新型外磁式磁选设备的研制及应用.pdf

2 0 1 7 年第4 期有色金属 选矿部分 7 5 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 7 ．0 4 ．0 1 6 新型外磁式磁选设备的研制及应用 尚红亮1 ”，史佩伟1 ”，成磊1 ⋯，李国平1 ，一，彭欣苓1 ，2 1 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 ；2 ．北矿机电科技有限责任公司，北京1 0 0 1 6 0 摘要外磁式磁选机是一种新型的磁选设备，通过磁系布置在分选筒外部，实现了筒内吸住式分选，适用于铁矿石预 选、尾矿回收等对于金属回收率有较高要求的工艺段。文中介绍了外磁式磁选机的分选原理、结构组成及特点。经工业应用 表明，外磁式磁选机可有效实现铁矿石粗颗粒预选作业，单台设备可实现一次粗选、一次扫选作业，配置简单，运行成本低。 关键词外磁式；磁选机；预选；尾矿回收 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 7 0 4 - 0 0 7 5 - 0 5 D e v e l o p m e n ta n dA p p l i c a t i o no fN e wT y p eE x t e r n a lM a g n e tS e p a r a t i o nE q u i p m e n t S H A N GH o n g l i a n g 。”，S H IP e i w e i 7 ”，C H E N GL e i 7 ”，L IG u o p i n g 。”，P E N GX i n l i n 9 7 ’2 J ． 彬n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo f1 饥n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a ； 2 ．B G R I M MM a c h i n e r y A u t o m a t i o nT e c h n o l o g yC o ．，L t d ．，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a A b s t r a c t E x t e r n a lM a g n e tS e p a r a t i o ne q u i p m e n ti san e wk i n do fm a g n e t i cs e p a r a t i o ne q u i p m e n t 。w h i c h r e a l i z et h es u c k s o r t i n gi n s i d e t h es h e Ht h r o u g ht h em a g n e ta r r a n g e do u t s i d e ．I tc a nb e u s e df o ri r o no r e p r e c o n c e n t r a t i o na n dt a i l i n g sr e c o v e r yw h e r er e q u i r i n gf o rh i g h e rm e t a lr e c o v e r y ．T h i sp a p e ri n t r o d u c e st h es o r t i n g p r i n c i p l e ．s t r u c t u r ec o m p o s i t i o na n dc h a r a c t e r i s t i c so ft h ee x t e r n a lm a g n e ts e p a r a t o r ．T h ei n d u s t r i a la p p l i c a t i o ns h o w s t h a tt h ee x t e r n a lm a g n e t i cs e p a r a t o rc a ne f f e c t i v e l yr e a l i z et h ec o a r s ep a r t i c l ep r e c o n c e n t r a t i o no fi r o no r e ，a n dt h e s i n g l ee q u i p m e n tC a nr e a l i z et h er o u g h i n ga n ds c a v e n g i n go p e r a t i o n ，c o n f i g u r a t i o ni ss i m p l ew i t hl o wo p e r a t i n gc o s t s ． K e yw o r d s e x t e r n a lm a g n e t ；m a g n e t i cs e p a r a t o r ；p r e c o n c e n t r a t i o n ；t a i lr e c o v e r y 常规筒式磁选机主要是通过内含磁系的磁筒实 现磁性物料与非磁性物料的分离，是目前磁铁矿选 厂主要的分选设备。根据磁性矿粒被选出的方式， 湿式筒式磁选机属于吸出式磁选机，即被选物料给 到距工作磁极或运输部件一定距离处，磁性矿粒从 物料中被吸出，这种磁选机一般精矿质量较好。另 外还有吸住式磁选机，即被选物料直接给到工作磁 极或运输部件表面上，磁性矿粒被吸住在工作磁极 上，这种磁选机一般回收率较高⋯。 结合筒式磁选机的结构组成及吸住式分选原 理，提出了一种外磁式磁选结构形式，所谓外磁是相 对于常规筒式磁选机磁系在磁筒内部而言的，即磁 系布置在分选筒外部，分选筒内部为分选空间，适合 用于对于金属回收率有较高要求的场合。由于矿浆 在分选筒内实现分选，外磁式磁选设备也可称为内 流式磁选设备。 1 设备简介 外磁式磁选设备是近两年研制并推广应用的新 型设备，该设备采用吸住式分选原理，将分选筒体内 部作为分选空间，筒体外部设置弧形磁系，分选筒体 轴向为矿浆流向，分选带得到大幅延长，从而有效保 证了磁性矿物的回收率，适用于铁矿石预选、尾矿回 收等对于金属回收率有较高要求的工艺作业段。 1 ．1 分选原理 外磁筒式磁选机工作原理如图l 所示，磁系设 置在分选圆筒外部并包围分选圆筒，同时在分选圆 筒内形成强弱有序的磁场。分选矿物沿圆筒侧端轴 向给人简体内部，矿浆中的磁性颗粒被捕获并吸附 在筒体内表面，并随圆筒一起旋转，当到达分选圆筒 顶部无磁区域时，磁性颗粒在惯性和重力作用下，落 入精矿箱中排出；非磁性及磁性极弱的矿粒基本不 受磁力作用，因此随矿浆沿筒体轴向向前推进至落 收稿日期2 0 1 7 - 0 1 1 6修回日期2 0 1 7 - 0 2 - 2 1 作者简介尚红亮 1 9 8 2 - ，男，河北邢台人，硕士，工程师，从事矿物／J n 3 - 设备研究及工程转化方面的研究。 万方数据 - 7 6 -有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第4 期 入尾矿箱中，从而完成分选作业[ 2 ] 。在矿浆沿简体 轴向前进的过程中，随着圆筒的旋转，分选矿物可以 得到多次的扫选作业，因此可以保证较高的金属回 收率。 l 一分选圆筒；2 一精矿箱；3 一卸精矿冲洗水；4 一外置弧形磁系 图1外磁筒式磁选机分选原理图 F i g ．1S o r t i n gp r i n c i p l ed i a g r a mo fe x t e m M m a g n e ts e p a r a t o r 1 ．2 受力分析 矿粒在通过分选筒内外磁式磁场作用区域时， 受到复合力场作用．其中丰要有磁场力、莺力、离心 I y 力、以及摩擦力等。单磁性颗粒受力分析如图2 所 示。根据受力分析图可见，在分选过程中磁性矿粒 的重力、离心力与磁场作用力方向相同，属于分选 力，而不是常规筒式磁选机中作为竞争力存在，在外 磁内流式分选过程中，磁力只需克服较少的反向力 如水流力等就可捕获住磁性颗粒。相比于常规筒式 磁选机捕获宽粒级磁性矿物的几率更高。 外磁筒式磁选机分选特点如下 1 金属回收率高。属于吸住式分选，矿物重力 与离心力与磁力方向一致，同时矿浆轴向流动分选， 分选时间长，矿物回收率大幅提高； 2 分选粒径大。磁系外置后，筒内分选空间大， 可适应较大粒径矿物分选； 3 矿石分选适应性强。磁系磁路设计可为轴向 N 、S 极交替或周向N 、S 极交替，同时可设置不同作 业段，在一台设备上实现粗扫选作业； 4 特殊的磁系布置方式，可用于复合铁矿分选， 如钒钛磁铁矿、镜铁矿混合型铁矿等复合铁矿的磨 前预选作业。 2 结构组成及特点 外磁筒式磁选设备结构如图3 所示，主要包括 分选筒、磁系、给矿箱、精矿箱、尾矿箱、卸矿水管、电 机减速机等构成。 图2 磁性矿粒受力分析图 F i g ．2 F o r c ea n a l y s i sd i a g r a mo fm a g n e t i cp a n i c l e 万方数据 2 0 1 7 年第4 期尚红亮等新型外磁式磁选设备的研制及应用 7 7 1 一给矿箱；2 一水管组件；3 一分选简及磁系；4 一底座； 5 一尾矿箱；6 一精矿箱；7 一传动系统 图3外磁式磁选机结构示意图 F i g ．3 S t r u c t u r ed r a w i n go fe x t e r n a lm a g n e ts e p a r a t o r 2 ．1 结构简单，可靠性高 与常规筒式磁选设备相比，外置磁系工作状态 易观察易维护，分选筒体结构简单，部件大多为结构 件，易进行大型化设计；同时由于减少了槽体部件， 分选空间内避免了矿石挤压的现象，矿浆过流区域 耐磨寿命大大提高，因此设备可靠性高。 2 ．2 外置磁系结构 根据磁系常规设计方法，外置磁系共有两种配 置方式，即周向同极轴向异极交替和轴向同极周向 异极交替。由于矿浆流向为分选筒体轴向，整个轴 向为扫选区，脱离分选液面后周向为分选区，所以周 向同极轴向异极交替更有利于保证回收率，轴向同 极周向异极交替有利于提高分选精度。 2 ．3 外置磁场分布 外置磁系同样属于开放型磁场范畴，磁场特性 规律与常规内置磁系相似，其磁场特性仍决定于相 邻一对磁极的磁位差、极距、极面宽和极隙宽之比 值、磁极或磁极端面的形状，以及磁极端面到其排列 中心的距离等。在参考经验数据基础上，采用 C O M S O LM u h i p h y s i c s 多物理场计算分析软件进行了 外置磁系的磁场模拟，并与常规筒式磁选机的磁场 分布进行了对比。磁极布置方式采用轴向同极周向 异极交替，以筒径均为12 0 0m m 为例，在采用相同 极宽、极距等结构尺寸基础上进行了两种磁场分布 仿真，图4 为外磁与常规磁系建模示意图。图5 为 两种磁系的磁场分布曲线示意图。 勾磁系 图4 磁系建模示意图 F i g ．4 S c h e m a t i cd i a g r a mo fm a g n e t i cs y s t e mm o d e l i n g 万方数据 7 8 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第4 期 7 0 0 6 0 0 5 0 0 蠢4 0 0 蜷3 0 0 趣 2 0 0 1 0 0 磁场强度分布曲线 0 ．6O ．81 ．O1 ．21 ．41 ．6 分布区域，m a 外磁系 8 0 0 7 0 0 6 0 0 奁5 0 0 骥 鎏 餐 磁场强度分布曲线 简表0 m m 简表4 0 m m 勺磁系 图5 磁场分布曲线示意图 F i g ．5 S k e t c hm a po fm a g n e t i cf i e l dd i s t r i b u t i o nC H I V e 通过对比，可以看出外磁磁系磁场分布特性与 常规磁系变化趋势相似；由于外磁磁系磁极组两侧 距离筒表较远致使筒表磁场强度略低于常规内磁磁 系，但磁场深度优于常规内磁磁系，这是由于外置磁 系磁极组向内呈现挤压特性，即磁路闭合程度优于 常规磁系。 2 ．4 多参数可调 设备分选效果可通过分选筒倾角、分选筒转速 及磁场强度进行调整，具体如下 1 分选筒倾角可调。通过调整工作平台实现分 选角度调整，分选角度大，筒内分选矿浆流速快，回 收率下降；反之，回收率提高。 2 分选筒转速可调。通过变频调速功能实现分 选筒转速调整，分选筒转速快，精矿量大，回收率高； 反之，回收率低。 3 磁场强度可调。通过调整分选筒与磁系间隙 实现磁场强度调整，以调整分选效果。 4 淘洗水量可调。通过淘洗水流量控制实现淘 洗水大小调整，淘洗水压大，脉石抛出机会大，有利 精矿品位提升。 3工业应用 攀西地区某钒钛磁铁矿选矿厂在入磨前采用了 粗颗粒湿式预选作业，预选设备为常规筒式预选磁 选机。磨前预选粒度一1 0m m ，为了能保证钛铁矿的 回收，预选采用一次粗选一次扫选作业，磁选设备场 强分别为3 5 0 和7 0 0m T ，目的是想通过高磁场的筒 式磁选机扫选，降低尾矿中T i O 含量。但经考察发 现扫选尾矿中T i O 含量仍达到4 ．5 ％～5 ％，选矿厂 为进一步回收尾矿的T i O ，额外增加了尾矿筛分强 磁分选工艺，以提高T i O 回收率提高选矿厂效益。 选矿流程如图6 所示。 细i i ‘} 舌矿rJ 筛下 毛矿强磁选钛 一段磨一段磁选 图6 攀西地区某钒钛磁铁矿选矿厂磨前预选流程图 F i g ．6 F l o w s h e e tb e f o r em i l l i n go fav a n a d i u mt i t a n i u m m a g n e t i t ed r e s s i n gi nP a n x ia r e a 由于预选工艺复杂，预选成本大幅提高。为了 降低成本，同时进一步提高T i O 回收率，以提高选 矿厂效益，2 0 1 5 年该选矿厂进行了磨前预选工艺装 备的技术改造，共使用了1 0 台N L C T l 0 2 4 外磁式磁 选机，设备参数如表l 所示。现场使用照片如图7 所示。工业指标考察数据如表2 所示。 由工业考察数据看，外磁式磁选机用于攀西地 区钒钛磁铁矿的粗颗粒预选作业表现了极佳的控尾 能力，金属回收率均达到9 0 ％以上，尤其是尾矿T i O ， 含量小于3 ％，大大改善了原有预选系统的控尾指 标，有效保证了钛金属的回收率；同时单台设备代替 万方数据 2 0 1 7 年第4 期尚红亮等新型外磁式磁选设备的研制及应用 7 9 原有的一次粗选一次扫选两段磁选的配置，降低了 预选工艺成本。 表1N L C T l 0 2 4 外磁磁选机技术参数 T a b l e1 T e c h n i c a lp a r a m e t e ro fN L C T l 0 2 4e x t e r n a l m a g n e ts e p a r a t o r 参数技术指标 设备规格 给矿粒度／m m 给矿浓度／％ 处理量／ t h “ 简体转速 r m i n 。1 磁场强度／m T 功率／k W 表2 T a b l e2 图7N L C T l 0 2 4 外磁磁选机现场照片 F i g ．7 N L C T l 0 2 4e x t e r n a lm a g n e ts e p a r a t o ra ts i t e N L C T l 0 2 4 外磁磁选机工业指标数据 I n d u s t r yi n d e xd a t ao fe x t e r n a lm a g n e ts e p a r a t o r ／％ 取样 批次 原矿 精矿 尾矿 回收率 T F e T i 0 2 T F e T i 0 2 T F e T i 0 2 T F e T i 0 2 4 总结 筒式磁选机具有广阔的推广应用前景。 新型外磁筒式磁选机通过外置磁系，实现了内 筒轴向吸住式分选，分选时间大幅延长，金属回收率 得到有效保证；同时由于筒内选别空间大，分选对象 粒级范围宽，适用于一3 0m m 粗粒级磁铁矿、复合铁 矿等磨前预选作业或中弱磁性矿物的综合尾矿回收 作业。 经工业应用验证，外磁筒式磁选机单机可实现 一次粗选、一次扫选作业，配置简单、运行可靠性高、 维护方便、运行成本低；在分选指标上，金属回收率 均达到9 0 ％以上，尤其是对于钒钛磁铁矿中弱磁性 矿物具有分选性，这将大大扩展外磁筒式磁选机的 应用范围，如实现复合铁矿的磨前预选作业。外磁 参考文献 [ 1 ] 王常任．磁电选矿[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 6 2 8 ． [ 2 ] 成磊，尚红亮．新型外磁磁选机用于某钒钛磁铁矿的预 选试验[ A ] ．／／王运敏．2 0 1 5 中国矿业科技文汇．北京j 冶 金工业出版社，2 0 1 5 1 5 5 。1 5 7 ，1 6 4 ． [ 3 ] 王常任，孙仲元，郑龙熙．磁选设备磁系设计基础[ M ] ．北 京冶金工业出版社，1 9 9 0 2 8 ． [ 4 ] 王运敏，田嘉印，王运军，等．中国黑色金属矿选矿实践 [ M ] ．北京科学出版社，2 0 0 8 1 3 9 ．1 5 2 ． [ 5 ] 马惠，王刚．C O M S O LM u h i p h y s i c s 基本操作指南和 常见问题解答[ M ] ．北京人民交通出版社，2 0 0 9 2 8 - 5 9 ． 耋|m如o，碱 T ～ ～●“ ～K唧机Ⅲm舭控 万方数据