第2章　非金屬礦共性加工技術

2.1　破碎與篩分

2.1.1　破碎

破碎是將原礦石破碎至滿足磨礦、選礦或應用要求的粒度（一般是1～100mm）的粉碎技術。相應的設備為破碎機。

除特殊情況外，破碎通常是分階段進行的。這是因為在多數情況下現有的破碎設備不能一次就將大塊原礦破碎至要求的細度。具體選擇破碎段數要依原礦性質、原礦塊度、產品粒度及設備類型而定。物料每經過一次破碎機，稱為一個破碎段。對于每一個破碎作業，定義破碎前后（即給料與產物）的粒度之比為該段破碎作業的破碎比，它反映了經過破碎機粉碎后，原礦或原料粒度減小的程度。各段破碎或粉碎作業的破碎比或粉碎比的乘積為該破碎或粉碎工藝流程的總破碎比。

根據破碎設備的形式和施力特點，常用的破碎設備可分為顎式破碎機、圓錐破碎機、輥式破碎機、反擊式破碎機、錘式破碎機、立軸沖擊式破碎機等。這些設備的類型、性能特點和應用列于表2-1。各類設備各有其特點，在實際中如何選擇使用，有賴于對各種設備的結構、原理、工作特點和應用特性的了解。圖2-1所示為非金屬礦工業常用的破碎設備的結構示意圖。其結構和工作原理簡述如下：

（1）顎式破碎機　顎式破碎機通常由一個定顎和一個動顎組成破碎腔，根據動顎的運動軌跡和特點，顎式破碎機可分為簡擺式（雙肘板或雙推力板機構）和復擺式（單肘板單推力板機構）兩種。如圖2-1（a）所示，復擺式顎式破碎機主要由機架、固定顎板、活動顎板、偏心軸、肘板、調整座等組成。進入破碎腔之間的物料在動顎向定顎運動的擠壓作用下被破碎，破碎后的物料又在動顎離開定顎后從破碎腔下部排出。動顎每一個擺動周期，物料受到一次擠壓作用并向下排送一段距離。物料從給入破碎腔開始，通常受到多次壓碎作用后排出機外。顎式破碎機的主要技術參數為進料口尺寸、最大進料粒度、排料口調整范圍、偏心軸轉速、處理能力、電機功率、設備重量等。

（2）圓錐破碎機　圓錐破碎機按其使用的粒度范圍可分為粗碎、中碎和細碎三種。粗碎圓錐破碎機又稱旋回破碎機，是大型礦山破碎堅硬物料的典型設備，但目前在非金屬礦山很少應用；中碎和細碎圓錐破碎機又稱為菌形圓錐破碎機。

由于破碎錐的運動是旋回擺動，因而在圓錐破碎機中物料的破碎是連續進行的。這一點與顎式破碎機不同。中、細碎圓錐破碎機根據排礦口調整置和保險方式的不同，分為彈簧圓錐破碎機和液壓圓錐破碎機。其結構示意和外形見圖2-1（b）。

根據中碎、細碎圓錐破碎機破碎腔的形式不同，又可分為標準型（中碎用）、中間型（中碎、細碎用）和短頭型（細碎用）三種，其中以標準型和短頭型應用最為廣泛。它們的主要區別在于破碎腔剖面形狀和平行帶長度的不同，標準型最短，短頭型最長。平行帶越長，破碎產品粒度越均勻。

圓錐破碎機的產品粒度一般在10mm左右，特殊要求也可達3～5mm以下，如慣性圓錐破碎機。圓錐破碎機的主要技術參數為破碎錐直徑、最大給料尺寸、排料口寬度、處理能力、主軸擺動次數、電機功率、設備重量和外形尺寸等。

（3）輥式破碎機　輥式破碎機構造簡單。根據輥子的數目可分為單輥、雙輥、三輥和四輥四種。最常見的為雙輥，也稱對輥破碎機。圖2-1（c）是雙輥式破碎機的結構示意圖。

雙輥式破碎機由兩個圓柱形輥筒作為主要的工作機構。工作時，電動機通過三角皮帶（或齒輪減速裝置）和一對長齒齒輪，帶動兩個破碎輥作相向的旋轉運動，由于物料和輥子之間的摩擦作用，將給入輥子上方的物料卷入兩輥所形成的破碎腔內而被壓碎。破碎的產品在重力的作用下，從兩個輥子之間的間隙處排出。輥式破碎機的主要技術參數為輥子直徑、輥子長度、最大給料尺寸、出料粒度、生產能力、輥子速度、電機功率、設備重量、外形尺寸等。

（4）沖擊式破碎機　沖擊式破碎機包括反擊式破碎機和錘式破碎機及立軸沖擊式破碎機。

①反擊式破碎機　 根據轉子數目的不同，可分為單轉子和雙轉子兩種。反擊式破碎機是利用高速旋轉的轉子上的板錘對給入破碎腔內的物料產生高速沖擊而被破碎，被沖擊破碎的物料沿切線方向被高速拋向破碎腔另一端的沖擊板并再次受到破碎。圖2-1（d）為反擊式破碎機的結構示意圖，電動機通過三角皮帶帶動轉子高速轉動，物料經給料口、鏈幕送入破碎腔，受板錘高速沖擊，碎塊以高速拋向第一段沖擊板。在該處再次受到沖擊和破碎，然后反彈到轉子上，又受到板錘的沖擊并拋向第二段沖擊板。第二段沖擊板與轉子之間形成第二段破碎腔，并重復以上的破碎過程。物料最后從破碎機的下部排出機外。物料在破碎腔內，除了物料與板錘及沖擊板發生沖擊破碎外，高速的物料顆粒之間也相互沖擊產生粉碎作用。反擊式破碎機的主要技術參數為規格、進料口尺寸、最大進料尺寸、出料粒度、生產能力、電機功率、設備重量和外形尺寸等。

②錘式破碎機　錘式破碎機具有與沖擊式破碎機相似的結構，根據轉子的數目也可分為單轉子和雙轉子兩種；根據轉子許可旋轉的方向，轉子只能以一個方向旋轉工作的稱為不可逆式，轉子可以以正反兩個方向旋轉的稱為可逆式。另外，根據結構不同，還可分為反擊型錘式破碎機、立軸錘式破碎機、錘式破碎機和環錘式破碎機等。圖2-1（e）所示為立軸錘式破碎機的結構示意圖。電動機通過主軸帶動錘子高速旋轉。主軸及錘子整個部件稱為轉子，在轉子下部設有篩板，粉碎物料中小于篩孔尺寸的粒子通過篩孔排出，大于篩孔尺寸的物料留在篩板上繼續受到錘子的打擊和研磨作用，直至最后通過篩板排出。

錘式破碎機主要用于各種中硬且磨蝕性弱的物料的細碎，具有破碎比大、破碎效率高、過粉碎現象少、設備體積小、重量輕、結構簡單、維修方便等特點，是非金屬礦常用的中碎、細碎設備，主要技術參數為轉子直徑、轉子轉速、進料口尺寸、最大進料尺寸、出料粒度、生產能力、電機功率、設備重量和外形尺寸等。

③立軸沖擊式破碎機　又稱立軸細破碎機，出料粒度在1～8mm之間，最細可以達到20目左右，而且分布均勻、粒形規則，具有出料粒度細小、破碎效率較高、受物料水分影響小、單位產品能耗低以及易損件少、耐用性強、維護保養方便等特點。

立軸沖擊式破碎機主要由電機、液壓缸、分料盤、機架、破碎腔、反擊塊、甩輪裝置、減振器、油站、主軸、平臺等組成，圖2-1（f）為其外形。工作時，物料直接進入高速旋轉的葉輪內，在離心力的作用下，與另一部分以傘狀形式分流在葉輪四周的物料進行撞擊，由此物料在葉輪和機殼中形成渦流式多次相互撞擊、摩擦而粉碎，形成閉路破碎周期循環。最后，物料通過篩分控制達到所需要的成品粒度。

立軸式沖擊破碎機的技術特點主要是礦石是通過礦石間的互相摩擦、磨蝕和沖擊來實現物料破碎的，因此，其磨損率較低，產品污染小，特別是在破碎磨蝕性較大的物料時。破碎產物的粒度比可通過調節轉子的速度來控制。

這種破碎機可應用于卵石、山石（石灰石、花崗巖、石英巖、玄武巖、輝綠巖、安山巖等）、礦石尾礦、石屑的人工制砂，建筑骨料、公路路面料、墊層料、瀝青混凝土和水泥混凝土骨料的生產以及冶金、化工、礦山、水泥、磨料等行業的物料細碎。