物料破碎的產(chǎn)品粒度大約為1mm~5mm，即使用外力使大塊物料破裂為小塊。其主要目的是為后步工序提供粒度合乎工藝要求的原料以及便儲(chǔ)存和運(yùn)輸。在工業(yè)生產(chǎn)中破碎均采用破碎機(jī)進(jìn)行。破碎產(chǎn)品的上限粒度不小于3mm~5mm，實(shí)驗(yàn)室加工的試料可達(dá)1mm。破碎是選礦、選煤、冶金、建筑、筑路、水泥、氧化鋁、非金屬礦物加工和火力發(fā)電等工業(yè)部門的一項(xiàng)重要作業(yè)。在選礦廠和水泥廠，粉碎車間的投資和生產(chǎn)費(fèi)用所占比重很大，例如選礦廠破碎與磨碎車間的投資，約占全廠投資的60%，其生產(chǎn)費(fèi)用占全廠生產(chǎn)費(fèi)用的40%。因此，降低破碎能耗，提高破碎效率，意義十分重大。

破碎的原理

破碎過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物料塊尺寸變化過(guò)程，與許多因素有關(guān)。主要影響因素有：物料的抗力強(qiáng)度、硬度、韌性、形狀、尺寸、濕度、溫度、密度和均質(zhì)性，以及外部條件如物料塊群在破碎瞬間相互作用及分布狀態(tài)等。上述因素都導(dǎo)致了破碎過(guò)程的復(fù)雜化，因而至今尚未得出統(tǒng)一而完整的理論來(lái)闡述并指導(dǎo)破碎實(shí)踐。破碎必須是在外力對(duì)物料作功，克服其質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)聚力時(shí)才能發(fā)生。內(nèi)聚力的大小對(duì)同一種物料也是十分懸殊的，內(nèi)聚力可分為兩類：一類是晶體內(nèi)部的各質(zhì)點(diǎn)之間的力，另一類是晶體與晶體之間的力。兩者具有相同的物理性質(zhì)，但數(shù)值不同，第一類內(nèi)聚力比第二類內(nèi)聚力大很多倍。內(nèi)聚力的大小，取決于物料塊中晶體本身的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，也與結(jié)構(gòu)中存在的缺陷有關(guān)。這些缺陷可能是宏觀和微觀的損傷性裂縫，它使晶體間的聯(lián)系變?nèi)趿?。根?jù)晶體的構(gòu)造和質(zhì)點(diǎn)間作用力的性質(zhì)，能從理論上計(jì)算晶體內(nèi)的內(nèi)聚力；至于晶體間內(nèi)聚力的大小，以及所有降低物料堅(jiān)固性的因素所引起的影響，尚不能精確地計(jì)算。物料塊在因受外力作用而破碎之前，首先產(chǎn)生彈性變形，當(dāng)變形達(dá)到一定值時(shí)，物料的缺陷處重新彌合，并發(fā)生硬化和應(yīng)力增大，外力繼續(xù)作用時(shí)變形也繼續(xù)，直至沿著最脆弱面斷裂開(kāi)。觀察破壞斷面可知，物料或是被與之垂直的應(yīng)力壓裂（或拉裂），或是在應(yīng)力作用下產(chǎn)生滑移，或是在兩者共同作用下斷裂。

破碎方式及過(guò)程

破碎方式分機(jī)械破碎和非機(jī)械破碎兩類。機(jī)械破碎按外力作用方式分為：擠壓破碎、沖擊破碎、研磨破碎、劈裂破碎和彎曲破碎（見(jiàn)圖1-1）。非機(jī)械破碎有：爆炸破碎、水力破碎、超聲破碎（即利用超聲高頻振蕩的沖擊力使物料破碎）、熱裂破碎（即將物料加熱，改變其周圍壓力而使之破碎）、高頻電磁波破碎（即用高頻或超頻電磁波（3000MHz以上）使物料表面受高熱，產(chǎn)生巨大張力而破碎）、水電效應(yīng)破碎（利用離子性液體對(duì)物料產(chǎn)生短暫脈沖高壓放電作用使之破碎）等。無(wú)論采用哪種破碎方法，物料受外力作用時(shí)，總是沿著其最脆弱面產(chǎn)生應(yīng)力集中而發(fā)生破裂。破碎后，新生成的碎料塊上，原有的脆弱面減少或消失了，同時(shí)又形成了更加微小的新的脆弱面。隨著物料粒度的減小，損傷相對(duì)減少，物料變得更加堅(jiān)固。因此，破碎較小的物料，需用較大的能量消耗，即磨碎1t物料的能耗大于破碎1t物料的能耗。用某一種物料的破碎、磨碎指數(shù)計(jì)算粒度變化和能耗關(guān)系，繪制如圖1-2所示曲線，可以確定該物料的合理的破碎產(chǎn)品粒度，使破碎和磨碎的綜合能耗大幅度降低。

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中國(guó)學(xué)者于1985年提出了降低破碎產(chǎn)品粒度，提高球磨機(jī)處理能力，降低磨碎作業(yè)能耗的多碎少磨的學(xué)術(shù)思想。這一思想經(jīng)歷了20多年的能源危機(jī)之后，已被世界公認(rèn)和提倡，形成了“多碎少磨”節(jié)能型破碎工藝。圖1-2所示的確定磨機(jī)合理給料粒度的方法可視為“多碎少磨”工藝的理論依據(jù)。實(shí)際生產(chǎn)中，物料群在破碎設(shè)備中的破碎與單個(gè)顆粒的破碎不同，它雖以單個(gè)顆粒的破碎為基礎(chǔ)，但反映的是力對(duì)物料群體破碎的總情況，由于各個(gè)顆粒在破碎過(guò)程中所處的狀態(tài)不同，只能近似地對(duì)群體破碎的總狀態(tài)進(jìn)行定性和半定量分析。從宏觀上看，破碎過(guò)程是顆粒群的物料粒度組成的逐步變化過(guò)程，即由較粗的顆粒組成，變成較細(xì)的顆粒組成的過(guò)程。變化的程度，取決于破碎加工的強(qiáng)度和頻率（見(jiàn)圖1-3）。

破碎過(guò)程中，物料的粒度變化還可用圖1-4來(lái)說(shuō)明。在破碎過(guò)程中，每一物料塊可能碎成產(chǎn)品中的各個(gè)粒級(jí)，并不是逐次地被破碎，當(dāng)然，也有可能未被破碎而進(jìn)入產(chǎn)品中。

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1-4

破碎模型

破碎產(chǎn)品包含粗粒和微粉兩部分。粗粒部分稱為過(guò)渡成分，微粉部分稱為穩(wěn)定成分。由此可以推論固體顆粒的破碎過(guò)程不是連續(xù)單一的一種破碎形式，而是兩種以上不同破碎形式的組合。德國(guó)人提出了破碎時(shí)的三種破碎模型，如圖1-5所示。

體積破碎模型是指整個(gè)顆粒都受到破壞（破碎），生成物大多為粒度大的中間顆粒，隨著破碎的進(jìn)行，這些中間粒徑的顆粒依次被破碎成具有一定粒度分布的小粒徑顆粒，其后逐漸積蓄成微粉成分（即穩(wěn)定成分）。表面破碎模型是指僅在顆粒的表面產(chǎn)生破壞，從顆粒表面不斷剝下微粉成分，破壞不涉及顆粒的內(nèi)部。均一破碎模型是指加于顆粒的力，使顆粒產(chǎn)生分散性的破壞，直接破碎成微粉成分。三種模型中均。一破碎模型僅在結(jié)合極不緊密的顆粒集合體如藥片之類中出現(xiàn)，實(shí)際的破碎是（a）、（b）兩種模型的疊加。（b）模型構(gòu)成穩(wěn)定成分，（a）模型構(gòu)成過(guò)渡成分。（a）模型與破碎構(gòu)造和參數(shù)有關(guān)，（b）模型與被破碎物料的物理性質(zhì)有關(guān)。通常又將體積碎看做沖擊破碎，表面破碎看做摩擦破碎。

破碎流程

破碎作業(yè)常與篩分作業(yè)聯(lián)合進(jìn)行。在待破碎的給料中常含有一些小于破碎階段要求達(dá)到的粒度的物料。給人破碎機(jī)前有時(shí)先進(jìn)行一次篩分，預(yù)先將它們篩出。破碎后的產(chǎn)品中常含有一些過(guò)大顆粒的物料，對(duì)此也常用篩子分出進(jìn)行再破碎。稱為檢查篩分。因此，破碎機(jī)常與各種類型的篩子構(gòu)成開(kāi)路或閉路系統(tǒng)工作。閉路系統(tǒng)破碎產(chǎn)品粒度由檢查篩分尺寸控制，而開(kāi)路破碎系統(tǒng)的產(chǎn)品中常含有大于規(guī)定粒度的過(guò)大顆粒。在破碎和篩分作業(yè)過(guò)程中，由粗碎、中碎、細(xì)碎或超細(xì)碎組成的工藝過(guò)程叫破碎篩分流程，通常簡(jiǎn)稱為破碎流程。選礦廠的破碎流程多種多樣，共同的特點(diǎn)是：

1.破碎分段進(jìn)行。

2.破碎機(jī)通常與篩子配合使用。

3.以破碎段為破碎流程的基本單元，通常分為粗碎段、中段段、細(xì)碎段，它們又分別稱為第一段破碎、第二段破碎、第三段破碎和第四段破碎。各破碎段都應(yīng)選用相應(yīng)的破碎與篩分設(shè)備。第四段破碎（超細(xì)碎段）的設(shè)置多是為了獲得小于8mm的破碎產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)多碎少磨的節(jié)能工藝。各種石料破碎生產(chǎn)線基本流程的差別只是破碎段數(shù)、篩子的配置位置和作用以及采用設(shè)備的不同。常見(jiàn)的破碎流程有兩段破碎流程、三段破碎流程和帶洗礦作業(yè)的破碎流程；一段破碎流程只有在采用自磨機(jī)和半自磨機(jī)，以及在露天或井下礦山為便于運(yùn)輸時(shí)才使用。圖1-6為了選礦廠常見(jiàn)的破碎工藝流程。

兩段破碎流程又分兩段開(kāi)路和兩段閉路兩種。適用于井下開(kāi)采的小型選礦廠，原礦粒度為)200mm~400mm，產(chǎn)品粒度為12mm~30mm。若第一段破碎機(jī)生產(chǎn)能力有較大富余，第一段可不設(shè)預(yù)先篩分，即采用第一段不設(shè)預(yù)先篩分的兩段閉路破碎流程。兩段開(kāi)路破碎流程只在某些重選廠，或小型選礦廠把破碎產(chǎn)物直接送到棒磨機(jī)進(jìn)行磨礦時(shí)才采用。三段破碎流程的基本形式有三段開(kāi)路和三段閉路兩種。

三段閉路破碎流程，作為磨礦的準(zhǔn)備作業(yè)，只要原礦含泥不高，都能適應(yīng)，在各種不同規(guī)模的選礦廠獲得了較廣泛的應(yīng)用。三段開(kāi)路破碎流程所得破碎產(chǎn)物較粗，但可以簡(jiǎn)化破碎車間的設(shè)備配置，節(jié)省基建費(fèi)用。因此，當(dāng)磨礦的給料粒度要求不嚴(yán)和磨礦段的粗磨采用棒磨時(shí)，以及處理含水分不高的泥質(zhì)礦石和受地形限制等情況下，可采用該流程。

當(dāng)原礦含泥量，會(huì)惡化破碎過(guò)程的生產(chǎn)條件，此時(shí)應(yīng)采用帶洗礦作業(yè)的破碎流程。洗礦作業(yè)一般設(shè)在粗碎前后。由于原礦性質(zhì)不同，洗礦的方式和細(xì)泥的處理方式也不同，因而流程多樣。

破碎比

破碎比是原物料粒度與破碎產(chǎn)物粒度的比值。它是衡量破碎機(jī)、磨礦機(jī)在破碎和磨碎過(guò)程中功率消耗的指標(biāo)。計(jì)算破碎比（i）的常用方法有三種：

(1)用物料在破碎前的比較大粒度Dmax與破碎后的比較大粒度d_max的比值來(lái)確定，即：

i=Dmax/d_max

物料的比較大塊直徑在中國(guó)和蘇聯(lián)取物料的百分之九十五能通過(guò)篩孔寬度，英、美等國(guó)取物料的百分之八十能通過(guò)的篩孔寬度，選礦廠設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中使用后者。

(2)用碎礦機(jī)給礦口的有效寬度（B）和排礦口寬度（S）的比值來(lái)確定，即：i=0.85B/S生產(chǎn)中常用這種表示方法評(píng)估和選擇破碎機(jī)。

(3)用破碎前物料的平均直徑D_平均與破碎后物料的平均直徑D_平均的比值來(lái)確定，即：i=D_平均/d_平均

用這種方法算得的破碎比，能較真實(shí)地反映破碎程度，因而常在理論研究以及評(píng)估細(xì)碎和磨碎作用中采用。

由于采礦開(kāi)采出的礦石塊度很大，而入選粒度一般都很細(xì)，為了保證所需的高破碎比，通常是把適合處理各種粒度的碎礦機(jī)和磨礦機(jī)依次串聯(lián)，構(gòu)成破碎和磨礦流程。在流程中，形成了各個(gè)破碎段和磨碎段。整個(gè)破碎和磨碎流程的破碎比叫總破碎比(i)，各段的破碎比(i1,i2,i3……)叫分破碎比，設(shè)D_max最原礦比較大塊直徑，d_max是破碎最終產(chǎn)物里的比較大粒直徑，d₁，d₂……，D_n是第一段，第二段，至第n段破碎產(chǎn)物中的比較大粒直徑。

破碎段

待破碎的物料，例如露天開(kāi)采的礦石，其比較大塊尺寸可達(dá)1500mm。假定要將其粉碎至0.1mm以下，則破碎比高達(dá)15000。目前尚不能用一臺(tái)粉碎設(shè)備來(lái)達(dá)到如此大的破碎比，通常是將適合處理各種粒度物料的破碎機(jī)和磨礦機(jī)依次串聯(lián)，組成破碎和磨礦流程，來(lái)完成這一任務(wù)，于是，形成分階段粉碎，每經(jīng)過(guò)一臺(tái)粉碎設(shè)備，物料粒度減小一次，稱為“一段”。根據(jù)處理的物料的粒度，破碎與磨碎的階段劃分如表1-1所示。整個(gè)流程的破碎比是各段破碎比的連乘積。

通常，中型和大型選礦廠采用三段或四段破碎；小型選礦廠只采用兩段破碎。三段破碎分為粗碎段、中碎段和細(xì)碎段。粗碎段給料粒度為300mm～1500mm，產(chǎn)物粒度為100mm～3500mm；中碎段給料粒度為19mm～150mm，產(chǎn)物粒度為4.8mm~30mm；細(xì)碎段給料粒度為19mm~150mm，產(chǎn)物粒度為4.8~3.mm。這種劃分主要適用于顎式破碎機(jī)、旋回破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)和輥式破碎機(jī)等。而某些破碎機(jī)，如反擊式破碎機(jī)和錘式破碎機(jī)，能將1000mm的大塊物料一次破碎至0.044mm以下；自磨機(jī)能將600mm的大塊物料一次粉碎至0.044mm以下，即一臺(tái)設(shè)備兼有粗、中、細(xì)碎或粗、中、細(xì)碎及磨碎的功能。