磁铁矿分选设备研究现状与发展趋势.pdf

8 0 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第2 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 9 4 9 2 ．2 0 1 9 ．0 2 ．0 1 6 磁铁矿分选设备研究现状与发展趋势 樊盼盼，乔笑笑，刘安，董连平，杨宏丽，刘翼洲，樊民强 太原理工大学矿业工程学院，太原0 3 0 0 2 4 摘要针对目前复杂难选磁铁矿资源开发利用现状，提出关键分选设备的研发与改进是铁矿选矿工艺发展重点之一。以 主要分选作用力场结合方式对磁铁矿分选设备进行了分类，概述了磁选、重选、浮选等单力场分选设备及由以上经典分选力场复 合而成的复合力场分选设备结构特点、分选原理及其现场应用情况。研究表明重选能耗低，无污染，处理量大，但分选粒度较 粗，分选效果偏低；浮选下限低，但药剂制度复杂，成本较高，且难以满足日益提高的环保要求；磁选对磁性矿物虽更具针对性，但 磁性夹杂易导致磁精矿品位偏低。提出了复合力场分选设备作为一种高效节能的选矿设备，具有重选、浮选、磁选等多种选矿方 法的优点，提高了设备分选效率、处理量、选择性以及对粒级的适应性等。展望了具有重一磁一浮多重功能的新型多力场复合分 选设备将成为未来主要研究方向，替代现有复合力场选别设备成为必然趋势，具有广阔的研究与应用前景。 关键词磁铁矿；复合力场；分选设备；分选效果；研究进展 中图分类号T D 4 5 7文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 9 0 2 0 0 8 0 0 4 R e s e a r c hS t a t u sa n dD e v e l o p m e n tT r e n do fM a g n e t i t eS e p a r a t i o nE q u i p m e n t F A N P a n p a n ，Q I A OX i a o x i a o ，L J 己，A 以，D O N GL i a n p i n g ，Y A N GH o n g l i ，L J UY i z h o u ，F A NM i n q i a n g C o l l e g eo fM i n i n gE n g i n e e r i n g ，T a i y u a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，T a i y u a n0 3 0 0 2 4 ，C h i n a A b s t r a c t I nv i e wo ft h ep r e s e n td e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o ns i t u a t i o no fc o m p l e xr e f r a c t o r ym a g n e t i t eo r e ，i t w a sp o i n t e do u tt h a tt h ed e v e l o p m e n ta n di m p r o v e m e n to fs e p a r a t i o ne q u i p m e n tw a so n eo ft h ek e yp o i n t si nt h e d e v e l o p m e n to fi r o no r ed r e s s i n gt e c h n o l o g y ．T h i sp a p e rc l a s s i f i e dt h em a g n e t i t es o r t i n ge q u i p m e n tb yt h em o d e s a c t i o no ft h em a i ns o r t i n gf o r c ef i e l da n di n t r o d u c e dt h em a i ns t r u c t u r e ，s e p a r a t i o np r i n c i p l ea n da p p l i c a t i o no ft h e c l a s s i c a lf o r c es e p a r a t i o ne q u i p m e n t ，s u c ha sm a g n e t i cs e p a r a t i o n ，g r a v i t ys e p a r a t i o na n df l o t a t i o n ，a l s ot h e c o m p o u n df o r c ef i e l ds e p a r a t i o ne q u i p m e n tc o m p o s e db yt h ef o r c e sm e n t i o n e da b o v e ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h e g r a v i t ys e p a r a t i o nh a st h ea d v a n t a g e so fl o we n e r g yc o n s u m p t i o n ，n o n - p o l l u t i o n a n dl a r g ec a p a c i t y ，b u tw i t ha r e l a t i v e l yh i g h e rs e p a r a t i o nb o u n d a r y ；t h ef l o t a t i o ns e p a r a t i o nb o u n d a r yw a sl o w e r ，b u t w i t hc o m p l e xr e a g e n t s y s t e m ，h i g h e rc o s t ，a n da l s o d i f f i c u l tt Om e e tt h ei n c r e a s i n ge n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nr e q u i r e m e n t s ；m a g n e t i c s e p a r a t i o nw a sm o r et a r g e t e dt Om a g n e t i cm i n e r a l s ，b u tm a g n e t i ci n c l u s i o n s l e a dt oal o w e rg r a d em a g n e t i c c o n c e n t r a t e s ．T h ep a p e rp r o p o s e dt h a tt h ec o m p o u n df o r c ef i e l ds e p a r a t i o ne q u i p m e n t ，a san e wt y p eo fh i g h e f f i c i e n c ya n de n e r g ys a v i n ge q u i p m e n t ，h a st h ea d v a n t a g e so fg r a v i t ys e p a r a t i o n ，f l o t a t i o n ，m a g n e t i cs e p a r a t i o n ，t h e e f f i c i e n c y ，s e l e c t i v i t ya n da d a p t a b i l i t yo fs e p a r a t i o nw e r ea l s oi m p r o v e d ．I tw a se x p e c t e dt h a tt h en e wm u l t if o r c e f i e l ds e p a r a t i o ne q u i p m e n tw i t hg r a v i t y - m a g n e t i c - f l o t a t i o ns e p a r a t i o nf u n c t i o n sw i l lb e c o m et h em a i nr e s e a r c h d i r e c t i o ni nt h ef u t u r e ，i tw a si n e v i t a b l et or e p l a c et h ee x i s t i n gc o m p o s i t ef o r c ef i e l ds o r t i n ge q u i p m e n t ，a n dh a d b r o a dr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o np r o s p e c t s ． K e yw o r d s m a g n e t i t e ；c o m p o u n df o r c ef i e l d ；s e p a r a t i o ne q u i p m e n t ；s e p a r a t i o ne f f e c t ；r e s e a r c hp r o g r e s s 我国铁矿赋存条件和可选性差、技术适应性不 足，致使铁矿资源开发过程中仍存在回收率及综合 利用率低、产品结构单一、能耗高、环境污染严重等 问题[ 1 - 2 ] 。贫杂铁矿石资源化利用关键技术将成为 铁矿资源高效利用的重要途径。 针对复杂难选磁铁矿选矿工艺已开展了大量的 研究工作。我国现阶段应用较广的有阶段磨矿一弱 基金项目山西省面上青年基金项目 2 0 1 8 0 1 D 2 2 1 3 3 7 ；国家自然科学基金资助项目 5 1 7 0 4 2 0 8 ；太原理工大学青年科学基金 2 0 1 7 Q N 4 4 收稿日期2 0 1 8 1 1 一0 2 修回日期2 0 1 8 - 1 2 2 9 作者简介樊盼盼 1 9 8 6 一 ，男，河北石家庄人，讲师，研究方向为复合力场分选理论与设备。 万方数据 2 0 1 9 年第2 期樊盼盼等磁铁矿分选设备研究现状与发展趋势 ，8 1 磁选工艺、弱磁场多段磁选工艺、以及在此基础上增 加的细筛再磨[ 3 ] 、磁一重联合分选、磁一浮联合分选 和反浮选工艺[ 4 1 等，其他新兴工艺，如针对赤铁矿的 “磁化焙烧一晶粒长大一磁选”工艺[ 5 ] ，也非常具有 创新性。但关键分选技术和分选设备依然落后于国 外水平，新型高效选矿设备的研发与改进仍是铁矿 选矿工艺发展的重中之重。因此，亟需研发创新性、 针对性强的铁矿选矿设备与方法，以实现我国复杂 难选铁矿石的高效利用。 现阶段应用的磁铁矿选矿设备根据分选力场的 组成可归结为以下两种单力场分选设备和复合力 场分选设备。 1 单力场分选设备研究现状 单力场分选设备是以一种分选作用力为主、其 余分选作用力为辅的分选设备。常见的单力场分选 设备主要有以下几种 1 ．1 以磁力为主要分选作用力的各类磁选设备 磁选是根据矿物磁性不同，从矿物中分离有用 矿物的选别方法。常用于磁铁矿分选的主要是湿式 筒式弱磁场磁选机。为适应选矿工艺的要求，国内 外对弱磁选机的研究非常重视，除了对已有弱磁选 机结构及工艺进行不断改进外，随着新型磁性材料 及技术的发展，一些新型弱磁选机，如外磁筒式磁选 机[ 6 ] 、动态磁场干选机[ 7 1 也陆续产生，高梯度磁选机 及超导磁选机等新型磁选机也逐渐成为主流。目前 磁选机正沿着提高分离精度、增大处理能力、采用先 进技术方向进展[ 8 ] 。同时，随着绿色环保理念的倡 导，磁选机也向着经济节能的方向发展，减少污染物 的产生。 1 ．2以界面力吸附、浮力分选为主的浮选设备 浮选是根据矿物颗粒表面物理化学性质的不 同，按矿物可浮性的差异进行分选的方法。该类设 备主要有浮选机和浮选柱两大类，用于磁铁矿反浮 选工艺流程，处理量较大，可实现细粒矿物的粗、精、 扫选，并可得到最终精矿。由浮选机构成的浮选系 统多段分选，但浮选流程冗长，占地面积大，细粒矿 物浮选回收效果欠佳凹1 ；由浮选柱，如D e i s t e r 浮选 柱和J a m e s o n 浮选柱，组成的浮选工艺，精矿品位 高，但尾矿损失也大[ 1 ⋯。刘炯天等口妇在国内首次将 浮选柱成功用于磁铁矿反浮选，提出了不同于传统 浮选机流程的中矿处理方式，完善了磁铁矿浮选柱 阳离子反浮选工艺，其研究结果表明，相比于浮选机 工艺，使用浮选柱可减少选别段数。 1 ．3 以颗粒的密度差异进行选别的重选设备 重选是利用被分选矿物颗粒间相对密度、粒度、 形状的差异及其在介质中运动速率和方向的不同， 使之彼此分离的方法。这类设备有跳汰机、摇床[ 1 2 1 等，生产中能一次性产出精矿、次精矿、中精矿和尾 矿等，但微细矿泥不易沉降，易流失于尾矿。采用重 选法无法有效分选微细粒矿物[ 13 | ，为了增强细粒物 料的分选效果，在重选中还采用了离心力场，如螺旋 溜槽口4 ’等，从选别效果看，虽然传统的重选方法得到 的精矿指标较高，但微细粒损失较大，难以适应铁 矿大规模选别利用的需要。 针对单力场磁铁矿选矿设备与方法的研究表 明重选低能耗、无污染、处理量大，但分选粒度较 粗，分选效果偏低；浮选下限低，但药剂制度复杂，药 剂消耗大，成本较高，且难以满足日益提高的环保要 求；磁选对磁性矿物虽更具针对性，但磁性夹杂易导 致磁精矿品位的偏低。无论磁选设备或重选、浮选 设备，面对难选资源时，单一作用力分选很难在处理 量、选择性和对粒级的适应性等方面表现出一致的 优势。 2 复合力场分选设备研究现状 随着水力学、两相流、机械振动学等学科以及选 矿技术的发展，选矿设备已从前期着重利用上述某 一种经典分选力发展到综合应用风力、离心力、机械 振动力、电场力、水能力、超声波分散力[ 1 朝等诸多有 利于将物料分离的力学因素，以实现物料高效分选。 常见复合力场选矿设备主要有以下几种 2 ．1浮选与重选的结合 传统浮选过程一般在重力场中进行，颗粒大小 与停留时间两方面的限制影响了传统浮选的效率。 中国矿业大学的旋流微泡浮选柱、黑龙江科技大学 的浮选旋流器[ 16 I 、太原理工大学的注气式旋流器[ 1 7 3 等将旋流分离技术与浮选分离技术结合起来，利用 旋流所产生的离心力场强化浮选过程，其多流态、梯 级化的协同效应有效地强化了分离效果，拓展了浮 选下限。M 曼科萨等[ 1 叫研制的水力浮选分选机， 在重力场干扰沉降基础上通过外加气泡作用提高了 粗粒级的回收率，但高密度细粒级易混入低密度物 料中，导致细粒级分选密度偏大。 2 ．2 磁选与重选的结合 磁复合力场设备对目的磁性矿物施加磁场力， 结合原有力场作用力，使目的磁性矿物与非目的矿 物颗粒所受合力大小和方向有较大的差异，进而造 万方数据 8 2 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第2 期 成运移路线或运动速度上的差别，实现目的矿物的 分离。 马鞍山矿山研究院研制的磁重选矿机[ 19 ] 兼具磁 选和重选双重功能。运用磁场力与离心力的叠加强 化磁性物的回收。相比于常规磁选机只能处理3 0 ％ 左右品位原矿的问题，磁重选矿机处理的原矿品位 可降低至1 0 ％甚至以下，主要用于粗选作业。 朱殿冰等[ 2 0 ] 研制的磁选柱是一种以磁力为主、 重力为辅的磁重联合分选设备，利用电磁线圈产生 轴向交替发生的磁聚合与分散，结合上升水流的淘 洗作用，可使磁团聚体中夹杂的脉石单体或连生体 被上升水流冲洗进入溢流，强磁性团聚体则在磁力 及重力作用下进入精矿。后期又对排尾方式、励磁 磁系结构等进行了改进，进一步完善了磁铁矿的回 收与提质。 W a t s o n 和A m o a k o G y a m p a h [ 2 设计的底流型 磁力旋流器经B o x m a g R a p i d [ 2 2 ] 磁力装置制造有限 公司改进，利用多个电磁铁将磁性颗粒吸引到旋流 器边壁，以磁力强化离心力，磁性颗粒由底流口排 出，提高了磁铁矿回收率。A ．G ．F r i c k e r [ 2 3 ] 研制的 溢流型磁力旋流器，利用特殊的磁系结构设计使磁 铁矿从旋流器溢流排出，强化磁性物的回收。郭娜 娜等[ 2 4 ] 对溢流型磁力旋流器结构进行了改进，并通 过数学推导和磁场分析软件模拟，得到磁铁矿理论 情况下完全按粒度分级时溢流型磁力旋流器所需径 向磁场力。 J ．S v o b o d a 等[ 2 5 ．2 6 3 沿旋流器轴向施加磁场，通过 调整磁场位置和磁场强度改变重介质旋流器底／溢 流密度差。申请者对煤泥重介旋流器施加外部磁场 力[ 2 7 。29 | ，通过合理调节磁场强度和位置，实现了旋流 器分选密度的双向调控。 磁力螺旋溜槽[ 3 们在旋转的斜面惯性离心力基础 上叠加了磁力，提高了磁性微细粒级回收率，磁力跳 汰机[ 3 1 - 3 3 ] 依靠磁力、重力和风水制度联合作用，实现 了磁铁矿与脉石的高效分选，生产出高质量铁精矿。 2 ．3 磁选与浮选的结合 S 埃尔萨因等口4 1 将磁场用于丹佛浮选机和维 姆科浮选机的研究进展，以静态和动态永磁场的配 置方式为试验条件，对磁铁精矿进行了一系列试验， 获得了具有指导意义的试验结果。 M u s t a f aB i r i n c i 等[ 3 5 ] 研制的磁力微泡浮选柱， 通过构建漏斗状磁场对人工配置的石英和磁铁粉混 合矿样进行分选试验，在外加磁场的作用下，完成了 从磁铁矿中在无抑制药剂条件下选择性浮选石英， 分选效率从不施加磁场时的0 ％增长到8 8 ％。 黄光耀等[ 3 6 ] 运用A N S Y S 有限元软件研究了通 电组合线圈在磁浮选柱内的磁场特性，并对不同粒 径磁性矿物和连生体进行了受力分析。人工混合矿 样试验结果表明，与不施加磁场相比，在精矿品位相 近的条件下，磁一浮选回收率增加了1 0 ％。 以上复合力场分选设备多为重选、浮选、磁选等 选矿方法的两两组合，各分选作用力相互协调，取长 补短，充分发挥了各选矿方法的优越性，提高了设备 对目的矿物的分离与富集能力，对于选矿效率，特别 是贫、细、杂矿物的选矿效率有了很大的提升。 3 结论及展望 以上研究表明，复合力场分选设备强化了分选 机目的矿物与杂质矿物的分离作用，充分发挥了各 选矿方法的优越性，进而提高了设备分选效率。上 述复合力场分选设备的研究方法为多力场分选设备 的深入研究提供了思路及切实可行的技术途径。随 着研究的不断深入及技术水平的不断突破，将重选 一磁选一浮选有机结合，开发集重选一磁选一浮选 多重功能于一体的多力场复合分选设备，对提高细 粒铁矿分选效果、简化分选工艺具有重要学术意义 和应用价值，对提高与国外铁矿资源的竞争能力具 有重要意义。 参考文献 [ 1 3 袁帅，韩跃新，高鹏，等．难选铁矿石悬浮磁化焙烧技 术研究现状及进展[ J ] ．金属矿山，2 0 1 6 1 2 9 - 1 2 ． [ 2 3 陈雯，张立刚．复杂难选铁矿石选矿技术现状及发展趋 势[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 3 增刊1 1 9 2 3 ． [ 3 ] 余永富，余侃萍，陈 雯．国外部分选矿厂介绍及细粒级 磨机的应用对比[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 1 5 2 6 3 1 ． [ 4 ] 刘炯天，代淑娟，杨树勇，等．微生物抑制剂在赤铁矿反浮 选脱硅中的应用[ J ] ．矿业研究与开发，2 0 1 3 5 2 5 2 8 ． [ 5 ] 张亚辉，张家，张艳娇，等．鲕状赤铁矿“磁化焙烧一晶粒 长大一磁选”新工艺研究[ J ] ．武汉理T 大学学报，2 0 1 3 3 1 1 6 1 1 9 ． [ 6 ] 尚红亮，史佩伟，成磊，等．新型外磁式磁选设备的研制 及应用[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 7 4 7 5 7 9 ． [ 7 ] 赵海亮，冉红想，王晓明，等．一种动态磁场干选机的 研制[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 7 5 6 4 6 8 ． [ 8 ] 刘承帅，王晓明．磁选技术应用进展[ J ] ．现代矿业，2 0 1 7 ， 3 3 7 3 8 4 4 ． [ 9 ] 洪保磊，杨世亮，王越，等．特大型浮选机在乌山铜钼矿 的应用与系统优化[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 6 6 7 2 7 5 ． [ 1 0 3 程琪林，罗立群．浮选柱及其控制技术的研究进展[ J ] ． 万方数据 2 0 1 9 年第2 期樊盼盼等磁铁矿分选设备研究现状与发展趋势 8 3 中国矿业，2 0 15 1 1 15 1 19 ． [ 1 1 ] 赵敏捷，方建军，李国栋，等．旋流一静态微泡浮选柱的 应用及研究进展[ J ] ．矿产综合利用，2 0 1 6 4 61 0 ． [ 1 2 ] 李晓华．摇床分选法回收煤矸石中的黄铁矿[ J ] ．山西煤 炭，2 0 1 0 4 7 67 7 ． [ 1 3 ] 宫贵臣，韩跃新，高鹏．超级铁精矿制备技术研究 进展[ J ] ．矿产保护与利用．2 0 17 1 1 0 3 1 0 7 ． [ 1 4 ] 刘惠中，李华梁，格海超．B L l 5 0 0 螺旋溜槽在承德某铁矿铁 精矿再选中的应用[ J ] ．有色金属T 程，2 0 1 6 ，6 1 4 54 8 ． [ 1 5 ] 陈炳炎，闫武．超声复合力场磁选机的研制[ J ] ．矿产 综合利用，2 0 0 8 1 4 7 4 9 ． [ 1 6 ] 张安朝，吴彦波．气浮水力旋流器用于细粒浮选的 探讨[ J ] ．金属矿山，2 0 1 0 9 1 151 1 8 ． [ 1 7 ] L I UAR ，G A JC ，F A NMQ ．P e r f o r m a n c eo fa na i r i n j e c t e dw a t e r o n l yc y c l o n ef o r t h es e p a r a t i o no ff i n e c o a l [ J ] ．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fC o a lP r e p a r a t i o na n d U t i l i z a t i o n ，2 0 l3 3 3 2 1 82 2 4 ． [ 1 8 ] M 曼科萨，李长根，肖力子．借助空气的浮选水力重 选机的应用[ J ] ．国外金属矿选矿，2 0 0 5 2 3 1 3 6 ． [ 1 9 ] 王秋林，程征，李家林，等．磁重分选机在微细复杂磁 铁矿选矿中的应用研究[ J ] ．矿产综合利用，2 0 1 4 5 1 8 2 1 ． [ 2 0 ] 朱殿冰，朱巨建，赵通林．磁选柱结构改进及优化 研究[ J ] ．中国矿业，2 0 1 6 ，2 5 5 1 2 1 - 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