选矿工艺设备的选择和计算(改进版)

第5章工艺设备（设施）的选择和计算内容提要：本章的学习内容包括：工艺设备选择及计算原则；破碎及筛分设备选择与计算；磨矿及分级设备选择与计算；选别设备选择与计算(包括浮选、重选、磁选及电选设备等)；脱水设备选择与计算；辅助设备的选择和计算（包括给矿机、带式输送机、砂泵和起重机等）；矿仓设施的类型、选择和设计计算。5.1工艺设备选择和计算原则工艺设备选择和计算是矿物加工工程设计的一项重要内容。设备选型的合适与否直接决定选矿工艺能否顺利实现。因此，在选择和计算工艺设备时必须遵循以下基本原则：①设备必须满足生产能力要求并与选矿厂生产规模相适应；②设备必须适应生产工艺特点的要求；③设备必须便于操作和控制，且性能可靠；④设备选型应尽量采用已定型化的先进设备。选矿设备分为两大类，即主体设备和辅助设备。其中，主体设备包括：破碎机、筛分机、磨矿机、分级机、浮选机、跳汰机、摇床、磁选机、浓缩机、过滤机和干燥机等。辅助设备则包括：带式输送机、砂泵、给矿机和起重机等。选择主体设备时，需确定设备型式和尺寸(即型号和规格)，以及设备数量。在同一作业中，如有几种不同型式的设备可供选择时，应通过技术经济比较才能确定。工艺设备生产能力的计算，可采用以下方法进行：①按理论公式计算生产能力。按理论公式近似计算生产能力的设备有：颚式破碎机、旋回破碎机、圆锥破碎机、对辊破碎机、水力分级机、水力旋流器、水力分选机和浓缩机等。这些设备分为两类：第1类是依据通过破碎腔破碎物料的质量(容积)进行计算的破碎机；第2类是矿浆在分级过程中，在重力或惯性力作用下，依据固体物料在流体中运动的理论进行计算的分级设备。按理论公式计算的生产能力，其结果与实际生产资料有一定偏差，但却能表明影响设备生产能力的主要相关因素。②按经验公式计算生产能力。按经验公式计算生产能力的设备有：固定筛、振动筛和螺旋分级机等。经验公式是选用设备在处理指定物料(称之为标准物料)时的生产能力。因此，它有一定的适应范围。在处理其他非标准物料时，必须考虑某些修正系数。经验公式与理论公式一样，反映了设备生产能力与待处理物料性质和工作条件的函数关系。③按综合公式计算生产能力。综合公式也叫半经验公式。它既有理论推导的因子，又有经验修正系数。旋回破碎机可用这类公式计算生产能力。④按单位负荷计算生产能力。这种计算方法是根据设备的单位容积、单位面积或单位长度计算生产能力。按单位容积计算生产能力的设备有磨矿机、浮选机等。按单位面积计算生产能力的设备有筛分机、真空过滤机等。单位负荷的测定可以任意选择一种已知其单位生产能力的矿石作为标准矿石，然后将标准矿石与待测矿石在试验室中进行试验，得出其生产能力的相对系数，则可求出待测矿石的单位负荷。⑤按单位能耗计算生产能力。按处理单位重量或单位体积矿石所耗电量计算生产能力，如磨矿机、洗矿机等可用这种方法计算生产能力，单位能耗的测定方法与单位负荷的测定方法相同。⑥按矿石在设备中的停留时间计算生产能力。为使某作业顺利进行，必须使被处理矿石在该作业(设备)具有一定的停留时间。这类设备的有效容积是根据单位时间的容积生产能力与处理矿石需停留的时间之积而确定。这种方法需要预先确定各作业处理该种矿石的停留时间，如浮选机、搅拌槽可用这种方法计算生产能力。⑦按产品目录确定生产能力。齿式对辊机、摇床等可直接通过制造厂的产品目录计算生产能力。但必须对矿石性质和工作条件设置某些修正系数。设备数量取决于所选设备的型号和规格。选用小型设备，将增加建筑面积、管理和维护的困难。采用大型设备则有利于减少基建投资，降低生产成本，并能促进选矿厂的自动化管理，但要增加厂房高度和起重设备的起重能力。因此，必须根据主要技术经济指标进行方案比较，确定合理的方案。方案比较的主要指标包括：设备总重量、总投资、总安装功率、厂房总面积和高度等。一般情况下，某作业的同类设备台数大于4～6台时，应改选大型设备较为有利。为了保证选矿厂的正常生产，必须考虑设备的备用。破碎机和筛分机的备用台数取决于破碎作业的工作制度、原矿仓和中间矿仓的容积。第1段破碎，不考虑备用设备。第2段和第3段破碎，每2～3台破碎机考虑1台备用破碎机，每3～4台筛分机考虑1台备用筛分机。磨矿、选别和浓缩作业不考虑备用设备。精矿过滤和干燥设备应考虑备用设备。输送矿浆的砂泵，每台应考虑l台备用砂泵。5.2破碎设备的选择和计算5.2.1破碎设备的选择破碎设备的选择与处理矿石的物理性质、要求破碎的生产能力、破碎产品粒度及设备配置有关。矿石物理性质包括：矿石硬度、密度、含泥量、含水量和矿石最大粒度。根据矿石极限抗压强度，矿石可分为难碎性矿石、中等可碎性矿石和易碎性矿石3种类型。所选破碎设备，除保证满足产品粒度和生产能力外，还必须保证矿石最大粒度的给入。给矿中的最大粒度，对粗碎机为0.8～0.85B(B—破碎机给矿口宽度)，中、细碎机则为0.85～0.90B。(1)粗碎设备的选择粗碎设备主要有旋回破碎机和颚式破碎机。粗碎设备的选型主要考虑给矿最大粒度、生产能力和矿石可碎性3种因素。大、中型选矿厂既可采用颚式破碎机，也可采用旋回破碎机。中、小型选矿厂通常采用颚式破碎机。颚式破碎机按传动肘的结构和运行形式不同，可分为双肘简单摆动型和单肘复杂摆动型2类。一般，大型选矿厂选用简摆式颚式破碎机，中、小型选矿厂选用复摆式颚式破碎机。颚式破碎机的规格一般以给矿口宽度×长度表示。颚式破碎机的主要优点是：结构简单，工作可靠，价格较低廉，便于维修，外型高度小，排矿口调节方便，破碎含水量和含泥量较高的矿石不易堵塞破碎腔。其主要缺点是：衬板易磨损，且破碎产品粒度不均匀。与颚式破碎机相比，旋回破碎机的优点主要是破碎单位质量矿石时的电耗少，破碎腔连续工作，生产能力大，破碎腔内衬的磨损分布均匀。此外，产品过大块少，粒度均匀，破碎腔内不易堵塞矿石，可以采取“挤满给矿”。其不足主要是：排矿口调节困难，设备构造复杂，机身较大，基建基础和厂房高度要求高。(2)中、细碎设备的选择中、细碎设备的选型除了需要考虑确定粗碎设备选型的因素外，还要考虑上段破碎产品的最大粒度和本段破碎要求的产品粒度。大、中型选矿厂破碎难碎性矿石和中等可碎性矿石时，中碎和细碎常选用圆锥破碎机。按圆锥破碎机破碎腔的形状和平行带长度的不同可分为标准型、中间型和短头型3类。中碎设备常选用标准型圆锥破碎机或中间型圆锥破碎机，细碎设备常用短头型圆锥破碎机。若采用两段破碎流程时，第2段也可选用中间型圆锥破碎机。圆锥破碎机的规格以破碎锥(动锥)底部直径(mm)表示，其型号以“B”、“Z”和“D”分别代表标准型、中间型和短头型。圆锥破碎机的生产能力大，破碎比大，适于破碎硬矿石和中硬矿石，特别是近几年来已广泛采用美卓（Metso）和山达维克（Sandvik）公司生产的HP、MP和CS型新型圆锥破碎机。其缺点是不适宜处理含泥量过高的矿石。对于小型选矿厂的第2段破碎设备，一般可选用反击式破碎机、锤式破碎机、辊式破碎机，以及中间型(或短头型)圆锥破碎机，也可选用深腔颚式破碎机。反击式破碎机适用于破碎中等可碎性矿石和脆性矿石。它有单转子(PF)和双转子(2PF)两种型式。其规格以转子直径和长度表示。与其他型式破碎机相比，设备重量轻，体积小，生产能力大，构造简单，维修方便。单位产量能耗低，能耗比颚式破碎机节省1/3。破碎产物粒度均匀，细粒含量多，有利于提高磨矿机的效率。能选择性地破碎矿石，过粉碎少。破碎比大，能一次完成中碎机和细碎机的要求，因此可简化流程，节省投资。缺点是：打击板和反击板容易磨损，需要经常更换。工作噪音大，粉尘多。辊式破碎机也称对辊破碎机，它有平辊和齿辊两类。规格以辊子直径和长度表示。辊式破碎机适于破碎含粘土多和要求产品粒度均匀的中等可碎性以及脆性矿石，破碎产品粒度可小于1～2mm。其特点是构造简单，破碎比大，过粉碎少。缺点是：生产能力低，占地面积大，辊面磨损不均匀，需要经常加工处理。高压辊式破碎机的产品粒度细且均匀，能有效地降低磨矿作业的能耗。5.2.2破碎设备生产能力的计算破碎机生产能力与被破碎物料性质(矿石硬度、密度、湿度、粘结性和粒度组成等)、破碎机结构参数和工艺要求(破碎比、开路或闭路作业、设备负荷率、给矿均匀度)等因素有关。由于影响因素多，生产能力的计算方法也较多，且各具特点。因此，在设计中多采用经验公式概略计算生产能力，并根据实际资料对计算结果加以校正。(1)颚式破碎机、旋回破碎机和圆锥破碎机生产能力的计算①开路破碎时，颚式破碎机、旋回破碎机、圆锥破碎机的生产能力计算：04321QKKKKQ(5-1)式中，Q—在设计条件下破碎机的生产能力(t/h)；Q0—在标准条件下破碎机的生产能力(t/h)；eqQ00(5-2)q0—破碎机在开路破碎排矿口宽度为1mm时，破碎标准状态矿石的单位生产能力(t/mm·h)(见表5-1至表5-5)。e—破碎机排矿口宽度(mm)；1K—矿石可碎性系数(见表5-6)；也可按下式校核。表5-1颚式破碎机0q值破碎机规格(mm)250×400400×600600×900900×12001200×15001500×2100q0(t/mm·h)0.400.650.95～1.01.25～1.301.902.70表5-2旋回破碎机0q值破碎机规格(mm)500/75700/130900/1601200/1801500/1801500/300q0(t/mm·h)2.53.04.56.010.513.5表5-3开路破碎时标准型、中型圆锥破碎机0q值破碎机规格(mm)Φ600Φ900Φ1200Φ1650Φ1750Φ2200q0(t/mm·h)1.02.54.0～4.57.0～8.08.0～9.014.0～15.0注：排矿口小时取大值，排矿口大时取小值。表5-4开路破碎时短头型圆锥破碎机0q值破碎机规格(mm)Φ900Φ1200Φ1650Φ1750Φ2200q0(t/mm·h)4.06.512.014.024.0表5-5开路破碎时单缸液压圆锥破碎机0q值破碎机规格(mm)Φ900Φ1200Φ1650Φ2200Φ3000q0(t/mm·h)标准型2.524.68.516.028.0中型2.765.49.2320.030.6短头型4.256.714.2825.047.3注：表中数据参考沈重的设备资料。表5-6矿石可碎性系数1K值矿石性质极限抗压强度[MPa(kgf/cm2)]普氏硬度K1值硬156.9～196.1(1600～2000)16～200.9～0.95中硬78.45～156.9(800～1600)8～161.0软78.45(800)81.1～1.2表5-7粗碎设备的给矿粒度修正系数3K值给矿最大粒度maxD和给矿口宽度B之比BDmax0.850.700.600.500.400.30K31.001.041.071.111.161.23表5-8中碎与细碎圆锥破碎机破碎比修正系数K3值标准型或中型圆锥破碎机短头型圆锥破碎机e/BK3e/BK30.600.90~0.980.400.90~0.940.550.92~1.000.251.00~1.050.400.96~1.060.151.06~1.120.351.00~1.100.0751.14~1.20注：①e—开路破碎时，指上段破碎机排矿口宽度，B—指本段破碎机给矿口宽度；闭路破碎时，e/B指闭路破碎机的排矿口宽度与给矿口宽度之比。②设有预先筛分时，K3取小值，不设预先筛分时取大值。11.01SBK(5-3)σB—标准矿石的抗压强度，)(160MPaB；σS—设计矿石的抗压强度(MPa)。K2—矿石密度修正系数，按下式计算：6.12K(5-4)或7.22K(5-5)γ—设计矿石的松散密度(t/m3)；δ—设计矿石的密度(t/m3)。K3—给矿粒度修正系数(见表5-7，表5-8)，表5-7的数据可由下式计算：2.03SK(5-6)—标准条件下给矿最大粒度与粗碎机的给矿口宽度之比，85.0；S—设计的给矿最大粒度与选用粗碎机