1、前言
碎矿和磨矿是金属矿山矿物加工工艺中的关键工艺过程。选矿生产中碎矿和磨矿作业设备投资、生产费用、电能消耗和钢材消耗所占比例最大，通常设备费占60%、生产费用占40%一60%、电能消耗50%～65%、钢材消耗占50%。据有关专家评价，世界能源10%以上消耗在碎矿和磨矿中。因此，寻求改进碎磨设备工艺性能、研制大型高效设备、降低能耗和钢耗成为许多领域科技工作者共同追求的目标，受到世界各国的重视。近10多年来，新型碎磨设备不断问世，目的是获得更大的破碎比，达到更细的碎矿产品粒度，以降低入磨粒度，节能降耗。同时进行结构创新，采用新技术、新材料对传统设备改进，提高其可靠性、耐久性，改善性能、提高效率。目前，碎磨设备正向大型化、高效化、节能化和机电一体化方向发展。
2、几种新型
破碎机
2.1旋回破碎机
旋回破碎机具有处理量大、给料块度大、能处理坚硬物料的特点，目前仍为粗碎的重要设备，为满足大型矿山的需要正向大型化发展。1997年印尼Freeport公司的Crasberg铜矿采用德国krupp公司生产的1600—2896mm旋回破碎机，生产能力为l万t/h，是目前世界上最大的旋回破碎机。
芬兰Metso集团最近推出新一代的SuperiorMK-Ⅱ型旋回破碎机，采用底部单缸液压调节排料口装置，能有效控制产品粒度�；箍汕迩缓凸乇；ぁＦ奶咨喜考按蟪萋值南虏孔坝衅胶馀渲兀ㄆ胶庑卦硕墓咝粤Γ�，使该机能装在可移动设备上。通过调整偏心套改变偏心距，来调节破碎机的生产能力。利用计算机设计的破碎腔形状，使破碎过程得到优化，实现节能降耗，使衬板磨损量小，而且均匀。高强度、高钢度的主轴和机架，高性能支承装置实现了可靠的运转和使用寿命长。齿轮间隙可在机座外侧调整，不需要拆卸即可更换轴承和密封件，使检测容易，维护检修方便。
此外，美国Allis-Chalmers公司、Fuller公司和日本的神户制钢有限公司等也都生产各自特点的旋回破碎机。其中神户制钢有限公司生产的1524mm×2769mm型旋回破碎机最大处理能力超过6 000t/h，已在阿根廷金矿使用。
2.2颚式破碎机
随着大型装运设备的采用，破碎机的给料块度达1.2—2m，促进了颚式破碎机向大型化发展，国外大型简摆式颚式破碎机规格2100mm×3000mm，给矿块度1 800mm，生产能力1100t/h；1676mm×2108mm，生产能力3 000t/h。由于复摆破碎机轴承、颚板寿命的解决，使其高效率、低质量、价格便宜的优点更为显著，使复摆破碎机占据了颚式破碎机更大的市场份额。
德国Krupp公司推出的高转速冲击颚式破碎机最大规格为1250mm x1700mm，给矿粒度1100mm，排矿粒度65mm；中碎给矿250mm，排矿粒度10mm。适用于硬、中硬、粘性矿石的粗、中碎作业。借助于带有弹簧的动颚板与定颚板间高速冲击和压碎作用而破碎矿石；破碎腔给矿口倾角小于排矿口倾角，相应增大了给矿口宽度，加大了破碎比，由于排矿口较陡，使已碎物料愈接近排料口，下降速度大，可以破碎潮湿粘性物料，由于排料口不易堵塞，增加了动颚的摆动速度，使冲击破碎作用加大，从而提高破碎机生产能力。通常破碎机的产量较同规格传统破碎机提高50%~100%。
北京矿冶研究总院华诺维科技发展有限公司推出新型低矮大破碎比外动颚匀摆颚式破碎机，最大规格为1200mm×1500mm，并正在开发1500mm×1800mm、1500mm x 2100mm等大型破碎机。该机将传统复摆破碎机的连杆作为破碎机边板，使用颚与连杆分离，只要改变机构参数，就可调整动颚运动轨迹，从而获得良好的动颚运动特性。与传统复摆破碎机相比，具有结构新颖，性能良好，破碎比大2_3.5倍、处理能力高20%、能耗降低15%—30qc、外型矮20%、衬板寿命延长2—3倍。可简化流程，降低设备高差、土建施工量少、节省设备厂房投资。2003年2月，PD6090外动颚破碎机在鑫宇磁铁矿投产以来，到2006年5月末共处理原矿200多万吨，平均处理能力145Uh，最大瞬间生产能力250t/h，衬板使用寿命8个月，噪音小、粉尘少，操作维修方便。在开发新机型外也对传统设备进行更新改造：①改进破碎腔型曲线以提高破碎效率和降低能耗，深破碎腔较小啮角的应用更为普遍，采用动态啮角进行机构设计，提高破碎机性能；②新型耐磨材料的应用降低颚板消耗，焊接机架的采用，降低成本；③调节液压装置排料口，实现过载�；ぃ虎茏远刂�，提高装机水平，提高生产效率，减轻繁重体力劳动。
2.3圆锥破碎机
进入21世纪，新一代圆锥破碎机功率已达750kW，实现了高能化，达到了更高的输入能量／质量比，取得更高的破碎比和更细的产品粒度，更大的生产能力。目前，中碎机生产能力已达到2 500t/h，细破碎生产能力可达到700一750t/h；自动控制系统已有ASRplus发展为ASRi，使自动控制更加先进。新的平均峰值压力运算系统可随时感知负荷波动造成的破碎力、液压力和功率变化，及时将排料口自动调整到设定值，使排料口控制误差小于0. 1mm。并且能在负荷下快速调整排料口，又有清腔和过载�；すδ埽允蛊扑榛踩饕�。
瑞典Sandvik集团第三代H系列圆锥破碎机是单缸液压圆锥破碎机典型代表。其生产的H6800型液压圆锥破碎机生产能力与传统的∮2.134m圆锥破碎机相同，而质量只有后者的1/3。H8800型液压破碎机可安装在∮2.134m圆锥破碎机的基础上，但生产能力是后者的2倍。2004年，我国齐大山选矿厂引进H8800型破碎机做中碎机，使用表明：生产能力1200～1600t/h、产品粒度- 20mm占54.64%．+75mm占2.32%设备可开动率95%，最近推出H7800型液压圆锥破碎机，由于大部分质量在坚固的下壳体上，动负荷�。恍滦统陌逵肟翘宥嗟憬哟�，使衬板更容易安装；采用先进的ASRI自动控制系统，使技术水平进一步提高，首台破碎机于2004年用于智利Mantos Blancos铜矿。
芬兰Metso公司HP系列破碎机是多缸液压圆锥破碎机的代表产品。它具有大破碎能力、大偏心距、高破碎频率与挤压粉碎相结合，使矿石颗粒在破碎腔内不仅受挤压破碎，而且颗粒间受到很强的研磨作用。使产品粒度小，0~5mm粒级含量多，为大幅度提高磨矿效率创造条件。近年来HP系列圆锥破碎机已在我国包钢（集团）公司选矿厂、鞍钢集团鞍山矿业公司齐大山选矿等金属矿山应用了100多台。替代传统圆锥破碎机后，实现了“多碎少磨”，大幅度提高磨矿效率和选矿厂生产能力，经济效益显著。
俄罗斯米哈诺布尔技术有限公司研制成功的惯性圆锥破碎机具有较高破碎比，较细的产品粒度，在相同给料条件下，破碎比是偏心圆锥破碎机的2.5倍；产品粒度- 8mm占95%或- 6mm占80%；能耗低，衬板消耗量少，是高效低耗的细碎设备。在俄罗斯哈萨克斯坦哲兹卡兹甘铜矿选厂使用KHI(-2200型惯性圆锥破碎机表明：终破碎产品粒度- 10mm占95%，使磨机生产能力提高45%，并降低了单位原矿电耗。
2.4高压辊磨机
高压棍磨机又称棍压破碎机，是以“料层粉碎”原理工作的高效节能设备。具有破碎比大、产品粒度细、效率高、能耗少的特点，因产品颗粒在高压静压力作用下使颗粒内部结构产生大量裂纹，有利于后续磨矿设备提高生产能力。随着高压辊磨机性能不断提高，结构不断创新。采用镶嵌组合式压辊结构、扇形分块式辊面衬板，镶嵌硬质合金小圆锥辊面，螺旋形堆焊层面等结构，提高辊面耐磨性和耐腐蚀性。使破碎物料硬度不断提高，不仅能破碎石灰石，而且也能破碎坚硬的金属矿石。
德国KRUPP POLYSIUS公司生产的∮2.4m×1.4m POLYCOM型高压辊磨机用于美国SIERRITA铜矿做细碎设备，产品粒度80%为-250um，处理能力为l800t/h。
德国KHD HumboltWedag公司的RPBR16-170/180型高压辊磨机于1998年11月用于智利LosColorados铁矿选厂。给料粒度0—63.5mm，产品粒度小于6.35 mm占75%，处理能力平均1 780t/h，最大2 000Uh，单位能耗小于1.4kWh/（t矿），镶嵌硬质合金柱钉辊面使用寿命14600h。
此外，在美国、巴西、印度、毛里塔尼亚、澳大利亚、俄罗斯和我国武钢程潮铁矿、马钢南山铁矿等许多金属矿山应用。生产实践表明；高压辊磨机的单机生产能力高，可达1500~ 2000t/h；粉碎效率高，产品粒度�。悍鬯榻鹗艨笫哪芎�1.2—2. 8kWh/t，比常规粉碎机在类似情况下的单位能耗低20%一50%；辊面耐磨性好，镶嵌硬质合金粒钉辊面使用寿命达8500h；自动化水平高，KHD公司研制的ROL-cOx和ROLEXPERT智能监控系统，可对压力修正和辊隙控制，实现了生产自动化。随着高压辊磨机性能日益完善，在金属矿山应用前景广阔。
3、磨矿设备
3.1自磨、半自磨机
从20世纪50年代自磨机、半自磨机在金属矿山应用以来，经过60多年实践，与常规破碎机相比：省去了中细碎，筛分和矿石运输环节，简化了流程，节省了基建和设备投资；不用或少用钢球介质，降低磨矿费用；磨矿过程产生游离铁少，产品解离度好，对后续浮选作业的化学或电化学影响小，有利于矿物的选别；减少粉尘产生点，对环境影响��；单系列生产能力大可达5万Ud。目前世界上最大半自磨机的规格达到∮2. 2m×7.31m。近年来，随着自磨、半自磨大型化发展，结构不断创新，自动控制技术不断完善，在国外老厂改造和新建选矿厂越来越多的被采用，国内也开始受到重视。
2006年，智利Collahuasi铜矿选矿厂投产的半自磨机系Metso公司制造，规格12. 19m，由2 069.7 kW的环型电机驱动；巴西SOSSEGO金矿选矿厂投产的半自磨机由Metso公司制造，规格11. 58m×7. 47m．由1 998.48kW环型电机驱动；赞比亚Har-ley platina金矿选矿厂投产的磨机由Fuller公司生产，规格11, 58m×5.49m，电动机功率15 988kW。
2004年，美国Phcenix铜金矿选矿厂投产的磨机由FameI&Thompsow公司生产，规格为10. 97m×5.64m，功率13 423kW；澳大利亚某金矿选矿厂投产的磨机由Fuller公司制造，规格为10. 97m x
6. 25m，功率12 491kW。
20世纪90年代起，国内自磨机、半自磨机应用也开始多起来，铜陵有色金属公司冬瓜山铜矿选矿厂采用瑞典Svedala集团生产，规格e8. 53m×4.42m半自磨机；2006年投产的贵州锦丰金矿采用半自动磨机规格∮5.03m×5.8m；保国铁矿投产的自磨机规格08m×2.8m;2007年投产的昆明钢铁公司大红山铁矿选矿厂采用芬兰Metro集团生产的∮8.53m x4.42m半自磨机，装机功率5500kW。另外已经确定采用大型自磨机、半自磨机设备的还有云南普朗铜矿、西藏雄村铜矿和内蒙乌奴克吐山铜钼矿，不久将会投产。从上看出21世纪以来，自磨半自磨机技术和生产应用处于蓬勃发展时期。但是，自磨机、半自磨机的磨矿效率受所磨矿石性质影响较大，不是所有矿石都适合自磨工艺。尽管大型磨机采用了环形电机无齿轮传动方式，便于采用变频调速，为变速驱动提供良好条件。采用变速驱动的磨机就能够在给矿量恒定的情况下，可以根据进入磨机矿石的硬度和粒度调节磨机转速，保持磨机产品质量稳定，解决了一些由物料性质变化带来的问题，但是还有一些矿石会对磨机造成的困扰，使磨机效率较低。因此，在采用自磨机、半自磨机技术一定要先进行小型及半工业性试验，在试验取得较高磨矿效率条件下应用，才更加稳妥。
3.2球磨机
近年来，球磨机的发展，以节能降耗为重点，不断改进和完善磨机传动方式，研究村板和磨矿介质的材料和结构形式，开发磨矿机组自动化控制等旨在保证磨矿产品细度的前提下提高磨机处理能力和磨矿效率，降低电耗和钢耗，单位电耗平均下降20%，钢耗下降40%，生产能力增加10%，并开发了大型高效的球磨机，见表1。
目前，世界最大规格球磨机已达到∮8. 23m×12.95m．采用环型电机驱动，功率18 600kW。
球磨机衬板是关系到磨机高效、节能、降耗的关键零件，近年来取得显著的进展。橡胶衬板是抗腐蚀、耐磨损的非金属材料衬板，较锰钢衬板使用寿命长，质量轻，较锰钢衬板轻85%，使安装维修更为方便；能耗低，比锰钢衬板低10%～15%．产量高，较锰钢衬板高5%一10%；噪音小，较锰钢衬板低10%～15%，发展较快，应用较多。目前，世界上有60多个国家（包括中国）在各种规格湿式球磨机中使用，均取得显著效果。在橡胶衬板基础上发展起来的复合性磁性衬板，是在橡胶衬板内装有永磁体。利用碎裂的废钢球和铁磁性矿料，在复合磁性衬板上形成抗磨�；げ�，磨矿过程中�；げ阋槐弑荒サ粢槐哂种匦律�，并达到动态平衡。该衬板在国外以瑞典SKECA公司开发的钢盖式橡胶磁性衬板为典型代表，主要用于二段球磨机和砾磨机上，取得了节能降耗的明显效果。
中国冶金矿业总公司北京金发工贸公司独创悍马牌金属磁性衬板，用在本钢歪头山铁矿选矿厂∮3.2m x4.5m球磨机，10a使用表明与金属型和非金属衬板相比：具有使用寿命长、质量轻、厚度薄、磨矿粒度细、噪音小、节电、节球、作业率高、安装轻便、工作环境好，10a磨一套衬板、节电7.14%、降球耗10.37%．提高产品细度1.69百分点，磨机处理能力增加5.6%，作业率提高了1.08%，10a创经济效益3 825万元。
鞍钢调军台选矿厂从2001年5月开始，在一系列二段∮5.5m x8. 8m球磨机安装金属磁性衬板，鞍钢弓长岭矿选厂于2002年12月在∮2.7m x 3.6m二段球磨机安装金属磁性衬板以来，均取得显著经济效益。到目前已有100多个矿山选矿厂使用金属磁性衬板，生产实践证明了其先进性、有效性和可靠性。是二段球磨机衬板的最佳产品。
4、结论
综上所述，不难看出国内外碎磨设备正向着大型、高效、节能、降耗、加大破碎比、提高产品细度，实现“多碎少磨”，简化碎磨流程方向发展。进入21世纪，国内外制造商使用新技术、新结构、新材料和新工艺，促进了碎磨设备的技术进步。在改善传统设备功能，提高设备效率的同时开发了一批大型、高效、节能的新型设备，并在实际生产中取得了显著的效果，促进了金属矿山选矿业的发展。
