（一）破碎和磨碎
1.破碎和磨碎的目的
矿石的破碎和磨碎过程就是矿石的粉碎过程。所谓粉碎就是大块的矿石借助于外力的作用，克服其内部分子间力而破裂，使矿块粒度逐渐缩小的过程。在选矿工艺过程中，矿石粉碎通常分为碎矿（粗粒阶段）和磨矿（细粒阶段）两大阶段。
在选矿厂，矿石的粉碎是选别作业之前必不可少的物料准备阶段。首先，选矿厂处理的矿石绝大多数都是有用矿物和脉石矿物紧密连生在一起，且常常成细粒乃至微细粒嵌布。只有将他们破散，充分解离出来，才能用现有的物理选矿方法将它们富集。其次，一切物理选矿方法都受到粒度的限制，粒度过粗（有用矿物与脉石为实现解离）或粒度过细（即过粉碎的微细粒）都不能进行有效分选。
在选矿厂各环节中，矿石粉碎又是费用最高的过程，是构成选矿厂投资和生产成本的重要部分。根据统计，矿石粉碎过程投资占选矿厂投资的60%左右，生产费用占选矿总费用的40%～60%，电耗占50%～65%，钢耗占50%以上。
为了能够把矿石中的脉石除去并把各种有用矿物相互分开，达到选别作业所要求的粒度，一方面取决于选别的方法，另一方面还取决于矿石中有用矿物的嵌布粒度。有用矿物嵌布粒度愈细，其破碎力度也应愈细。有用矿物与脉石的连生体若进入精矿，将降低精矿的质量，而进入尾矿则降低了金属回收率。因此，破碎和磨碎是矿石选别前必须进行的准备作业。
2.“解离度”和“过粉碎”
矿石的粉碎过程是矿块粒度由大变小的过程，各种有用矿物粒子正是在粒度变小的过程中解离出来的。在粉碎了的矿石中，原来连生在一起的各种矿物，有些沿着矿物在其界面上裂开，变成只含一种矿物的小粒子呈单体解离粒子，但仍有一些小矿粒还是由几种矿物连生在一起称连生粒子。所谓某矿物解离度，就是该矿物单体解离粒子的颗粒数与含该矿物的连生粒子颗粒数和该矿物的单体解离粒子数之和的比值，用百分数表示。
但是在生产实践中，并不是将矿石破碎得愈细愈好。因为第一，矿石破碎得愈细，所消耗的动力和材料就愈多，这样就会使矿石的加工费用增高。第二，将矿石破碎到超过获得满意的选别结果所必需的粒度时，就会生成大量的细泥，这种现象通常称为过粉碎。细泥是比较难选的，它会恶化选别过程，影响选别效果。因此选别前必须正确地决定破碎粒度，使其在技术上和经济上合理。
3.破碎、磨碎阶段和破碎比
在生产实践中，一般不是把矿山开采出来的大块矿石一次都破碎到选别所要求的粒度，而是分阶段进行的。破碎作业又分为粗碎、中碎和细碎，也就是人们常说的一段、二段和三段破碎。当矿石中有用矿物的嵌布粒度很细时，例如小于0.1mm以下时，通常还需要进行两段磨矿。
根据矿石粒度的大小，可以将破碎和磨碎分为以下几个阶段：
固体矿产探采选概论
上述阶段的划分是一个大致的范围，要根据具体情况而定，并不是所有的选矿厂都要分为上述几个破碎和磨碎阶段。
矿石被破碎后，粒度变小，给料中最大块的直径（D）与破碎产品最大块直径（d）的比值叫做破碎比（S）。
固体矿产探采选概论
破碎比又有总破碎比及阶段破碎比之分，总破碎比为各阶段破碎比的乘积，即∑S=S1×S2×…×Sn。如三段破碎时，若S1、S2和S3分别等于3、3.5、5，则总破碎比∑S=3×3.5×5=52.5。
在磨碎阶段也是这样，只不过磨碎比要比破碎比大得多。
4.破碎方法
目前工业上主要是利用机械力来破碎矿石，其主要方式有压碎、劈碎、击碎和磨碎4种。
（1）压碎：物料在两个工作表面之间受到缓慢增长的压力而被破碎。这种破碎方法大多用于脆性、坚硬物料的粗碎。
（2）劈碎：物料受到两个楔状物体的劈力作用被破碎。这种方式对物料的破碎最为有利。
（3）击碎：物料在瞬间受到外来的冲击力而被破碎。这种方法可以用多种方式来实现，如高速运动的零件（如锤头）打击料块，物料块之间互相冲击等。这种方法主要用于脆性物料的破碎。
（4）磨碎：物料在两个相对滑动的工作表面获各种形状的研磨体之间，受到摩擦作用被破碎成细粒。这种方法多用于小块物料的细磨。
破碎机的结构，应该保证某些破碎方法能在破碎机中实现。但在同一破碎机中，往往不是单一的方式破碎，而是以两种或两种以上的方式联合进行破碎的。当然，在不同的破碎方式联合使用时，仍有主次之分。
5.破碎筛分流程
由破碎机和筛分机组成的破碎工序叫做破碎筛分流程。目前各选矿厂的破碎筛分流程类型很多，这是由具体条件决定的。
选矿厂中常用的破碎筛分流程基本上有两段一闭路破碎流程和三段一闭路破碎流程两种，如图6-2-1和6-2-2所示。开路破碎在我国很少采用。
图6-2-1 两段一闭路破碎流程图
图6-2-2 三段一闭路破碎流程图
所谓开路破碎，即破碎产品不再返回该段破碎作业进行再次破碎。所谓闭路破碎，即破碎产品经筛分后，粒度不合格的部分（即筛上产物）又返回该段破碎作业重新进行破碎。
破碎筛分流程的选择，首先要考虑原矿石的粒度大小和矿石的硬度及嵌布粒度，还应当考虑选矿厂的生产规模。而且应当与磨矿分级流程统一起来考虑，以使所采用的流程在经济上和工艺上合理。
（二）常用的破碎设备
选矿厂所采用的破碎机种类主要取决于矿石性质，选矿厂生产能力和破碎产物的粒度等。根据作业方式和粉碎产品的粒度，粉碎设备大致分为碎矿机和磨矿机两大类。碎矿机用于粗粒粉碎阶段，一般采用颚式破碎机或旋回破碎机。中碎和细碎多使用标准型和短头型圆锥破碎机。
1.粗碎破碎机
（1）颚式破碎帆（俗称老虎口）：它是一种古老、但应用很广的破碎设备。粉碎作用是靠动颚板周期性的靠近和离开定颚板，将两颚板间的矿石块压碎（以压碎为主）并排出（靠自重下落），属间断破碎。按照动颚运动特征颚式破碎机又分为间摆式（双肘板）和复摆式（单肘板）两种。颚式破碎机应用得十分广泛，它适合于破碎坚硬或中硬矿石，特别适用于中小型选矿厂。破碎比可达3～5。
颚式破碎机的规格，用其给料口的宽度和长度来表示。例如规格为1 500mm×2 100mm的破碎机，即它的给料口宽度为1 500mm，长度为2 100mm。
目前世界上颚式破碎机的最大规格是2 100mm×3 000mm，生产能力达2 000～3 000t/h。近年来，液压技术在颚式破碎机上得到应用，出现了液压式颚式破碎机。由于液压式颚式破碎机有启动容易和保护机器部件不受损坏等优点，随着液压技术的不断发展，这种破碎机将会得到广泛使用。
（2）圆锥碎矿机：属连续碎矿设备。根据给矿和产品粒度，圆锥碎矿机又分为旋回圆锥碎矿机和中、细碎圆锥碎矿机。按照破碎强平行带B（动锥体和定锥体之间的空隙）长短又分标准型、中间型和短头型圆锥破碎机。
① 旋回圆锥破碎机：旋回圆锥破碎机具有连续碎矿和排矿的功能，故生产能力较高。破碎比可达3～5。旋回圆锥破碎机的规格用给料口的宽度表示。例如规格为900mm的旋回圆锥破碎机，即它的给料口宽度为900mm。
颚式破碎机与旋回圆锥破碎机相比较，颚式破碎机的优点是：构造简单，价格便宜，便于修理和运输，破碎潮湿矿石及含粘土较多，矿石不易堵塞。缺点是间断破碎，因此生产能力较低，产品粒度不均匀。
旋回圆锥破碎机的优点是：工作连续，生产能力大，产品粒度较均匀，可以在任一方向给料。缺点是设备构造比较复杂，基本建设投资多，机体比颚式破碎机高。因此，选矿厂规模较大，而且矿石坚硬，则以使用旋回圆锥破碎机为合适；选矿厂规模较小，则以使用颚式破碎机较好。
② 中、细碎圆锥破碎机（俗称圆磨）：中、细碎圆锥破碎机的工作原理基本与旋回圆锥破碎机相同，但结构上有些区别，主要区别是：
a.旋回圆锥破碎机的可动锥体形状是急倾斜的，是正立的截头圆锥，而固定锥体为倒立的截头圆锥。两锥体之间所形成的环形空间，向上逐渐扩大，这样形状的工作空间，便于加入大块物料；中、细碎圆锥破碎机的可动锥体形状是缓倾斜的，可动锥体与固定锥体都是正立的截头圆锥，在排矿口附近，可动锥体和固定锥体的表面几乎平行，形成一个平行带。这样形状的工作空间便于加入细粒物料，并能得到粒度比较均匀的破碎产物。
b.旋回圆锥破碎机的可动锥体悬挂在机体的臂架上，中、细碎圆锥破碎机的可动锥体则支撑在机体中部的球面轴承上。
c.旋回圆锥破碎机采用干式防尘装置，中、细碎圆锥破碎机则采用水封防尘装置。
中碎圆锥破碎机又叫做标准型圆锥破碎机。细碎圆锥破碎机又叫做短头型圆锥破碎机。标准型圆锥破碎机外形比较高大，两锥体间的平行带较短。短头型圆锥破碎机则体形较矮，两锥体间平行带较长。除此之外，两者在构造上大体一致。
标准型和短头型圆锥破碎机的规格，均用可动锥体底部直径表示。如规格为2 200mm的标准型或短头型圆锥破碎机，即它的可动锥体底部直径为2 200mm。
鉴于目前广泛使用的旋回圆锥破碎机、标准型和短头型圆锥破碎机，都存在着排矿口调整比较困难和保险装置可靠性较差等缺点。随着我国经济建设的发展，为了提高破碎设备的破碎效率，除了对原有设备结构进行改进以外，尚需不断地研制新结构的设备。国内近年来破碎设备方面的主要进展，就是液压技术的应用，设计和生产了液压颚式破碎机、液压旋回圆锥破碎机，以及中、细碎液压圆锥破碎机。
（3）冲击式碎矿机：它是利用冲击力“自由”破碎原理来粉碎矿石的，矿石在碎矿机中受到打击板（板锤）和反击板的冲击和矿石之间的多次相互撞击的复杂作用而粉碎。这种碎矿机破碎比大，效率高，过粉碎少，是一种很有发展前途的碎矿设备。
（4）辊式碎矿机：矿石从上部给入两个相向旋转的圆辊（光面或非光面）间，靠物料与辊面摩擦力被卷入破碎腔被棍子压碎，已碎的矿石靠重力从两辊间的间隙处排出。主要用于中硬和脆性物料的中、细碎。
（三）筛分
1.筛分的意义
筛分是将物料按粒度分成两种或多种级别的作业。
用单层筛面的筛子进行筛分时，得到两种产物（即两个级别），通过筛孔的物料称为筛下产物，通常以负号（-）表示；留在筛面上的物料称为筛上产物，通常以正号（+）表示。如用筛孔为15mm的筛子筛分物料，筛上产物的粒度用+15mm表示，筛下产物的粒度用-15mm表示。如果筛子有两层以上的筛面，如有n层筛面，筛分之后，就可得到n+1个级别。
在选矿厂中，筛分多半是与破碎作业相配合。在矿石进入破碎机之前，用以预先分出对这段破碎而言，粒度已经符合要求的合格产物，这种筛分方式通常称为预先筛分。它既能防止物料的过粉碎，又可提高破碎机的生产率。当矿石含水份高或粉矿较多时，还可避免破碎机被堵塞。在矿石经过破碎机之后，用以检查破碎产物的粒度，使粒度不合格的过大块返回破碎作业再次进行破碎，这种筛分方式通常称为检查筛分。它可以充分发挥破碎机的能力。
评价一台筛分机性能的好坏，通常用生产率（台时产量）和筛分效率的大小来衡量。所谓筛分效率是指实际的筛下产物重量与原物料中小于筛孔的物料重量的比值，通常用百分数表示。筛分机的生产率愈大，筛分效率愈高，其性能也愈好。
2.筛分机
目前国内绝大多数选矿厂都采用惯性振动筛。筛分机在安装时，一般与水平成10°～20°的倾角，所以物料可以借助于本身的重力作用由排矿端排出。
惯性振动筛适用于筛分中、细粒物料，它的筛分效率高，单位筛分面积的生产率也较高。提高筛分效率的途径可从如下几个方面入手：
（1）采用新型大规格筛子：大型圆振动筛增加了振动力和振幅，使筛板对物料的冲击应力和剪切应力增大以克服矿粒之间的粘着力，也减少了筛面的堵塞，使被晒物料快速完成松散、分层和透筛。由于筛子作业条件的改善，提高了筛分效率。
（2）增加筛分面积：筛分实践证明，减少单位筛面上物料可改善筛分效率。当筛面上实际物料为筛子能力的约80%时，筛子筛分效果最高。当用筛子作分级设备时，由于细粒级多，应保证有足够筛分面积和适当加长筛面，使长宽比在2：1以上有利于提高筛分效率。
（3）采用合理的倾角：控制物料在筛面上的流动速度。一般讲，倾角大筛面上物料运动速度快、生产能力大，但效率低。要获得较高筛分效率，物料在筛面上运动速度一般控制在0.6m/s以下，故筛面要保持15°左右的倾角。
（4）采用等厚筛分法：随着筛分过程进行，筛面上物料厚度从给料端到排料端逐渐变薄，造成筛面利用率先紧后松的不合理供料现象，为此可采用不同角度的折线型筛面，以控制物料在筛面各段有不同的运动速度，使矿流坡式向前流动，从而提高难筛粒子在排出端的透筛机会。
（5）采用扩大筛孔的多层筛：普通单层筛给料中“难筛粒子”和“阻碍粒子”（大于筛孔粒子）几乎全部从给料端运动到排料端，从而影响了中、细粒物料的分层与透筛。采用从下层到上层筛孔逐渐加大、筛面倾角逐渐减小的多层筛，即对不同粒度的物料用不同倾角和筛孔的筛面，在上层、中层、下层筛面上分别完成物料松散、分层、预筛分和细粒筛分作用，克服筛孔的堵塞，提高筛分效率。
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