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晶质石墨与高压辊磨机概况
晶质石墨又称鳞片石墨，是公认的价值最高的一种石墨资源，鳞片大小和固定碳含量决定了晶质石墨精矿的价值，片径在0.2mm以上、固定碳含量>98%的晶质石墨是全球公认的工业应用价值最大、用途最佳的原料。未来10年是新能源、新材料等战略性新兴产业迅猛发展时期，晶质石墨等战略性矿产需求逐步凸显。高端新能源、新材料产业的快速发展势必对原料的品质提出了更高的要求，晶质石墨分选过程的鳞片保护技术要求亟待进一步加强。
晶质石墨（图源：矿业网）
高压辊磨机，是由前西德Schonert教授于二十世纪八十年代设计，设计之初首先被应用到水泥行业，因其具有增产节能的效果，开始迅速被全球多个国家使用，如中国、美国、希腊、阿根廷、澳大利亚等；应用方面也逐渐从水泥行业向其他行业发展，如化工行业的造粒，以及球团矿增加比表面积的细磨等领域，甚至在金属矿石的破碎中也得到一些应用，如铁矿石等；同时其结构规格、辅面材料、结构设计也日趋成熟，目前高压辊磨机已形成了多种规格的系列设备，辊面直径由200mm到2800mm不等，生产能力可由每小时数吨到上千吨不等，给料粒度范围最大可达250mm，给料干湿均可。
高压辊磨机的工作原理
高压辊磨机作为一种具有功耗低、处理能力大、产品粒度均匀、设备作业率高等优点的粉碎设备，其工作时，两压辊作等速相向转动，矿料在自身重力及压辊摩擦力带动下持续进入破碎腔中，液压系统提供的压力经动辊传递至矿料、定辊，随着两辊间隙的不断缩小，两辊间压力不断增大，矿料在挤压的过程中实现粉碎。
高压辊磨机结构示意图
（图源：基于层压粉碎的晶质石墨精细分质分选技术研究，牛敏）
其工作原理是层压粉碎（颗粒群粉碎）：随辊筒间隙的不断减小，两辊间压力不断增大，物料不断被压紧、密实，当施加应力强度超过颗粒内部抗压强度，颗粒开始粉碎行为。其粉碎方式为料层粉碎或层压粉碎，德国舒纳德教授对“层压粉碎”作出这样的阐述：“物料不是在破碎工作区域或其他破碎介质之间作单颗粒的破碎或粉磨，而是作为一个料层实现粉碎。料层在高压作用下形成，压力导致矿料颗粒之间相互挤压，直至其主要部分破碎、断裂，产生裂纹或劈碎。该料层在高压作用下形成，压力导致邻近颗粒相互挤压，直至其主要部分破碎、断裂，产生裂纹或劈碎。”
层压粉碎的关键在于：在相对密闭有限的空间内，辊隙压力不断增加，促使颗粒间间隙不断减小直至颗粒之间可以互相传递应力，当应力强度超过颗粒抗压强度时，颗粒开始粉碎。
高压辊磨机在石墨碎磨中的应用研究
石墨大鳞片是一种不可再生的资源，固定碳含量越高、鳞片越大，其经济价值也越高。在目前的石墨浮选粗磨过程中缺乏对大鳞片的保护，且鳞片一旦被破坏，便无法复原，降低其经济利用价值。因此，寻找能够在磨浮过程中保护石墨大鳞片的工艺至关重要。
目前，高校、科研院所的专家、学者和生产工程技术人员等针对石墨大鳞片的保护进行研究，但多数研究集中在磨矿过程和浮选过程，这些研究在一定程度上降低了石墨大鳞片的损失，但仍旧存在着一些问题。磨矿作业在鳞片保护中起着至关重要的作用，由于脉石矿物硬度较高，磨矿中势必会对大鳞片造成破坏。合理的磨矿方式和方法不但可以解离石墨与脉石矿物，还可以降低大鳞片石墨的损失。
东北大学的研究人员发现，对晶质石墨矿石采用高压辊磨机进行粉碎，在粒度减小的过程中不但能够使矿物达到有效的解离，还能在一定程度上保护大鳞片结构。粗磨阶段采用高压辊磨机进行粉磨，浮选粗精矿分质后进行区别再磨再选，可以尽快分离出已经解离的大鳞片，避免过磨的发生，最终形成了层压粉碎-分质分级-区别再磨再选的浮选工艺流程，为保护石墨大鳞片提供了一种新的思路。
中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所的研究人员将高压辊磨机应用于石墨矿领域，其研究结果表明，高压辊磨机的晶界碎裂机理易使破碎位置发生在石墨鳞片与脉石矿物的结合面上，实现其初步解离，且层压粉碎中石墨矿物被周边脉石牢牢包围并互相挤压，物料之间基本无相对运动，避免石墨矿物片层之间的错位或滑移，能在一定程度上保护大鳞片片层结构。
上述研究人员采用高压辊磨机作为超细碎设备，分别对内蒙古、甘肃、黑龙江三个地区晶质石墨矿结合层压粉碎—分质分选新工艺进行研究，高压辊磨产品经过浮选粗扫选后，粗精矿按照可浮性、密度及粒度三因素间的协同作用分质分选得到粗粒低碳和细粒高碳两种产品，分别进行再磨再选得到最终精矿。黑龙江某石墨原矿固定碳含量为13%左右，采用该工艺可得到品位为94.50%、回收率为89.94%的石墨精矿，其中+0.147mm粒级大鳞片精矿固定碳分布率可达到31.24%，大鳞片产率得到提升。
高压辊磨机与球磨机、棒磨机的工艺对比
研究人员发现，高压辊磨和球磨磨矿产品粒度分布均朝着鳞片石墨本身结晶的尺寸范围解离，但球磨无选择冲击使部分粗粒级石墨被破碎，而高压辊磨晶界碎裂特性有助于粗粒嵌布矿物沿解理面初步解离，通常粉碎产品含有一定量细粒级，因此粒级分布范围宽。
高压辊磨超细碎产品浮选特性明显优于球磨，鳞片表面上脉石暴露明显，增大了石墨大鳞片与细鳞片之间的浮选差异性，利于再磨中脉石矿物的分离，为保护大鳞片提供更大的可能性，而且石墨原矿本身莫氏硬度低，超细碎过程中对辊筒的磨损率也处于较低的水平。因此，研究人员认为，高压辊磨机在石墨矿山将会得到更好的推广与应用。
此外，高压辊磨机与棒磨机的对比实验结果表明：2种磨矿方式的产品粒度曲线重合度较高；棒磨机的产品表面更光滑，杂质较少；高压辊磨机产品的比表面积更大，高压辊磨机产品较大的比表面积会使得在后续浮选作业中更占优势，更宜于大鳞片石墨的选别；在-0.15+0.064 mm粒级中，高压辊磨机产品中的大鳞片含量明显高于棒磨机产品。
小结
鳞片石墨的工业价值巨大，是许多高精尖产品的必备原料。然而这种石墨储量非常少，其鳞片状结构在磨矿与选别过程中易被破坏且无法再生，因此，如何优化大鳞片石墨保护工艺、提高大鳞片石墨产率和精矿质量，从而实现资源高效化利用，是目前鳞片石墨选矿的重点和难点，具有极其重要的战略意义。
参考来源：
牛敏：基于层压粉碎的晶质石墨精细分质分选技术研究，中国地质科学院
仝忠蕴等：鸡西地区晶质石墨保护大鳞片新工艺技术研究，东北大学
孙华星等：晶质石墨碎磨中鳞片保护的研究进展，中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所
李闯，等：鳞片石墨在不同磨矿方式下产品特性研究，东北大学
（中国粉体网编辑整理/平安）
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