第2章　非金属矿共性加工技术

2.1　破碎与筛分

2.1.1　破碎

破碎是将原矿石破碎至满足磨矿、选矿或应用要求的粒度（一般是1～100mm）的粉碎技术。相应的设备为破碎机。

除特殊情况外，破碎通常是分阶段进行的。这是因为在多数情况下现有的破碎设备不能一次就将大块原矿破碎至要求的细度。具体选择破碎段数要依原矿性质、原矿块度、产品粒度及设备类型而定。物料每经过一次破碎机，称为一个破碎段。对于每一个破碎作业，定义破碎前后（即给料与产物）的粒度之比为该段破碎作业的破碎比，它反映了经过破碎机粉碎后，原矿或原料粒度减小的程度。各段破碎或粉碎作业的破碎比或粉碎比的乘积为该破碎或粉碎工艺流程的总破碎比。

根据破碎设备的形式和施力特点，常用的破碎设备可分为颚式破碎机、圆锥破碎机、辊式破碎机、反击式破碎机、锤式破碎机、立轴冲击式破碎机等。这些设备的类型、性能特点和应用列于表2-1。各类设备各有其特点，在实际中如何选择使用，有赖于对各种设备的结构、原理、工作特点和应用特性的了解。图2-1所示为非金属矿工业常用的破碎设备的结构示意图。其结构和工作原理简述如下：

（1）颚式破碎机　颚式破碎机通常由一个定颚和一个动颚组成破碎腔，根据动颚的运动轨迹和特点，颚式破碎机可分为简摆式（双肘板或双推力板机构）和复摆式（单肘板单推力板机构）两种。如图2-1（a）所示，复摆式颚式破碎机主要由机架、固定颚板、活动颚板、偏心轴、肘板、调整座等组成。进入破碎腔之间的物料在动颚向定颚运动的挤压作用下被破碎，破碎后的物料又在动颚离开定颚后从破碎腔下部排出。动颚每一个摆动周期，物料受到一次挤压作用并向下排送一段距离。物料从给入破碎腔开始，通常受到多次压碎作用后排出机外。颚式破碎机的主要技术参数为进料口尺寸、最大进料粒度、排料口调整范围、偏心轴转速、处理能力、电机功率、设备重量等。

（2）圆锥破碎机　圆锥破碎机按其使用的粒度范围可分为粗碎、中碎和细碎三种。粗碎圆锥破碎机又称旋回破碎机，是大型矿山破碎坚硬物料的典型设备，但目前在非金属矿山很少应用；中碎和细碎圆锥破碎机又称为菌形圆锥破碎机。

由于破碎锥的运动是旋回摆动，因而在圆锥破碎机中物料的破碎是连续进行的。这一点与颚式破碎机不同。中、细碎圆锥破碎机根据排矿口调整置和保险方式的不同，分为弹簧圆锥破碎机和液压圆锥破碎机。其结构示意和外形见图2-1（b）。

根据中碎、细碎圆锥破碎机破碎腔的形式不同，又可分为标准型（中碎用）、中间型（中碎、细碎用）和短头型（细碎用）三种，其中以标准型和短头型应用最为广泛。它们的主要区别在于破碎腔剖面形状和平行带长度的不同，标准型最短，短头型最长。平行带越长，破碎产品粒度越均匀。

圆锥破碎机的产品粒度一般在10mm左右，特殊要求也可达3～5mm以下，如惯性圆锥破碎机。圆锥破碎机的主要技术参数为破碎锥直径、最大给料尺寸、排料口宽度、处理能力、主轴摆动次数、电机功率、设备重量和外形尺寸等。

（3）辊式破碎机　辊式破碎机构造简单。根据辊子的数目可分为单辊、双辊、三辊和四辊四种。最常见的为双辊，也称对辊破碎机。图2-1（c）是双辊式破碎机的结构示意图。

双辊式破碎机由两个圆柱形辊筒作为主要的工作机构。工作时，电动机通过三角皮带（或齿轮减速装置）和一对长齿齿轮，带动两个破碎辊作相向的旋转运动，由于物料和辊子之间的摩擦作用，将给入辊子上方的物料卷入两辊所形成的破碎腔内而被压碎。破碎的产品在重力的作用下，从两个辊子之间的间隙处排出。辊式破碎机的主要技术参数为辊子直径、辊子长度、最大给料尺寸、出料粒度、生产能力、辊子速度、电机功率、设备重量、外形尺寸等。

（4）冲击式破碎机　冲击式破碎机包括反击式破碎机和锤式破碎机及立轴冲击式破碎机。

①反击式破碎机　 根据转子数目的不同，可分为单转子和双转子两种。反击式破碎机是利用高速旋转的转子上的板锤对给入破碎腔内的物料产生高速冲击而被破碎，被冲击破碎的物料沿切线方向被高速抛向破碎腔另一端的冲击板并再次受到破碎。图2-1（d）为反击式破碎机的结构示意图，电动机通过三角皮带带动转子高速转动，物料经给料口、链幕送入破碎腔，受板锤高速冲击，碎块以高速抛向第一段冲击板。在该处再次受到冲击和破碎，然后反弹到转子上，又受到板锤的冲击并抛向第二段冲击板。第二段冲击板与转子之间形成第二段破碎腔，并重复以上的破碎过程。物料最后从破碎机的下部排出机外。物料在破碎腔内，除了物料与板锤及冲击板发生冲击破碎外，高速的物料颗粒之间也相互冲击产生粉碎作用。反击式破碎机的主要技术参数为规格、进料口尺寸、最大进料尺寸、出料粒度、生产能力、电机功率、设备重量和外形尺寸等。

②锤式破碎机　锤式破碎机具有与冲击式破碎机相似的结构，根据转子的数目也可分为单转子和双转子两种；根据转子许可旋转的方向，转子只能以一个方向旋转工作的称为不可逆式，转子可以以正反两个方向旋转的称为可逆式。另外，根据结构不同，还可分为反击型锤式破碎机、立轴锤式破碎机、锤式破碎机和环锤式破碎机等。图2-1（e）所示为立轴锤式破碎机的结构示意图。电动机通过主轴带动锤子高速旋转。主轴及锤子整个部件称为转子，在转子下部设有筛板，粉碎物料中小于筛孔尺寸的粒子通过筛孔排出，大于筛孔尺寸的物料留在筛板上继续受到锤子的打击和研磨作用，直至最后通过筛板排出。

锤式破碎机主要用于各种中硬且磨蚀性弱的物料的细碎，具有破碎比大、破碎效率高、过粉碎现象少、设备体积小、重量轻、结构简单、维修方便等特点，是非金属矿常用的中碎、细碎设备，主要技术参数为转子直径、转子转速、进料口尺寸、最大进料尺寸、出料粒度、生产能力、电机功率、设备重量和外形尺寸等。

③立轴冲击式破碎机　又称立轴细破碎机，出料粒度在1～8mm之间，最细可以达到20目左右，而且分布均匀、粒形规则，具有出料粒度细小、破碎效率较高、受物料水分影响小、单位产品能耗低以及易损件少、耐用性强、维护保养方便等特点。

立轴冲击式破碎机主要由电机、液压缸、分料盘、机架、破碎腔、反击块、甩轮装置、减振器、油站、主轴、平台等组成，图2-1（f）为其外形。工作时，物料直接进入高速旋转的叶轮内，在离心力的作用下，与另一部分以伞状形式分流在叶轮四周的物料进行撞击，由此物料在叶轮和机壳中形成涡流式多次相互撞击、摩擦而粉碎，形成闭路破碎周期循环。最后，物料通过筛分控制达到所需要的成品粒度。

立轴式冲击破碎机的技术特点主要是矿石是通过矿石间的互相摩擦、磨蚀和冲击来实现物料破碎的，因此，其磨损率较低，产品污染小，特别是在破碎磨蚀性较大的物料时。破碎产物的粒度比可通过调节转子的速度来控制。

这种破碎机可应用于卵石、山石（石灰石、花岗岩、石英岩、玄武岩、辉绿岩、安山岩等）、矿石尾矿、石屑的人工制砂，建筑骨料、公路路面料、垫层料、沥青混凝土和水泥混凝土骨料的生产以及冶金、化工、矿山、水泥、磨料等行业的物料细碎。