊板而撞碎。結構簡單,處理量大,破碎比大,功耗較少;但工作部件磨損快。適於破碎硬度不大的物料,如煤,石灰石等。

圖5 錘式破碎機

  破碎過程的能耗 破碎過程消耗大量的機械能。大部分能量消耗在物料的變形和裂縫的形成,僅一小部分用於形成固體自由表面。1867年,雷廷格爾(P.R.vonRittinger)提出“面積說”,認為:“破碎過程的功耗與破碎過程中物料新生成的表面積成正比。”1874年基爾皮喬夫(В.Л.кирпичёв)、1885年基克(F.Kick)提出“體積說”,認為“破碎時的功耗與被破碎物料的體積或重量成正比”,適用於粗碎作業。1950年邦德(F.C.Bond)和王仁東提出瞭“裂縫說”,認為:“破碎過程功耗與物料在破碎過程中所形成的裂縫長度成正比”,成為現在廣泛應用的破碎“第三理論”,適用於中、細碎作業。

  礦石和物料的破碎難易度,取決於其物理-機械性質和本身的裂隙。通常以可碎性表示。方法有二:

  ① 可碎性系數法 同一破碎機在同樣條件下破碎不同礦石時處理能力之比。可碎性系數為破碎機在同樣條件下破碎待定礦石的處理能力和破碎機破碎中硬礦石的處理能力的比值,通常以石灰石作為標準中硬礦石,其可碎性系數為1。

  ② 功指數法 用雙擺錘式沖擊試驗機測定礦石或物料的沖擊破碎功指數,並用功指數大小表示其可碎性。

  破碎機的效率通常用比功耗表示,即破碎一噸礦石功耗的大小(kW·h)。把粒度上限為900~1200mm顆粒群破碎到粒度上限為25mm顆粒群的比功耗約為1.5~3kW·h。通常選礦廠破碎作業(包括篩分和運輸)的能量消耗約占選礦廠總能量消耗的10%左右。

  輸入破碎機的能量消耗於發生聲、熱、破碎機零件和部件的磨損、機械傳動系統的摩擦損失、電氣損失和使礦石產生微裂縫及形成新表面等方面。除最後兩項為有用功外,其他都屬於能量的無益損耗。60年代中期以來正研究新的破碎方法,如熱電、激光、高速氣流、減壓等。