第_5_讲次课程名称：《破碎与磨矿》摘要第三章破碎与破碎设备授课题目（章、节）本讲目的要求及重点难点：【目的要求】通过本讲课程的学习，了解破碎的概念及作用，理解破碎方式，掌握破碎方法的选择[重点】破碎的作用、破碎方式、破碎方法的选择【难点】破碎方式、破碎方法的选择内容【本讲课程的引入】大家知道，对于一个大块矿石，如果要想加工，一般都需要对它做一些处理，如用锤子敲碎变小等，那而在选矿中，我们把这一过程，叫做破碎。【本讲课程的内容】第一节概述一、破碎概念及作用所谓破碎，是指利用外力（包括人力、机械力、风力、热力、磁电及核能等）克服固体物料内部分子间凝聚力，将大块固体物料颗粒分裂成小块物料颗料的作业。按照处理后要求物料尺寸大小的不同，通常将破碎分为粗碎、中碎、细碎和粉磨四种作业。粉磨在矿物加工领域又称为磨矿，是根据矿物加工选别的需要，将破碎过的小颗料矿物通过一定的粉磨设备制成粉面的作业。破碎作业具体划分如下表所示。表 1-9破碎作业划分表作业名称粒度范围粗碎将1500~1000mm处理到mm350~200mm中碎将350~200mm处理到100mm~80mm之间细碎将100mm~80mm处理到10mm和3mm之间破粗磨将物料磨细到3mm~1mm碎细磨将物料磨细到0.08mm~0.01mm粉磨(磨矿微磨将物料磨细到0.05~0.001mm以下超微磨将物料磨细到5μm以下
课程名称：《破碎与磨矿》 第 5 讲次 摘要 授课题目（章、节） 第三章 破碎与破碎设备 第一节 概述 本讲目的要求及重点难点： 【目的要求】通过本讲课程的学习，了解破碎的概念及作用，理解破碎方式，掌握破碎方法的选择。 【重 点】破碎的作用、破碎方式、破碎方法的选择 【难 点】破碎方式、破碎方法的选择 内容 【本讲课程的引入】 大家知道，对于一个大块矿石，如果要想加工，一般都需要对它做一些处理，如用锤子 敲碎变小等，那而在选矿中，我们把这一过程，叫做破碎。 【本讲课程的内容】 第一节 概述 一、破碎概念及作用 所谓破碎，是指利用外力（包括人力、机械力、风力、热力、磁电及核能等）克服固体 物料内部分子间凝聚力，将大块固体物料颗粒分裂成小块物料颗料的作业。 按照处理后要求物料尺寸大小的不同，通常将破碎分为粗碎、中碎、细碎和粉磨四种作 业。粉磨在矿物加工领域又称为磨矿，是根据矿物加工选别的需要，将破碎过的小颗料矿物 通过一定的粉磨设备制成粉面的作业。破碎作业具体划分如下表所示。 表 1-9 破碎作业划分表 作业名称 粒度范围 破 碎 粗碎 将 1500~1000mm 处理到 mm 350~200 mm 中碎 将 350~200 mm 处理到 100mm~80mm 之间 细碎 将 100mm~80mm 处理到 10mm 和 3mm 之间 粉磨(磨 矿) 粗磨 将物料磨细到 3mm~1mm 细磨 将物料磨细到 0.08mm~0.01mm 微磨 将物料磨细到 0.05~0.001mm 以下 超微磨 将物料磨细到 5μm 以下
固体物料经过破碎后，粒度尺寸变小，比表面积增大，使物料同周围物质的接触面积增大，提高了物料的物理作用效果和化学反应速度。二、破碎方式破碎作业技具所消耗的能运形式不问分为：机械能破碎，即用机械力破碎物料；非机械能破碎，即应用心能、热能等进行破碎。选煤厂和选矿厂主要是采用机械能破肿。机械能破碎有五种基本方式(图1-40)：①挤压破碎【图1-40(a)]——物料在两个工作面之间受到缓慢增大的压力作用而破碎。这种方法大多用干脆性、坚硬物料的粗碎。2AS2Y4(a)(b)(c)(d)(e)图1-40碎和磨碎方式②劈裂破碎[图1一40(b)]—一用一个尖棱(或平面)和一个带有尖棱的工作表面挤压矿石时，矿石将沿压力作用线的方向劈裂。劈裂的原因是由于劈裂平面上的拉应力达到或超过矿石拉伸强度极限。由于矿石的拉伸强度极限比抗压强度极限小很多，因此，在其他条件相同情况下，劈裂破碎比挤压破碎所需的压力小。③折断破碎[图1一40(c)]一一矿石受弯曲作用而破碎。被破碎的矿石被视为承受集中载荷的两支点梁或多支点梁。当矿石内的弯曲应力达到矿石的弯曲强度时，矿石即被折断。④研磨破碎[图1一40(d]一一矿石与运动的工作面之间存在相对运动而受一定的压力和剪切力作用。当剪切应力达到矿石的剪切强度时，矿占即被粉碎。研磨破碎多产生细粒，效率低、能量消耗大。这种方法多用于小块物料的细磨。③冲击破碎[图1一40(e)]一一物料受到足够大的瞬时冲击力而破碎，其破碎效率高、破碎比大、能量消耗少。这种方法主要用于脆性物料的破碎。实际上，任何一种破碎机和磨矿机一般都是由两种或两种以上的方法联合起来进行破碎的，例如压碎和折断，冲击和磨碎等。破碎机的结构应保证实现上述破碎方式。每一种破碎机，一般都有其主要破碎方式。齿辊破碎机以劈裂破碎为主，但在连续破碎时，由于物料在破碎空间排列的随机性，物料受力是很复杂的，常常是几种破碎方式并存。三、与破碎相关的矿石性质及破碎方法的选择
固体物料经过破碎后，粒度尺寸变小，比表面积增大，使物料同周围物质的接触面积增大， 提高了物料的物理作用效果和化学反应速度。 二、破碎方式 破碎作业技具所消耗的能运形式不问分为：机械能破碎，即用机械力破碎物料；非机械 能破碎，即应用心能、热能等进行破碎。选煤厂和选矿厂主要是采用机械能破肿。机械能破 碎有五种基本方式(图 1-40)： ①挤压破碎〔图 l -40(a)]——物料在两个工作面之间受到缓慢增大的压力作用而破 碎。这种方法大多用干脆性、坚硬物料的粗碎。 ②劈裂破碎[图 1—40(b)]——用一个尖棱(或平面)和一个带有尖棱的工作表面挤压矿石 时，矿石将沿压力作用线的方向劈裂。劈裂的原因是由于劈裂平面上的拉应力达到或超过矿 石拉伸强度极限。由于矿石的拉伸强度极限比抗压强度极限小很多，因此，在其他条件相同 情况下，劈裂破碎比挤压破碎所需的压力小。 ③折断破碎[图 1—40(c)]——矿石受弯曲作用而破碎。被破碎的矿石被视为承受集中载 荷的两支点梁或多支点梁。当矿石内的弯曲应力达到矿石的弯曲强度时，矿石即被折断。 ④研磨破碎[图 1—40(d)]——矿石与运动的工作面之间存在相对运动而受一定的压力和 剪切力作用。当剪切应力达到矿石的剪切强度时，矿占即被粉碎。研磨破碎多产生细粒，效 率低、能量消耗大。这种方法多用于小块物料的细磨。 ③冲击破碎[图 1—40(e)]——物料受到足够大的瞬时冲击力而破碎，其破碎效率高、破 碎比大、能量消耗少。这种方法主要用于脆性物料的破碎。 实际上，任何一种破碎机和磨矿机一般都是由两种或两种以上的方法联合起来进行破碎 的，例如压碎和折断，冲击和磨碎等。破碎机的结构应保证实现上述破碎方式。每一种破碎 机，一般都有其主要破碎方式。齿辊破碎机以劈裂破碎为主，但在连续破碎时，由于物料在 破碎空间排列的随机性，物料受力是很复杂的，常常是几种破碎方式并存。 三、与破碎相关的矿石性质及破碎方法的选择
矿石的破碎方法主要根据矿石的物理机械性质、矿石块的尺寸和所要求的破碎比来选择。矿石破碎过程中所表现出来的抵抗外力的强度大小，称为矿占破碎的难易程度。它是衡量矿石可碎性的标淮，主要取决于矿石的结构特性和矿物的结晶形态。矿物晶格间的作用力越大，硬度就越大，也就越难破碎。矿石或矿物的结构具有某些缺陷、裂隙时，往往首先易在该部位破裂。选矿工处常引用可碎性系数定量地衡量矿物机械强度对破碎的影响，其表示方法如下：=9126=(1.22)Q0式中 8——物料的可碎性系数；Qo——某破碎机破碎中硬矿石的处理能力：Q1一同一破碎机在同样条件下破碎指定矿石的处理能力。中硬矿石通常用石英代表。其可碎性系数与可磨性系数均为1。若矿石硬度大，则可碎性系数与可磨件系数均小于1，表示破碎机对其处理能力小于对中硬矿石的处理能力：反之，矿石硬度小，可碎性系数与可磨件系数大于1，破碎机对其处理能力则较大。选矿上常用矿石的极限抗压强度6b、普氏硬度系数ff=6b/10)、可碎性系数及可磨性系数表示矿石的硬度，如表1—10所示。表1-10矿石硬度、可碎性系数和可磨性系数硬度等级|0b/MPa普氏硬度系数f可碎性系数「可磨性系数实例<2很软<201.30~1.401.40~2.00石膏、无烟煤软2~420~401.15~1.251.25~1.50页岩、泥灰岩1.001.00硫化矿中等硬度40~804~8硬80~1008~10一般铁矿0.80~0.900.75~0.85很硬>100>10玄武岩、含铁石英岩0.65~0.750.50~0.70按普氏硬度系数/可将矿石分为10级，／值由0.3到20，见表1一11。显然，f值越大，矿石越坚固，也越难破碎。各种矿石的物理机械性质见表1一12。表 1-11普氏硬度岩石分级表等级坚固性强度f「岩石
矿石的破碎方法主要根据矿石的物理机械性质、矿石块的尺寸和所要求的破碎比来选 择。矿石破碎过程中所表现出来的抵抗外力的强度大小，称为矿占破碎的难易程度。它是衡 量矿石可碎性的标淮，主要取决于矿石的结构特性和矿物的结晶形态。矿物晶格间的作用力 越大，硬度就越大，也就越难破碎。矿石或矿物的结构具有某些缺陷、裂隙时，往往首先易 在该部位破裂。选矿工处常引用可碎性系数定量地衡量矿物机械强度对破碎的影响，其表示 方法如下： 0 1 Q Q = （1.22） 式中 ε——物料的可碎性系数； Q0——某破碎机破碎中硬矿石的处理能力； Q1——同一破碎机在同样条件下破碎指定矿石的处理能力。 中硬矿石通常用石英代表。其可碎性系数与可磨性系数均为 1。若矿石硬度大，则可 碎性系数与可磨件系数均小于 1，表示破碎机对其处理能力小于对中硬矿石的处理能力；反 之，矿石硬度小，可碎性系数与可磨件系数大于 1，破碎机对其处理能力则较大。选矿上常 用矿石的极限抗压强度 σb、普氏硬度系数 f(f＝σb/10)、可碎性系数及可磨性系数表示矿石的 硬度，如表 1—10 所示。 表 1-10 矿石硬度、可碎性系数和可磨性系数 硬度等级 σb/MPa 普氏硬度系数 f 可碎性系数 可磨性系数 实例 很软 软 中等硬度 硬 很硬 ＜20 20~40 40~80 80~100 ＞100 ＜2 2~4 4~8 8~10 ＞10 1.30~1.40 1.15~1.25 1.00 0.80~0.90 0.65~0.75 1.40~2.00 1.25~1.50 1.00 0.75~0.85 0.50~0.70 石膏、无烟煤 页岩、泥灰岩 硫化矿 一般铁矿 玄武岩、含铁石英岩 按普氏硬度系数／可将矿石分为 10 级，／值由 o．3 到 20，见表 l—11。显然，f 值越 大，矿石越坚固，也越难破碎。各种矿石的物理机械性质见表 1—12。 表 1-11 普氏硬度岩石分级表 等级 坚固性强度 f 岩石
1最坚固的岩石最坚固的石英岩、玄武岩20II很坚固的岩石15很坚固的花岗质岩石、石英斑岩II坚固的岩石10致密的花岗岩、很坚固的砂岩IIl.8坚固的岩石坚固的石灰岩、不坚固的花岗岩，硫铁矿IV6颇坚固的岩石一般的砂岩，铁矿石IVa颇坚固的岩石5矽质页岩，页岩质砂岩V中等坚固的岩石4坚固的粘土质岩石，不坚固的石灰岩Va中等坚固的岩石不坚固的各种页岩，致密的泥灰岩3VI颇软弱的岩石2 白垩，岩盐，石膏，无烟煤Vla颇软弱的岩石1.5碎石质土壤，硬化的粘土VI软弱的岩石1.0致密的粘土，软弱的烟煤Vla软弱的岩石0.8黄土，轻沙质粘土VII0.6土质的岩石腐植土，泥煤，湿砂IX松散的岩石0.5砂，松土，采下的煤X0.3流砂性岩石流砂，沼泽土壤，含水黄土应当指出，矿石的力学性质是不均匀的。不同矿物集合体之间的结合力比同种矿物内部的结合力要小；在同样的矿物集合体内，晶体面上的结合力比晶体内部的要小。再加上形成矿物的不连续性与不均匀性，以及开采时对矿物受力形成的裂纹的影响。一般来说，随着物料极度的减小，以上提到的引起矿物强度降低的因素也减少，故纫矿粒的强度较高，也就是矿粒愈细愈难磨碎。表1-12矿石的物理机械性能极限抗压强度a矿石性质矿石种类弹性模量E/Pa普氏硬度系数于b/MPa煤2.0~4.0方铅矿4.57.0菱铁矿软矿石2~4 无烟煤约9.0闪锌矿约1040疏松石灰石50~100，甚至达130350000致密石灰石低于中硬矿褐铁矿约826~10石106.5磁铁矿680000~720000花岗岩120~150515000~614000125纯褐铁矿中硬矿石正长岩125~15612~15大理石50~150565000致密砂岩约160半假象褐铁158~195.5矿高于中硬矿180~200612600~79000015~18石辉绿岩172~220片麻岩
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅲa Ⅳ Ⅳa Ⅴ Ⅴa Ⅵ Ⅵa Ⅶ Ⅶa Ⅷ Ⅸ Ⅹ 最坚固的岩石 很坚固的岩石 坚固的岩石 坚固的岩石 颇坚固的岩石 颇坚固的岩石 中等坚固的岩石 中等坚固的岩石 颇软弱的岩石 颇软弱的岩石 软弱的岩石 软弱的岩石 土质的岩石 松散的岩石 流砂性岩石 20 15 10 8 6 5 4 3 2 1.5 1.0 0.8 0.6 0.5 0.3 最坚固的石英岩、玄武岩 很坚固的花岗质岩石、石英斑岩 致密的花岗岩、很坚固的砂岩 坚固的石灰岩、不坚固的花岗岩，硫铁矿 一般的砂岩，铁矿石 矽质页岩，页岩质砂岩 坚固的粘土质岩石，不坚固的石灰岩 不坚固的各种页岩，致密的泥灰岩 白垩，岩盐，石膏，无烟煤 碎石质土壤，硬化的粘土 致密的粘土，软弱的烟煤 黄土，轻沙质粘土 腐植土，泥煤，湿砂 砂，松土，采下的煤 流砂，沼泽土壤，含水黄土 应当指出，矿石的力学性质是不均匀的。不同矿物集合体之间的结合力比同种矿物内部 的结合力要小；在同样的矿物集合体内，晶体面上的结合力比晶体内部的要小。再加上形成 矿物的不连续性与不均匀性，以及开采时对矿物受力形成的裂纹的影响。一般来说，随着物 料极度的减小，以上提到的引起矿物强度降低的因素也减少，故纫矿粒的强度较高，也就是 矿粒愈细愈难磨碎。 表 1-12 矿石的物理机械性能 矿石性质 矿石种类 极限抗压强度σ b/MPa 弹性模量 E/Pa 普氏硬度系数 f 软矿石 煤 方铅矿 菱铁矿 无烟煤 闪锌矿 疏松石灰石 2.0~4.0 4.5 7.0 约 9.0 约 10 40 2~4 低于中硬矿 石 致密石灰石 褐铁矿 磁铁矿 50~100，甚至达 130 约 82 106.5 350000 680000~720000 6~10 中硬矿石 花岗岩 纯褐铁矿 正长岩 大理石 致密砂岩 120~150 125 125~156 50~150 约 160 515000~614000 565000 12~15 高于中硬矿 石 半假象褐铁 矿 辉绿岩 片麻岩 158~195.5 180~200 172~220 612600~790000 15~18
780000~1030000石英岩198~218斑岩153~280680000铜矿石150~28018~20极硬矿石钛磁铁矿234玄武岩200~300562000~913000花岗长英岩约350另外，物料的脆性对破碎也有较大影响。破裂前无变形成变形很小的物料叫脆性物料；破碎时先变形而后碎裂的物料叫塑性物料。大多数矿石都是脆性物料。矿石通常都是多种不同性质矿物的共生体，破碎时，不同矿物的破碎程度不一样，破碎后的产物粒度也不同，这种现象叫选择性破碎。四、破碎比及破碎产物的粒度特性在破碎过程中，入料粒度与产物粒度的比值叫做破碎比。它表征了物料破碎的程度。破碎的能量消耗印处理能力均与破碎比合关。破碎比通常由入料最大颗粒直径(Dmax)与产物最大颗粒直径（dmax）的比值来确定，即Dmax(1.23)13dmax实践中，由式(1.23)确定的破碎比并不能准确地描述破碎过程。因为粒度特性相同的物料经破碎后，虽然产物中的最大粒度是一样的，但破碎后粒度特性未必相同，如图1-41所示。若出式(1.23)计算破碎比，图中所示两个破碎过程的破碎比相同，但凹形曲线2的产物要比凸形曲线1的产物含更多的细颗粒，所以完成曲线2所示的破碎要比完成曲线1所尔的破碎消耗更多的能量。为使破碎比能更准确地表示破碎与能耗的关系，应寻求另一种破碎比的计算方法。即Dp_ZDi=(1.24)d,Erd式中Dy、dy——根据粒度特性计算出的原料与产物的加权平均直径，mm；y，y——原料和产物的各粒级产率（按筛分分析），%；D、d—一原料和产物各粒级的算术或几何平均直径，mm。选煤过程中的破碎比一般比较小，一段破碎即可满足。但对于选矿.因多使用浮选滋选和电选，具入选粒度很细，故破碎比i值很大，往往需要进行多次（段）破碎.其总破碎比i等于各段破碎比的乘积，即i=i,xi,x...xin(1.25)为了鉴定破碎机的破碎效果和检查破碎产品的质量，必须确定它们的产品粒度组成和粒度特性曲线。确定混合物料的粒度组成，通常采用筛分分析的方法（简称筛析）。进行筛析时，从
极硬矿石 石英岩 斑岩 铜矿石 钛磁铁矿 玄武岩 花岗长英岩 198~218 153~280 150~280 234 200~300 约 350 780000~1030000 680000 562000~913000 18~20 另外，物料的脆性对破碎也有较大影响。破裂前无变形成变形很小的物料叫脆性物料；破 碎时先变形而后碎裂的物料叫塑性物料。大多数矿石都是脆性物料。矿石通常都是多种不同 性质矿物的共生体，破碎时，不同矿物的破碎程度不一样，破碎后的产物粒度也不同，这种 现象叫选择性破碎。 四、破碎比及破碎产物的粒度特性 在破碎过程中，入料粒度与产物粒度的比值叫做破碎比。它表征了物料破碎的程度。破 碎的能量消耗印处理能力均与破碎比合关。破碎比通常由入料最大颗粒直径(Dmax)与产物最 大颗粒直径(dmax)的比值来确定，即 max max d D i = （1.23） 实践中，由式(1.23)确定的破碎比并不能准确地描述破碎过程。因为粒度特性相同的物料 经破碎后，虽然产物中的最大粒度是一样的，但破碎后粒度特性未必相同，如图 1-41 所示。 若出式(1.23)计算破碎比，图中所示两个破碎过程的破碎比相同，但凹形曲线 2 的产物要 比凸形曲线 1 的产物含更多的细颗粒，所以完成曲线 2 所示的破碎要比完成曲线 1 所尔的破 碎消耗更多的能量。为使破碎比能更准确地表示破碎与能耗的关系，应寻求另一种破碎比的 计算方法。即 = = d D d D i p p (1.24) 式中 Dy、dy——根据粒度特性计算出的原料与产物的加权平均直径，mm； y，y’—— 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。 选煤过程中的破碎比一般比较小，一段破碎即可满足。但对于选矿．因多使用浮选、 滋选和电选，具入选粒度很细，故破碎比 i 值很大，往往需要进行多次(段)破碎．其总破碎 比 i 等于各段破碎比的乘积，即 n i = i i i 1 2 （1.25） 为了鉴定破碎机的破碎效果和检查破碎产品的质量，必须确定它们的产品粒度组成和粒度特 性曲线。确定混合物料的粒度组成，通常采用筛分分析的方法(简称筛析)。进行筛析时，从