细粒物料的干式磁选分析.pdf
5 2 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年第4 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 3 .0 4 .0 1 5 细粒物料的干式磁选分析 胡永会 北京矿冶研究总院,北京1 0 0 1 6 0 摘 要细粒物料的干式磁选效果主要受制于颗粒间微观作用力,即静电引力、范德华力与毛细力与颗粒所受外部宏 观作用力,如重力、磁力与离心力等的博弈过程。基于此,分析讨论了介电常数、粒度与湿度等宏观可测量对细粒物料干式 磁选的影响。 关键词干式磁选;细粒物料;介电常数;粒度;湿度 中图分类号T D 4 5 7 ;T D 9 2 4文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 3 0 4 0 0 5 2 0 4 D i s c u 鹃i 佃o nD r yS e p a r a t i 蚰o fF i n e G m i n e dM a t e r i a l s 删物渺越 ∞e 扰叼G e n e r n ZR e S e n r c hI 如玩u t eo 厂施,l i 叼n 以且匏t o Z f u n 鲫,B e 咖姆IO O I 印,饥i n 曲 A b s t r a c t T h ee f f e c to fd r rm a g l l e t i cs e p 砌t i o ni ns e p 啪t i n gf i n e 一铲a i n e dm a t e r i a l sm a i n l yd e p e n d so n g a m ep l a y i n gb e t w e 朗i n t e r g r a n u l a u rm i c mf o r c e ss u c ha sa t t r a c t i v ee l e c t r o s t a t i c , v a nd e rW a a l sa I l da t t m c t i v e c a p i l l a r yf o r c e sa n de x t e m a lm a c r of o r c e s s u c ha s g r a v i t y , m a g n e t i ca n dc e n t r i f u g a lf o r c e s .T h e r e f o r e , b a s e d o nt h i st h ee f 玷c to fm a c r om e a s u r a b l ep a r a m e t e r sc o n t a i n i n gd i e l e c t r i cc o n s t a n t , p a r t i c l e s i z ea n dm o i s t u r e o nd r ym a g n e t i cs e p a m t i o no ff i n e 一铲a i n e dm a t e r i a l si sa n a l y z e d . K e yw O r d s d r ym a g n e t i cs e p a r a t i o n ;f i n e _ g m i n e dm a t e r i a l ;d i e l e c t r i cc o n s t a n t ;p a J t i c l es i z e ;m o i s t u r e 相对于湿式磁选复杂的流程及应用局限性,干 式磁选的特有优势使其在近些年研究及应用方面得 到了较快的发展,对于一些矿产资源丰富而严重缺 水地区,干法工艺占据重要地位[ 1 ] 。但干式磁选工 艺通常对人选矿石的物理特性 如介电常数、粒 度大小及分布等 、物料水分含量与环境湿度等 有非常苛刻的要求。对于微细粒矿物,如粒度为 7 5 “m 以下的矿物颗粒的干式磁选中 2 5 “m 以 下尤为明显 ,颗粒间的静电力与范德华力是影响 其分选指标的重要参数,而物料水分与环境湿度等 在微细颗粒间引入毛细力,使得磁分选过程更为 艰难[ 2 - 3 ] 。 1 颗粒介电常数的影响 通常对干式磁选中的物料湿度控制较为严格, 对于物理特性一定的大颗粒物料的分选效果,颗粒 所受的宏观作用力远强于微观作用力,故其主要受 磁选机引入的磁力、物料重力及磁滚筒旋转引入的 离心力三者影响,通常干式磁选可以经济地处理粒 度1 5 0m m 以上的矿料。为进一步提高矿石的解离 度与最终产品的精矿品位,引入必要的细磨工艺将 不可避免地磨出7 5 斗m 以下、甚至达到2 5 斗m 的 微细粒级,此时在分选过程中矿石颗粒间的碰撞、 摩擦及接触造成的起电现象,在微细粒间引入静电 引力成为主导作用力,造成矿石磁性与非磁性颗粒 解离度下降,故将严重影响干式分选效果。 颗粒特性中影响干式磁选效果主要为介电常 数、粒度大小及分布。两个物体互相摩擦时,因为 不同物体的原子核束缚核外电子的本领不同,所以 其中必定有一物体失去一些电子,另一物体得到多 余的电子㈨。表1 列出了若干种常见物质的介电常 数。C o e h n 定律表明,当两种不同的介电材料接触 收稿日期2 0 1 2 一0 5 2 4修回日期2 0 1 3 一0 5 2 6 作者简介胡永会 1 9 8 5 一 ,男,江苏徐州人,硕士,助理工程师,从事磁选机的研究与开发。 万方数据 2 0 1 3 年第4 期胡永会细粒物料的干式磁选分析 5 3 介电常数 8 0 一 . 1 3 3 .7 。8 1 2 51 1 4 .38 9 ,1 7 36 .12 .54 巧2 ~36 .81 2 .67 .4 并分离后,具有较大介电常数的材料将失去电子而 呈现出正电特性,而另外一种材料则得到电子呈现 出负电特性。表面起电密度的量化公式为[ s ] o I 1 5 1 0 _ 6 8 ,l 一占。2 1 式中,仉为表面起电密度,C /m 2 ;占,。与占丑为 介电常数。 一般情况下,铁矿物介电常数较大,电阻较 小,比导电度较低,在分选过程中容易导电,而石 英、长石等非金属脉石矿物介电常数通常很小。在 如钛铁矿与石英混合矿物的干式磁选过程中,摩擦 起电使二者颗粒表面分别带有正负电荷,产生静电 { l 力,颗粒足够小时范德华引力也较为可观,待分选 躬l 粒与待抛屠矿颗粒吸附为体,难以保i 正分送岗噪。 2 颗粒粒度的影响 颗粒粒度对磁铁矿比磁化率和矫顽力影响的已 有研究[ 6 ] 表明,颗粒自身大小对其比磁化率与矫 顽力有较大影响。如图1 所示,随着粒度的减小, 颗粒比磁化率减小而矫顽力增加,这一关系在粒度 小于约3 0 斗m 时尤为明显。因此,粒度过度减小 愀磁性非常不利,应合理控制磨矿细度使有用矿 钶可单体解离又不过磨,以免使矿物颗粒磁性减弱。 o I h 0 叶昌 宝 ≮ 瓣 莲 桓 丑 } 量 要 R 匿 蟥 颗粒粒度,“m 匡1磁铁矿的粒度对比磁化率及矫顽力的影响 F i 9 1 E f f e c to fp a r t i c l es i z eo f 啪印e t i t eo ni t s s p e e i f i cs u s c e p t i b i l i t ya n dc o e I ℃i V ef b r c e 币从另一方面考虑,在二者颗粒都足够小的情 况下,弱殳待分选矿物颗粒为钛铁矿与石英的混合 物,当二者颗粒间产生静电引力时,根据钛铁矿颗 粒与石多颗粒的粒度大小,二者在干式磁分选过程 中将发爿圈2 所示的三种情况之一 假设各颗粒形 状为理想戈体 。状况a 中,钛铁矿颗粒体积远大 于石英颗粒,转筒作用在两颗粒上的离心力与作用 在钛铁矿颗粒上的磁场力及重力不足以打破两颗粒 间的静电引力,在磁场力与重力作用下,组合颗粒 将随质量大的钛铁矿颗粒运动,最终落入精矿槽, 降低精矿品位;状况b 中,石英颗粒体积远大于钛 铁矿颗粒,在二者颗粒都足够小的情况下,转筒作 用在两颗粒上的离心力与作用在钛铁矿颗粒上的磁 场力及重力不足以打破两颗粒间的静电引力,在离 心力与重力作用下,组合颗粒将随质量大的石英颗 粒运动,最终落入尾矿槽,降低回收率且增大尾矿 品位;而状况c 中,两种颗粒体积相当,在离心 力、重力与磁场力的作用下,二者间的静电引力很 容易被打破从而得到有效分选。图2 表明,状况a 与b 显著降低分选效率与分选效果,而状况c 则可 有效避免前两者的不利因素从而获得较为满意的分 选效果。 b 一 图2 钛铁矿与石英混合矿物的干式磁分选状况 F i g .2 C a s e so fd r ym a g n e t i cs e p a r a t i o no f i l m e n i t ea n dq u a n z 为考察粒度差异的影响,采用感应辊干式分选 绵阳某地区钛铁矿与石英混合矿物,二者按等重均 匀混合,得到图3 所示不同磁场强度下不同粒度混 合物料的试验结果。图3 表明粒度大的钛铁矿与粒 度小的石英混合矿物其精矿回收率最高,反之则最 小;而粒度相同的钛铁矿与石英混合矿物其精矿品 位高于粒度存在较大差异的另外两种情形。综上可 知,在干式磁选前,经分级后的矿物,各粒度范围 内具有不同介电常数的微细颗粒体积相当,不论从 提高精矿品位、降低尾矿品位、提高回收率或改善 分选效率方面,其干式磁选综合指标将优于未经分 级的矿物颗粒的分选。 3 湿度的影响 细颗粒的干式磁选中,湿度影响主要分为物料 水分含量与环境湿度两方面。干式磁选过程中,通 万方数据 5 4 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年第4 期 、冰 、 褥 擎 回 堡 趟 略 磁场强度,m T 图3粒度差异对钛铁矿一石英混合矿物干式磁选的 影响 F i g .3 E f f e c to fp 叭i c l es i z ed i f f e r e n c eo nd r y m a g n e t i cs e p a r a t i o no fi l m e n i t e q u a r t z I I l i x e d m i n e r a l f 青形l 钛铁矿一7 5 斗I I l ’石英一3 8 斗m ;情形2 钛踟卜3 8 斗I I 】 石英一7 5 斗m 情形3 钛铁矿一7 5 斗地石英- 7 5 斗m ;1 青形4 钛铁矿一3 8 斗I I l ’石英一3 8 斗m 过颗粒摩擦起电,颗粒表面电荷从颗粒的碰撞接触 点开始沿外表面重新分布,重新分布速率L 与物 料电阻p 有关,即[ 7 ] 丁。习,s o p 2 式中,.p 为物料电阻,Q ;占,为相对介电常数; 而占。为真空中的介电常数。 则可得到颗粒电荷重新分布下表面起电密度随 驰豫时间£的变化关系为[ 8 ] 盯产盯o e x p 一沂。 3 式中,盯。为重新分布开始时的表面起电密度。 可见,物料所含的水分虽然可降低颗粒的表面 起电密度,却缩短了表面电荷重新分布时间。干式 磁选过程中真正的分选时间相对比较短暂,而湿度 加快了待分选与待抛离矿物颗粒间静电引力的建立 速度,且相邻颗粒间黏滞水分存在范德华吸附力, 最终增强了颗粒间的抗打破能力,造成分选指标下 降;另一方面,粒度越小,静电引力作用与范德华 引力越显著,即分选指标下降越厉害。为研究物料 水分的影响,采用x C G 一2 辊式干式磁选机分选承 德某地区粒度一2m m 的磁铁矿 伴生假象赤铁矿 与钛铁矿 与脉石 以辉石与角闪石为主 的混合 物料,试验结果如图4 所示。水分含量可严重影响 到精矿品位,且随着物料粒度的减小,为保证相同 的分选指标,必须降低物料中的水分含量,试验结 果与v .G .D e r k a e h [ 。1 等人研究的结果类似。 物料水分对干式磁选效果的影响随含量增加而 逐渐增大,一般是部分影响;而环境中空气相对湿 度的影响则是无处不在的。当空气相对湿度增大到 一定程度时,毛细力作用较为显著,在细颗粒间引 誉 、 趟 咯 b 婆 餐 水分含量,% 图4X C G 一2 干式磁选中水分含量的影响 F i g .4 E f f e c to fm o i s t u r ec o n t e n tb yX C G - 2 s e p a r a t o r 人吸附作用,并使颗粒接触区域间的水分产生毛细 凝结效应,此时在水分子的张力作用下,磁性与非 磁性颗粒间的范德华力也趋于显著。 同样考虑钛铁矿与石英混合矿物,当空气湿度 较大时,二者颗粒间产生较大的毛细力瓦。[ 1 0 ] E 甲 8 仃r l y “仃卉 上一上 4 r 2 r l 式中,r 。与r 2 分别表示颗粒1 与2 接触区凹凸 面的曲率半径;y 为水分的表面张力。式 4 表 明,毛细力如由表面张力与拉普拉斯形式的压力 共同作用构成。 范德华力是组成颗粒的分子 原子 之间的分 子吸引力的加和表现,对于两个球形颗粒有[ 1 1 ] ‰黑 5 1 呷一2 4 产 ⋯7 式中,d 为颗粒直径;z 为颗粒间舶最短距离 A 为日啪础e r 常数,对于大多数固体或液体该值介 于 O .4 ~4 .0 1 0 。1 9 。范德华力与颗粒间距离平方成 反比,在若干微米范围内表现尤为显著。 在相对潮湿的环境下,颗粒表面易附着一水分 薄层,颗粒导电性变强,故电荷重新分布速率与重 新分布后的表面起电密度将随之减小,即空气湿度 越大,摩擦起电越不显著。A .G .B a i l e y [ 1 2 ] 研至 指出,颗粒的摩擦起电特性对大气环境异常敏燕, 发生在相对湿度较大的环境中的起电现象大多多负 电荷;而相对湿度小时,细粒物料带负电,而粗颗 粒表现出起电极化特性转变,以使细粒物料转多出 的净电荷为正。但无论摩擦起电为正或负,带异种 电荷的两颗粒将通过表面紧紧黏附。 在钛铁矿与石英颗粒的干式磁选过程中直得注 意的是,此时钛铁矿与石英颗粒黏附于一体作用 在钛铁矿颗粒上的磁力同样对石英颗粒有景响,若 令该作用力为‰,石英颗粒重量为G ,豫筒旋转 万方数据 2 0 1 3 年第4 期胡永会细粒物料的干式磁选分析 5 5 引入的离心力为疋。,当作用在钛铁矿与石英颗粒 间的微观内力,即毛细力如、静电力凡与范德 华力k 的矢量和强于石英颗粒所受的宏观外力, 即影响力‰、重量G 与离心力%的矢量和时 式 6 所示 ,则非磁性矿物 石英 颗粒将被 磁性矿物 钛铁 颗粒带人精矿产品中,降低精矿 品位与分选效率,且颗粒磁性越小,影响效果越加 显著。 ‰ 如 % G 肼E 。 6 采用电磁感应辊考察不同空气相对湿度中磁铁 矿与脉石混合矿物的分选效率,试验结果如图5 所 示。一方面相对湿度影响显著,即随湿度增大分选 效率迅速下降;另一方面,分选颗粒粒度影响显 著,即相对空气湿度的影响随粒度的减小而迅速增 大,试验结果与理论分析结果保持一致。M .V . V e r k h o t u r o v 等人[ 1 1 ] 针对粒度更细的磁铁矿一石英 混合矿物也得到类似的试验结果。 堡 褂 辏 蝴 求 空气相对湿度,% 图5空气相对湿度对磁铁矿一脉石矿物干式磁选 的影响 F i g .5 E f k c to fa i rh u m i d i t yo nd r ym a g n e t i c s e p a r a t i o no fm a g n e t i t e _ g a n g u em i x t u r e s 4 结论 1 细粒物料的干式磁选作业中,一方面细粒 度颗粒显著降低自身比磁化率并增大矫顽力,导致 颗粒磁性大幅减弱;另一方面颗粒间易产生静电引 力并表现出显著的范德华力,加大分选难度。 2 由于静电沿颗粒表面分布,则颗粒体积差 异易降低分选指标,即经分级的颗粒较未经分级的 颗粒分选效果更好;另外物料水分含量与环境湿度 在物料中引入毛细力并加速静电重分布过程,进一 步加剧非磁J 陛与磁性颗粒的顺利分选。 3 采用干式磁选工艺分选细粒物料时,一方 面需要对颗粒进行分级,保证颗粒粒度均匀;另一 方面若物料潮湿或环境湿度较大,尚需对物料进行 加热烘干处理,如有必要还可进行环境抽湿处理。 参考文献 [ 1 ] 冉红想,史佩伟,刘永振.干式磁选设备的现状与应用 进展[ J ] .有色设备,2 0 1 0 6 1 1 1 3 . [ 2 ] 蒋朝澜.试论干式磁选的某些特点[ J ] .云南冶金,1 9 8 5 2 1 8 2 2 . [ 3 ] 卢寿慈.矿物颗粒分选工程[ M ] .北京冶金工业出版 社,1 9 9 0 . 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