5.1 破碎与筛分

破碎与筛分将原矿（ROM）制备成磨矿工序所需的给矿粒度。本节涵盖流程设计、设备选型、破碎比分配及筛分效率计算。

工艺流程

5.1.1 破碎流程设计

学习目标

• 设计三段破碎流程，使产品粒度满足下游磨矿要求
• 在一、二、三级破碎间合理分配总破碎比
• 为细碎段选择开路或闭路配置
• 运用邦德功指数（Wi）估算能耗需求

核心概念

参数与指标

公式

• 总破碎比：$RR_{total} = F_{80} / P_{80}$ — F80 为原矿最大粒度，P80 为最终破碎产品粒度
• 各段分配：$RR_{total} = RR_{1} \times RR_{2} \times RR_{3}$ — 每段取 3–6
• 循环负荷：$CL = (C / F) \times 100\%$ — C 为循环量，F 为新给矿
• 破碎机功率（邦德）：$W = 10 \times Wi \times (1/\sqrt{P_{80}} - 1/\sqrt{F_{80}})$ — kWh/t，P80/F80 单位 μm
• 流程处理能力：$Q_{circuit} = Q_{crusher} / (1 + CL/100)$ — 由破碎机能力换算新给矿能力

工具与标准

• 常用软件/仪器：Bruno、AggFlow 流程模拟；皮带横切取样器；激光粒度仪
• 相关标准：GB/T 14689（建筑用卵石碎石）；AusIMM 破碎筛分设计导则

操作步骤

1. 确定原矿粒度：由矿山或爆破碎块度调查获得 F80。
2. 设定磨矿给矿目标：按 SAG/球磨要求确定 P80（SAG 通常 12–25 mm）。
3. 计算总破碎比：F80 除以目标 P80。
4. 分配各段：三段各约 RR ≈ 4；若某段能力受限则调整。
5. 配置三段：闭路配检查筛以控制 P80。
6. 估算功率：各段应用邦德 Wi 或厂家能力曲线。
7. 能力平衡：最弱段决定流程处理量；上游按此配置。

破碎比分配与闭路配置

知识延伸

流程原理：三段破碎遵循"逐级减小块度、逐级提高比能耗"的规律。粗碎主要做尺寸缩减，细碎才接近最终 P80；若将过大破碎比压入末段，循环负荷与衬板磨损急剧上升。闭路细碎的本质是用筛分"截断"粗颗粒返回再破，使 P80 稳定——筛分效率每下降 5%，末段循环负荷约增 10–15%，SAG 给矿 P80 波动可达 ±30%。

参数交互：F80 由采矿/爆破决定，P80 由磨矿需求反推，二者锁定总 RR。Wi 影响功率与设备选型，但不直接改变 RR 分配；硬矿区 Wi 升高时，若给矿量不变，产品会变粗，需通过缩小排料口或提高循环负荷补偿。循环负荷与筛分效率、筛孔尺寸三者耦合：筛孔 ≈ 1.1–1.2 × 目标 P80，效率 < 80% 时即使筛孔正确也无法维持目标 P80。

故障诊断逻辑：SAG 给矿 P80 突然变粗 → 先查三段闭路筛效率与筛孔，再查圆锥 OSS（排料口）是否因衬板磨损增大；处理量下降而功率正常 → 查循环负荷是否过高导致筛分机过载；特定矿带频繁过载 → 查 Wi 分区与配矿方案，而非单纯调排料口。

常见误区

• 三段开路细碎：产品 P80 分布在 10–40 mm，SAG 处理量不稳定 → 末段必须闭路
• 破碎比分配不均：一段 RR 过低导致三段过载、循环负荷过高 → 按立方根均分后微调
• 忽视 Wi 变化：矿体硬度分区导致破碎机频繁过载 → 需配矿管理
• 循环负荷计算含水分：应用干量平衡，水分影响循环负荷估算

关联章节

• 5.2.1 磨矿设备 — SAG 给矿粒度
• 3.2.4 块度分析 — 原矿粒度分布
• 1.4.1 钻探与取样 — 矿石硬度数据

自测要点

1. 原矿 F80 = 600 mm，目标 P80 = 20 mm，三段破碎且末段 RR = 3.5，如何分配各段破碎比？
2. 三段闭路新给矿 200 t/h、循环量 280 t/h，求循环负荷百分比。

5.1.2 破碎设备参数

学习目标

• 按最大块度确定颚式破碎机给料口宽度
• 为二段、三段选择标准型与短头型圆锥破碎机
• 评估 HPGR 作为三段细碎以节能的可行性
• 避免在硬磨蚀性矿石中使用冲击式破碎机

核心概念

参数与指标

公式

• 颚式给料口：$W_{open} = 1.1 \times L_{\max}$ — L_max 为最大块度（mm）
• 圆锥处理能力：$Q = k \times OSS \times stroke \times N \times D^{2}$ — k 为厂家系数
• HPGR 比压力：$F = F_{roll} / (L_{roll} \times W_{roll})$ — 辊长 L、辊宽 W
• 衬板磨损速率：ΔOSS/月 = wear_coeff × 处理量 — 现场标定

工具与标准

• 常用软件/仪器： JK Drop Weight 试验；HVT 高压辊磨试验机；皮带金属探测器
• 相关标准：GB/T 25703（圆锥破碎机）；ISO 21873（移动式破碎筛分设备）

操作步骤

1. 一段选型：< 1500 t/h 用颚式；更高能力或连续采矿给矿用旋回。
2. 确定给料口：按 1.1 × 最大块度；校验料斗几何尺寸。
3. 二段圆锥：标准型；OSS 设定使 P80 达 50–100 mm。
4. 三段圆锥或 HPGR：常规用短头圆锥；Wi > 14 且磨矿能耗关键时考虑 HPGR。
5. 监测衬板磨损：每周测 OSS；产品粒度超差前安排换衬板。
6. 禁用冲击破：石英含量 > 30% 且 UCS > 150 MPa 时。

一段设备选型

破碎机类型对照

知识延伸

设备选型原理：一段设备的核心约束是"通过最大块度"而非"达到 P80"——给料口不足 10% 即可能导致每班卡料。二段与三段的差异在于破碎腔形状：标准型平行区较长，适合中等粒度产品；短头型平行区短、倾角陡，适合细产品但衬板单位磨损更高。HPGR 不以传统 RR 定义工作，而是通过高压使颗粒内部产生微裂纹，使下游 SAG/球磨 Bond 功降低；适用前提是矿石有一定脆性且 Wi 较高，否则能耗优势不明显。

参数交互：OSS 与 P80 近似线性关系（约 OSS × 0.5–0.7 ≈ P80），衬板磨损使 OSS 增大 5 mm 时 P80 可能增大 3–4 mm，对下游 -200 目影响显著。HPGR 压力与产品细度、辊面磨损三者耦合：压力过高加速辊面磨损，过低则微裂纹不足、磨矿节能效果消失。给料粒度必须 < 辊缝，否则边缘效应导致产品粒度分布变宽。

故障诊断逻辑：频繁卡料 → 给料口或料斗尺寸；产品突然变粗而 OSS 正常 → 检查给矿含泥量或湿粘物料；HPGR 振动异常 → 先查给矿除铁与粒度，再查辊面磨损均匀性；二段产品过细导致三段过载 → 增大二段 OSS 而非提高三段能力。

常见误区

• 给料口过小：每班卡料，产量损失 15–25% → 严格按 1.1 × 最大块度
• 忽视 OSS 随衬板磨损变化：产品逐渐变粗，磨矿回收率下降而破碎机无报警 → 每周监测
• HPGR 无给矿准备：杂铁可损毁辊面 → 必须配置金属探测器与预选
• 花岗岩用冲击破：锤头寿命 < 200 h，成本为圆锥的 3 倍 → 硬岩用圆锥

关联章节

• 5.1.1 破碎流程设计 — 各段破碎比分配
• 5.2.1 磨矿设备 — HPGR 节能效益
• 5.1.3 筛分效率 — 闭路筛分

自测要点

1. 最大块度 550 mm，颚式破碎机给料口最小应取多少？
2. 圆锥衬板 OSS 由 38 mm 磨损至 52 mm，P80 由 18 mm 升至 26 mm，应采取何种措施？

5.1.3 筛分效率

学习目标

• 由物料平衡数据计算筛分效率
• 按矿石类型与筛孔选择筛面介质（编织、棒条、聚氨酯）
• 设定振幅、频率、筛面倾角以实现目标分离

核心概念

参数与指标

公式

• 筛分效率：$E = (U / F_{u}) \times 100\%$ — U 为筛下产品细粒量（t/h），F_u 为给矿中细粒量（t/h）
• 物料平衡：$F = U + O$ — F 给矿，U 筛下，O 筛上返回破碎机
• 由筛分求循环负荷：$CL = (O / F_{fresh}) \times 100\%$
• 切割粒度近似：d50 ≈ 0.7 × 筛孔 — 效率 > 85% 时

工具与标准

• 常用软件/仪器：横切皮带取样器；筛分试验标准筛组；在线粒度分析仪
• 相关标准：GB/T 6005（试验筛网孔尺寸）；ISO 9045（筛分效率测定）

操作步骤

1. 取样：对给矿、筛上、筛下做粒度分析与水分测定。
2. 计算 F_u：给矿量 × 筛孔以下粒级占比。
3. 计算 U：筛下量（直接测量或物料平衡）。
4. 求 E：代入公式；< 85% 时诊断原因。
5. 调整参数：糊筛则增振幅或倾角；料层过厚则减给矿量。
6. 选择筛面：干细粒用编织网；湿粗粒用棒条；磨蚀性细粒用聚氨酯。

筛分效率诊断流程

知识延伸

筛分原理：筛分效率本质上是"细粒透筛概率"与"粗粒透筛概率"之差。理想筛分要求所有小于筛孔的颗粒进入筛下、所有大于筛孔的留在筛上；实际中料层厚度、颗粒形状、水分与筛面运动参数共同决定效率。闭路检查筛的效率每降低 1%，相当于向破碎机返回更多"本已合格"的细粒，既浪费破碎能耗又增加循环负荷——这是破碎-筛分闭环中最敏感的单一参数。

参数交互：振幅与频率决定筛面抛掷强度：粗粒需大振幅（6–8 mm）使颗粒分层；细粒需适当频率避免飞跳导致透筛不完全。筛孔 = 1.1–1.2 × P80 时，筛下 P80 略小于筛孔、筛上略大于筛孔，循环负荷最经济；筛孔 = P80 则循环负荷过高，筛孔 > 1.3 × P80 则产品 P80 失控。水分 > 8% 时细粒结团，表观效率下降，此时应优先控水而非盲目加大振幅。

故障诊断逻辑：效率突降 → 依次查（1）给矿量是否超载（料层 > 4× 筛孔）、（2）筛孔是否糊死或破损、（3）水分是否超标、（4）取样是否代表（必须用横切取样）；雨季效率下降 → 查给矿水分与筛面类型；效率正常但 P80 偏粗 → 筛孔过大，非效率问题。

常见误区

• 用抓样代替横切取样：粒度分布代表性差 → 必须用横切取样器
• 忽视水分：湿筛改变切割粒度；效率计算需干吨 → 水分校正
• 筛分机过载：料层 > 4× 筛孔时 E 可降至 70% 以下 → 控制给矿量
• 筛孔等于 P80：导致循环负荷过高 → 筛孔取 1.1–1.2 × P80

关联章节

• 5.1.1 破碎流程设计 — 闭路设计
• 5.2.3 旋流器操作 — 分级类比
• 5.3.1 浮选药剂 — 浮选给矿粒度

自测要点

1. 给矿 350 t/h，18 mm 筛孔以下占 55%，筛下 175 t/h，求 E 并判断是否合格。
2. 筛分效率由 88% 降至 76%（雨季），列出三项诊断检查。