矿物加工厂中的粉碎流程是资本密集型、运营密集型和能源密集型的过程，占全球能源消耗的1%以上，电力消耗的80%以及矿山运营成本的10%以上[1]。大多数粉碎流程需要研磨介质和水来帮助提取有价值的矿物，这进一步增加了10-20%的运营成本和碳足迹[2]。
滚筒磨机（如自磨（AG）、半自磨（SAG）和球磨机）利用装有矿石物料的旋转钢筒（主要包含研磨介质和水）的作用，使颗粒达到目标粒度[3]。然而，滚筒磨机及其磨损过程并不能高效地将能量传递到颗粒破碎过程中[4]，由于进料质量和产量的变化，产品品质也会波动，从而影响下游工艺[5]。自19世纪末以来，滚筒磨机的设计几乎没有显著变化，其主要改进在于逐步增大设备尺寸、改进衬板和磨机排料控制[6]。
国际能源署[7]建议在整个矿物产业链中推广技术创新，并指出未来的采矿作业需要能够经济有效地处理日益复杂、品位较低的矿体、开发周期较短且位于偏远地区的矿石的粉碎技术。未来矿体的处理还可能受到水资源限制，因此采矿行业正在研究将干粉碎技术整合到采矿工艺流程中，以减少能源、水资源和研磨介质的消耗[4]。
干粉碎由于矿石颗粒的结构缺陷和表面粗糙度，可能会提高矿物的解离度，并延缓某些有利于下游工艺的化学反应，从而提高矿石回收率[8]。然而，总体而言，滚筒磨机中的干粉碎方法比湿法方法多消耗10-50%的能源，并且粒度减小比例低20-50%[8]。
高压辊磨机（HPGR）和立式辊磨机（VRM）是最初为水泥行业开发的干粉碎技术，现在正逐渐应用于采矿行业。HPGR技术已在多个矿物加工流程中得到研究并得到应用，取代或补充了滚筒磨机，显示出能源、成本和研磨介质消耗的减少[9],[10],[11],[12],[13],[14],[15],[16]。VRM也在几种未来的矿物加工流程中得到考虑，适用于磁铁矿[17]以及铜和镍硫化物矿[18],[19]。
鲍威尔（Powell）等人[5]认为，未来采用可变产量和可再生能源的矿物加工厂将需要替代传统磨机的方案，以产生适合早期脉石剔除的干式、粗粒产品，且具有狭窄的粒度分布。尽管HPGR和VRM技术可以生产干式粗粒产品，但其高昂的资本和运营成本仍促使人们开发替代的粉碎技术和创新的流程设计[4]。
GRolls?技术是一种新型粉碎技术，旨在将粉碎能力扩展到常规粉碎流程通常能够实现的粒度范围。该技术结合了传统粉碎机和高压辊磨机（HPGR）的关键特性，能够直接从粗粒原料生产细粒产品。通过在充满颗粒的床层中同时施加脉冲压缩、拉伸和剪切应力来实现破碎。与主要依赖静态压缩力的HPGR系统不同，GRolls?在颗粒床层中引入了动态脉冲压缩和冲击荷载。在运行过程中，驱动辊将物料吸入粉碎腔，然后旋转辊对颗粒床层进行高频冲击，最终排出破碎后的颗粒（图1）。在这种配置中，驱动辊作为主要驱动元件，其工作方式类似于HPGR系统中用于调节进料速率的可变辊速控制[20]。
德雷克斯勒（Drechsler）和斯金纳（Skinner）[21]展示了GRolls?技术的商业化路径和之前的实验室测试结果，这些结果表明，如果采矿行业采用该技术，可能会在干式和湿式矿物加工流程中带来潜在的好处，如降低能源和水资源消耗、消除对研磨介质的需求以及提高下游工艺的矿物回收率。
本研究通过针对代表性矿石的广泛实验室测试，评估了GRolls?粉碎技术在矿物加工中的性能优势。这项工作是正在进行的研发计划的一部分，旨在探索处理粗颗粒的新技术和早期脉石剔除策略[22]。测试结果为对比GRolls?与其他现有技术提供了关键的实验数据，以及评估其在未来节能和节水矿物加工流程中的潜在作用[23],[24],[25],[26]。
本文使用实验室规模的GRolls400设备，研究了三种代表性矿石的粒度减小和能源性能。同时还在使用GRolls400设备和磨损磨机进行补充测试，以评估颗粒破碎特性和矿物解离行为。测试结果揭示了GRolls?粉碎技术在下游工艺中的潜在优势，包括矿物回收率和早期脉石剔除策略。
和两种磁铁矿）进行了实验室规模测试，测试涵盖了不同的进料尺寸、操作配置和湿度条件。无论是在干式还是湿式条件下，该粉碎技术都能产生粒度在75微米至425微米之间的均匀产品，表现出稳定的性能。这些结果表明，GRolls?粉碎技术可以实现高效的早期脉石剔除，并减少对高能耗湿式粉碎流程的依赖。这种方法为在水资源和能源受限的环境中处理复杂矿石提供了潜在途径。
