概述
爲什麼要進行破碎和磨碎？
從採礦作業送入選礦廠或選煤廠的原礦其粒度上限幾百毫米甚至達到一米多，而選礦通常要求0.1—0.2毫米或更細，這就要求將進入選礦廠的原礦在粒度上減小至原來的千分之一甚至萬分之一。這一過程必須通過碎碎、磨礦作業來實現。
破碎磨礦的任務
將有用礦物與脈石礦物及各種有用礦物之間相互解離，提高精礦品位和回收率；
爲選別作業提供粒度合適的原料。不同的選礦方法和分選設備都有一個合適的入料粒度；
- 過粗的入料粒度選不出來；
- 過細的入料粒度難以回收。
破碎磨礦的總髮展趨勢
研製及應用大型碎礦和磨礦設備，發展高效率的新型碎磨設備，將新技術新材料引入碎磨設備，研究碎磨過程的機理及提高過程效率的途徑，以及研究新的碎磨方法等。
破碎作業分類
按加工作用不同
- 準備破碎（分選前）
- 最終破碎（分選後）
按產物粒度不同
- 粗碎（\(\gt 50\)）
- 中碎（\(6\sim25\)）
- 細碎（\(1\sim6\)）
- 粉碎（\(\lt1\)）
按能耗形式不同
- 機械能破碎
- 非機械能破碎
磨碎工作的基本原理
礦石的磨碎主要是靠研磨介質落下時的中擊力和運動時的磨剝作用。
超細粉碎
將物料粉碎至微米級以下（\(\lt10\mu m\)，稱爲超細粉體）的粉碎過程。
微米級（\(1\sim10\mu m\)）、亞微米級（\(0.1\sim1\mu m\)）、納米級（\(0.001\sim0.1\mu m,1\sim100nm\)）
破碎方法
機械能的破碎方式：擠壓、劈碎、折斷、研磨、衝擊；
擠壓破碎
物料在兩個工作面之間受到
緩慢增大的壓力作用而破碎。高壓混磨、顎式破碎機等均屬此類破碎設備。
這種方法通常多用於堅硬或脆性物料的粗碎。
劈裂破碎礦石受尖劈作用而破碎。
當劈裂平面上的
拉應力達到或超過礦石拉伸強度極限時而破碎。由於礦石的拉伸強度極限比抗壓強度極限小很多，因此
劈裂破碎比擠壓破碎所需的功耗低。折斷破碎
礦石受到彎曲作用而破碎。
當礦石的彎曲應力達到礦石的彎曲強度時，礦石即被折斷。
研磨破碎當剪切應力達到礦石的
剪切強度時，礦石即被粉碎。包括研磨介質對物料的磨碎和物料相互間的摩擦作用。
振動磨、攪拌磨以及球磨機的細磨等都是以此爲主要作用的。
研磨和磨削是靠研磨介質對物料顆粒表面的不斷磨蝕而實現粉碎的。主要用於小塊物料的細磨。
衝擊破碎
物料受到足夠大的瞬時衝擊力而破碎。
其破碎效率高、破碎比大、能量消耗少。
主要用於脆性物料的破碎。
破碎的工藝特徵
礦石破碎的難易程度
礦石破碎過程中所表現出來的抵抗外力的強度大小。
影響礦石破碎難易程度的最主要因素是礦石的硬度。
不同礦物集合體之間的結合力比同種礦物內部的結合力要小。在同樣的礦物集合體內，晶體面上的結合力比晶體內部的要小。一般來說，礦物粒度愈細愈難磨碎。
可碎性係數：指破碎機在同樣條件下破碎指定礦石的生產能力與破碎中用石英能力的比。
脆性物料和塑形物料
破碎方法的選擇
礦石抗性大小：抗壓\(\gt\)抗彎\(\gt\)抗磨\(\gt\)抗拉；
選擇的依據
- 礦石的物理化學性質；
- 材料的尺寸；
- 要求的最大破碎比（入料粒度與產物粒度比值）；
破碎流程
破碎段
破碎段是破碎流程的最基本單元，由篩分作業及篩上產物所進入的破碎作業所組成。
預先篩分（篩子在破碎機前）和檢查篩分（篩子在破碎機後）
開閉路破碎（閉路更嚴格）
兩段開路和兩段一閉路（\(n\)段開路和\(n\)段\(m\)閉路，\(m\)表示閉路作用段數）
選煤廠破碎設備工藝效果的評定方法（\(\mbox{MT/T2-2005}\)）
\[破碎效率:\eta_p=\frac{U_{-d}-F_{-d}}{F_{+d}}\times100\% \]其中\(\Delta=U_{-d}-F_{-d}\)表示細粒增量。\(F_{+d}\)入料中大於要求破碎粒度的含量。
破碎與粉碎理論
破碎塊狀物料所消耗的功，一部分使被破碎的物料變形，並以熱的形式散失於周圍空間;另一部分則用於形成新表面，變成固體的自由表面能。
適用於磨礦過程的面積假說
假說的核心思想：內力單元功\(dA_1\)與物料表面積增量\(dS\)成正比。
\[dA_1=K_1\cdot dS \]如果該物料是一個理想立方體（邊長記爲\(D\)），則上式（2）可簡寫爲
\[dA_1=K_1\cdot dS=K_1\cdot dD^2=2K_1D\cdot dD \]所以當破碎體積爲\(Q\)的立方體時，所需要的功就爲
\[dA=N\cdot dA_1=\frac{Q}{D^3}\times2K_1D\cdot dD=2K_1Q\cdot \frac{dD}{D^2} \]所以當我們從任意大粒度\(D_{pj}\)破碎至指定小粒度\(d_{pj}\)（破碎比爲\(i\)）時所需要的功即爲
\[A=-2K_1Q\int^{d_pj}_{D_pj}{\frac{dD}{D^2}}=K^{'}Q\times(\frac{1}{d_{pj}}-\frac{1}{D_{pj}})=K^{'}_1Q\times(\frac{i-1}{D_{pj}}) \]適用於粗碎的體積假說
內力單元功\(dA_2\)與破碎物料塊的變形體積的微量\(dV\)成正比，即
\[dA_2=K_2dV=K_2dD^3=3K_2D^2\cdot dD \]所以當破碎體積爲\(Q\)的立方體時，所需要的功就爲
\[dA=N\cdot dA_2=\frac{Q}{D^3}\times3K_2D^2\cdot dD=3K_2Q\cdot\frac{dD}{D} \]所以當我們從任意大粒度\(D_{pj}\)破碎至指定小粒度\(d_{pj}\)（破碎比爲\(i\)）時所需要的功即爲
\[A=-3K_2Q\int^{d_pj}_{D_pj}\frac{dD}{D}=3K_2Q\ln{\frac{D_pj}{d_pj}}=K^{'}_2Q\ln{i} \]適用於中碎的裂縫假說（下啓邦德假說）
介於面積假說和體積假說之間的一種破碎理論。
其核心思想爲：破碎礦石時，外力首先使物料塊產生變形，外力超過強度極限以後﹐物料塊就產生裂縫而破碎成許多小塊。如下是邦德(\(\mbox{Bond}\))經驗公式
\[W=10\times W_i\times(\frac{1}{\sqrt{P}}-\frac{1}{\sqrt{F}}) \]其中\(F\)指80%的入料所能通過篩孔粒度，\(P\)指80%排料所能通過篩孔粒度。
\(W_i\)爲功指數：將1短噸（私制，相當於0.9072公噸）“理論上無限大的粒度”破碎到80%可以通過100\(\mu m\)篩孔【或者65%可以通過75\(\mu m\)篩孔】時所做的功。
\(\mbox{Bond}\)公式的作用
在測出功指數\(W_i\)的情況下可以計算出各種粒度範圍內的粉碎功耗；
測出被粉碎物料的功指數\(W_i\)，可以計算設計條件下需要的功耗，從而根據需用功率的容量來選擇粉碎機械；
可以比較\(W_i\)間粉碎設備的工作效率，如兩臺磨機消耗的功率相同，但產品粒度不同，分別算出兩臺磨機的操作功指數，就可確定哪臺效率高。
同一磨機在同樣條件下磨細同樣質量的兩種礦石所耗的功是相當的，所以有如下公式
\[W_1\times(\frac{1}{\sqrt{P_1}}-\frac{1}{\sqrt{F_1}})=W_2\times(\frac{1}{\sqrt{P_2}}-\frac{1}{\sqrt{F_2}}) \]適用於中碎的邦德假說（上承裂縫假說）
核心思想：破碎物料時外力所做的功先是使物體變形，當變形超過一定限度後即產生裂縫，儲存在物體內的變形能促使裂縫擴展並生成斷面。破碎所需的功應考慮變形能和表面能兩項，變形能和體積成正比，而表面能與表面積成正比。如下爲邦德理論公式
\[dA_3=K_3\times\sqrt{V\times S} \]對於單位體積的物料
\[dA=\frac{K_3\times\sqrt{V\times S}}{D^3}=\frac{K_3}{\sqrt{D}} \]將體積爲\(Q\)的礦物從\(D\)破碎到\(d\)所需的功耗爲\(A_3\)
\[A_3=K_3Q(\frac{1}{\sqrt{d}}-\frac{1}{\sqrt{D}})=K_3Q\frac{1}{\sqrt{D}}(\sqrt{i}-1) \]三種破碎理論的使用條件
- 當粉碎時新生表面積不多，體積假說較爲住確，裂縫假說結果不可靠；
- 細碎時（破碎到10\(\mu m\)以下時）裂縫假說求得的數據過小，此時新生表面積增加，表面能是主要的，面積假說較爲準確；
- 在粗碎與細碎之間的廣泛範圍內，裂縫假說比較適用，因爲榜德的經驗公式是根據一般破碎設備得出的結論，所以在中等破碎比情況下與它大致相符。
粉碎模型
體積粉碎
兩步粉碎：整個顆粒均受到破壞，粉碎後產物多爲粒度大的中間顆粒。隨着粉碎過程的進行，這些中間顆粒逐漸被粉碎成細粒。衝擊粉碎和擠壓粉碎與此模型較爲接近。
表面粉碎
沒有中間過程而是一點一點磨：在粉碎的某一時刻，僅是顆粒的表面產生破壞，被磨削下微粉，這一破壞作用基本不涉及顆粒內部。這種情形是典型的研磨和磨削粉碎方式。
均一粉碎
一步到位：施加於顆粒的作用力使顆粒產生均勻的分散性破壞，直接粉碎成微粉。
破碎與粉碎機械
煤是脆性軟物料，適合採用以劈碎或衝擊作用爲主的破碎機；在選煤廠中對於較硬的煤，特別是含矸石和黃鐵礦較多的原煤，可採用以擠壓爲主的顎式破碎機；對大塊原煤的破碎多采用齒棍式破碎機；對中煤破碎多采用錘式破碎機和反擊式破碎機，因爲衝擊作用易產生較細的粒度，有助於淨煤和矸石的解離。
顎式破碎機
按給料口大小分類
\(\gt600\)：大型顎式破碎機；\(300\sim600\)：中型顎式破碎機；\(\lt300\)：小型顎式破碎機；
工作原理
物料在顎式破碎機中的破碎是在兩塊預板之間進行的（上左下右），如下圖所示。
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鉗角與生產效率和破碎比
鉗角增大可以使得破碎比（也就是入口物料的粒度）增大，但是生產效率可能會降低，因爲大鉗角會導致物料“打滑”（夾不住），使得物料飛出。
排料口調節方式
墊片調整
在後推力板支座和機架後壁之間放入一組的墊片。通過增減墊片的數量，使破碎機的排礦口減小或增大。
楔塊調整
藉助後推力板支座與機架後壁之間的兩個楔塊的相對移動來實現破碎機排礦口的調整。楔塊沿着機架後壁上下移動時，帶動前楔塊向前或向後移動，達到排石口調整的目的。
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圓錐破碎機
藉助於旋擺運動的圓錐週期地靠近固定錐面，使夾於兩個錐面間的物料受到擠壓和彎曲從而破碎。
圓維破碎機主要用於物料的中、細碎。
旋迴破碎機
旋迴破碎機的主要優點
工作平衡、生產率高、易於啓動、破碎比大、產品粒度均勻。
適用於粗、中碎各種硬度的礦物。
缺點
構造複雜，機身高，投資大。
衝擊式破碎機
錘式破碎機
錘式破碎機是利用高速回轉錘子的打擊作用而進行破碎的。
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錘式破碎機具有結構簡單、機器緊湊、處理能力大、破碎比大以及功率消耗小等優點。
反擊式破碎機
雙轉子反擊式破碎機，兩個轉子一個負責粗碎，另一個負責細碎。
反擊式破碎機具有以下優點：
- 利用衝擊進行破碎，使物料沿脆弱面破開；
- 破碎效率高，能耗小，處理能力大，產品粒度均勻；
- 破碎比大；
- 具有選擇性破碎的特點（沿着弱的結合面先破碎）；
- 結構簡單，製造方便；
輥式破碎機
有固定輥和動輥，動輥後面安裝有彈簧作爲安全裝置，爲硬度過大的礦物讓路（過載保護）
雙輥式破碎機
一般爲齒輥式破碎機，以劈裂破碎爲主，兼有擠壓折斷破碎。
與單輥式破碎機：給料粒度小但是生產效率高。
單輥式破碎機
與雙輥式破碎機：給料粒度大但是生產效率低。
齒輥式破碎機
- 鷹嘴式：尖劈效果好，有弧度容易夾住物料；
- 標槍式；
- 刀刃式；
磨礦機械
球磨機（細磨）
球磨機中球的運動狀態
瀉落式
拋落式（正常情況下）
離心式
各層磨介運動的三個階段
提升偏轉運動
外層磨介或筒壁帶動磨介向上旋轉，直到磨介的重力切向力與受到的摩擦力平衡。
滑行階段
慣性作用導致磨介繼續上滑。
泄落或者拋落階段
主要工作參數的確定
- 臨界轉速與磨礦機轉速：兩者有一個比值
- 鋼球有一個有利的提升高度
- 參入金屬鉻增加硬度
- 鋼球的充填率（40$\sim$50%）
- 礦漿濃度
棒磨機（粗磨）
線接觸：磨礦粒度比較均勻；
磨礦作用及磨礦條件的確定
- 礦石性質、給料粒度和產品粒度的影響
- 磨礦機結構的影響
- 磨礦操作條件的影響
磨機的構造及各主要部件
筒體
鋼板，高Mn鋼
軸向熱變形
磨門（或稱人孔）
襯板
保護筒體
高錳鋼
通過螺栓連接和鑲砌固定
倉體襯板（平滑適用於細磨、不平滑適用於粗磨）
端蓋襯板（平整）
隔倉板
防止竄倉
防止大顆粒物料竄向出料端
控制磨內物料流速
單層隔倉板、過渡倉式雙層隔倉板
盲板與篦板（同心圓和輻射狀）
進料和卸料裝置
- 溜管、螺旋和勺輪
格子型球磨機
自磨機
- 簡化工藝流程