我国弱磁场精选设备应用现状及发展方向.pdf

第3 3 卷 2 0 1 3 年1 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM E l ．A L L U R G l C A LE N G I N E E R l N G 、，0 1 ．3 3 J a n u a r y2 0 13 我国弱磁场精选设备应用现状及发展方向① 曾尚林 长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南长沙4 10 0 12 摘要介绍了近年我国弱磁精选设备的应用现状，并对各设备特点进行了简要的分析，亦对今后设备的发展方向提出了一 些建议。 关键词磁铁矿弱磁精选设备；应用；发展 中图分类号T D 4 5 7 文献标识码B 文章编号0 2 5 3 - 6 0 9 9 2 0 1 3 z 1 0 0 2 2 - 0 6 D e v e l o p m e n ta n dA p p l i c a t i o n o fL o w - i n t e n s i t yM a g n e t i cC l e a n e r i no u rC o u n t r y Z E N GS h a n g - l i n C h a n g s h aR e s e a r c hI n s t i t u t eo f M i n i n g ＆M e t a l l u r g yC oL t d , C h a n g s h a4 1 0 0 1 2 ，H u n a n ，C h i n a A b s t r a c t T h i sa r t i c l ed i s p l a y st h ea p p l i c a t i o ni nt h ee q u i p m e n to fl o w - i n t e n s i t ym a g n e t i cc l e a n e ro u rc o u n t r yr e c e n t l y ，a n da n a l y z e s t h ec h a r a c t e r so f v a r i o u se q u i p m e n t s ，a n dp u tf o r w a r ds o m ep r o p o s a l st ot h ed e v e l o p m e n td i r e c t i o no f t h ee q u i p m e n t s ． K e yw o r d s m a g n e t i t e ；l o w - m a g n e t i cc l e a n e r ；, a p p l i c a t i o n ；d e v e l o p m e n t 近年来，我国钢铁业得到飞速发展，到2 0 11 年 我国粗钢产量达到6 ．9 5 5 亿吨，而与之形成矛盾的是 我国的铁精粉尤其是优质铁精粉越来越紧缺。我国 铁矿资源以“贫、细、杂、散”，开发难度大为特点， 因此，如何生产出更多较高品位的铁精矿摆在了广 大选矿科技工作者的面前。 2 0 0 0 年，余永富院士提出了“提铁降杂，实现 企业整体效益最大化”的学术思想，提铁降杂技术 实际就是如何解决铁精矿中贫连生体与单体矿物有 效分离技术【1 ‘2 】。对磁铁矿提铁将杂而言，如何利用 弱磁场和其他力综合作用实现提高铁精矿品位的物 理分选，成为近年来研究的重点和热点。以下就我 国弱磁场精新选设备及应用现状进行说明。 1 传统筒式弱磁选机的缺点 筒式磁选机是我国选厂当前普遍采用的弱磁选 设备，但是传统的筒式磁选机分选精度不高，不能 很好地提高铁精矿的品位。其主要原因在于结构限 制使常规磁选设备不能有效地解决磁性夹杂和非磁 性夹杂。常规磁选设备以筒式磁选机为代表，在各 类的筒式磁选机中，矿浆进入底箱后，在磁场中磁 性颗粒在磁力作用下克服重力而被吸引至简体表 面，然后随筒体的转动到达精矿卸料区，在较强的 冲洗水的作用下脱离筒体。从磁性物料与非磁性物 料整个分离过程来看，磁性物料受到磁力吸引后迅 速形成磁链，磁链向筒体靠近时则迅速密集成团，无 论富连生体还是贫连生体都极易进入磁链及磁团，这 就是磁性夹杂问题；当聚团随简体运动时，受到分 选区内水介质的阻力，离筒体越远，聚团所受的介 质阻力越大，被包裹的单体脉石要脱离聚团必须克 服聚团中其它颗粒对其施加的摩擦力，这也就是非 磁性夹杂p - 4 1 。因此，要提高铁精矿的品位，就必须 解决磁选机中磁性夹杂和非磁性夹杂的问题。 2 我国弱磁场精选设备应用现状 近年来，弱磁精选设备研究应用主要分为二个方 面一是改进原有的筒式磁选机，增加磁级数量、磁 系包角、合理磁场梯度和深度使矿物得到多次翻滚， 达到有效分离出脉石和连生体矿物，再增加外力 如 脉动、振动等 使矿物在分选腔得到有效的分散，减 少磁团聚。另一方面以磁选柱的分选原理为基础，改 变磁场 如复合磁场、脉动磁场、电磁和永磁共同作 ①收稿日期2 0 1 2 ．1 2 ．1 0 作者简介曾尚林 1 9 8 2 ． ，男，湖南人，硕士，主要从事复杂难选矿工艺及磁选设备的研究工作。 万方数据 第3 3 卷曾尚林我国弱磁场精选设备应用现状及发展方向 2 3 用等1 使矿物更有效的团聚．分散。即当前的弱磁精选 机分为“磁极吸附一分散一再吸附”方式为主的磁选机 和“团聚．分散．团聚”方式为主的磁选机。 2 ．1以吸附方式为主的新型弱磁精选机 2 ．B K J 型磁铁矿精选专用筒式磁选机B K J 型 磁铁矿精选专用筒式磁选机系列是北京矿冶研究总 院研制的精选专用筒式磁选机。本设备在低磁场强 度、低磁场梯度、径向分布的弱磁场条件下不仅能 适应细粒磁铁矿精选时粒度较细、易磁化结团、容 易夹杂脉石矿物的特点，使精矿品位很高而且还可 使磁性物的回收率很高。2 0 0 0 年初在鲁中冶金矿山 公司张家洼选矿厂采用B K J ．10 3 0 磁选机进行的工 业试验，当给矿品位6 3 ．4 1 ％时，获得铁精矿品位 6 4 ．5 3 ％，精矿产率9 7 ．5 6 ％，铁回收率9 9 ．2 8 ％的好指 标。磁精中微细粒．0 ．0 3m m 部分铁的粒级回收率达 N T9 9 ．3 3 ％1 5 1 。 2 ．1 ．2B X 新磁系永磁磁选机包头新材料应用设 计研究所研制的B X 新磁系永磁磁选机具有多磁 极、高场强、大磁系包角、合理磁场梯度和深度的 特点，与原磁选机相比，磁路长，磁性矿粒翻滚次 数多，易剔出夹杂在其间的脉石和贫连生体，提高 作业精矿品位，设备结构见图l 。精矿端设有冲洗 水，可以进一步剔出细泥，提高矿品位。矿浆液面 高，保证分选过程产生的磁翻始终在水中进行。该 设备对大孤山矿工业试验表明，铁精矿品位由 6 6 ．0 8 ％提高到6 7 ．3 5 ％，为选矿厂改造和提高铁精矿 品位创造了条件1 6 】。在弓长岭选矿厂的应用试验表 明，在给矿品位、浓度相同和给矿量均衡稳定的前 提下，B X 磁选机精矿品位比原磁选机提高4 ．7 0 个 百分点，尾矿品位降低0 ．5 个百分点，尾矿磁性铁 含量降低0 ．6 2 个百分点I ，J 。 永磁滚筒 图lB X 永磁磁选机结构示意图 口 2 ．1 ．3 螺旋磁场磁选机螺旋磁场磁选机是昆明理 工大学研究开发的用于铁矿精选的新型磁选设备。 设备结构如图2 ，给矿 矿浆 从设备顶部的给矿筒给 入，经给矿匀分器将矿浆均匀分配到柱形分选环的 给矿管中。从给矿管进入到分选环的矿物颗粒，受 螺旋旋转磁场的作用，磁性矿物吸附在分选环靠近 磁系的内筒上，由于磁系呈螺旋形旋转，磁块极性 不断变化，使被吸的磁性矿物发生相应的翻滚和松 散；同时，磁系向下渐次移动，使被吸的磁性矿物 在翻滚中随着磁系向下移动，达到分选环底部后脱 离磁系，由于重力作用向下排出，成为精选后的铁 精矿。磁系直径①6 0 0 的螺磁机在云南某选厂工业 试验，当给矿品位6 4 ．5 7 ％时，获得铁精矿品位 6 6 ．0 4 ％，铁回收率9 2 ．5 6 ％1 拘I 好指标【8 J 。 图2 螺旋磁场磁选机结构示意图 2 ．1 ．4 磁力旋流分选机磁力旋流分选机是北京矿 冶研究总院研发的一种新型的复合力场铁矿石精选设 备。设备结构见图3 ，螺旋磁系和内筒均可旋转并且 转动方向相反。矿浆从给矿口给入，磁性矿物在磁场 力、上升水旋流剪切力、离心力、重力等多种作用力 形成的复合力场作用下实现与脉石矿物的分离，当最 大颗粒脉石矿物在矿浆中的沉降速度小于上升水流速 度时，脉石矿物向上运动，最终从溢流口溢出成为尾 矿。对首钢矿业公司大石河选矿厂的工业试验，当给 矿品位5 9 ．3 6 ％时，获得铁精矿品位6 4 ．0 6 ％，精矿产率 9 1 ．5 5 ％，铁回收率9 8 ．8 0 ％的好指标1 9 1 。 图3 磁力旋流分选机结构示意图 万方数据 2 4矿冶工程第3 3 卷 2 ．2 以团聚方式的新型弱磁精选机 2 ．2 ．1 磁重选矿机磁团聚重选机 又称磁聚机 是 1 9 8 4 年地矿部综合利用研究所与首钢矿业公司合作 研究成功的。此设备的诞生有效的解决了传统筒式 磁选机所不能解决的“磁性夹杂”和“非磁性夹杂” 问题，使精矿品位得到较大提高，设备结构见图4 。 但是该设备为永磁铁构成，磁场始终存在，磁性矿 物在矿浆中仅较弱的磁场力和重力形成的团聚．分散 ．团聚现象不明显，夹杂的杂质不易除去，还有场强 固定使该设备适应矿石能力差。第二代磁聚机改进 为利用通电线圈产生交变磁场替代不变的永磁场， 取得了一定的效果。但多数只能调整几个固定的电 流参数，而且需要人工进行切换，无法实现自动调 整与控制。这种设备在我国磁铁矿选矿中应用不是 很广泛【1 0 1 。 执行嚣 图4 磁重选矿机结构示意图 2 ．2 ．2复合闪烁磁场精选机首钢矿业公司在永磁 磁聚机及电磁磁聚机的基础上研制成功了复合闪烁 磁场精选机。该机是针对磁聚机所暴露出的缺点研 制的，它克服了永磁磁聚机有效选别粒级窄的缺点， 能有效解决永磁磁聚机不能将粗粒连生体和脉石脱 掉及易跑黑等难题。设备结构见图5 ，矿浆由中部给 矿器分散给入到筒体内，给水管下部安装返水盘， 矿物在上升水作用下向上运动，磁性铁矿物在闪烁 磁场中磁化形成磁团聚体，加大了自身重量，由于 磁场变化产生磁场力的作用，克服了由给水器给入 的上升水流的浮举作用向下沉降。沉降过程中，由 于电磁场在电磁线圈自动控制下时有时无，在有电 磁磁系的区域也能呈不断团聚．松散．团聚状态，以便 将团聚体中夹杂的脉石矿物和磁性较弱的连生体用 水冲出，使精矿不断得到提纯；当精矿沉降到给水 器下方时，又受到由多层永磁磁场的作用，磁性矿 物继续受到团聚．松散．团聚的作用，精矿进一步得到 提纯，运动到锥体部分受到高深磁力脱水槽的作用， 加速沉降，并得到最后的精选，形成最终精矿从底 部排矿阀中排出。目前在首钢矿业公司水厂、大石 河选矿厂应用的规格为①1 0 0 0 的复合闪烁磁场精 选机，当给矿品位为6 0 ．5 3 ％时，可选得6 5 ．2 0 ％品位 的铁精矿，比现在使用的永磁磁聚机提高精矿品位 2 ．2 个百分剧1 1 1 。 图5复合闪烁磁场精选机结构示意图 2 ．2 ．3 磁选柱1 9 9 0 年，鞍山科技大学首先研制了 l 台0 3 0m m 电磁式磁重选矿机，取名为磁选柱，该 设备结构见图6 。该设备采用特殊的电源供电方式， 在磁选空间产生特殊的磁场变换机制，对磁选矿浆 进行反复多次地磁聚合．分散．磁聚合作用，能充分分 出常规磁选设备夹杂的中、贫连生体及单体脉石， 因而由该设备可精选磁选过程的中矿及低品位磁选 精矿，生产高品位精矿乃至超纯铁精矿【1 2 l 。1 9 9 4 年 7 月，第1 台磁选柱0 4 5 0m m 在安平乡磁铁矿选矿 厂工业生产应用。2 0 0 4 年8 月本钢实施“提铁降硅” 工程，在歪头山铁矿、南芬选矿厂使用了7 0 台0 6 0 0 m m 自动控制式磁选柱，铁矿品位由改造前的 6 7 ．0 0 ％- ～6 7 ．5 0 ％提高到6 8 ．5 0 ％以上，s i 0 2 含量降至 4 ．5 0 ％以下【l3 1 。到目前已有十几家选矿厂采用磁选柱 进行过工业试验或工业生产，对于磁铁矿的精选作 用明显。 2 ．2 ．4 螺旋磁选柱螺旋磁选柱是在磁选柱基础上 强化磁团聚松散及夹杂脉石的洗出所作的改进设 备，设备结构见图7 。该设备沿分选柱装置上下四层 电磁线圈组，每层电磁系沿柱体周围均匀分布有2 4 万方数据 第3 3 卷 曾尚林我国弱磁场精选设备应用现状及发展方向2 5 图6 磁选柱结构示意图 糟矿 图7 螺旋磁选柱结构示意图 个小线包。所用小线包由上至下组合成两组，两组 电磁线包由电控系统控制自上至下循环构成两种不 同的通电周期，第一组循环周期4 秒钟，由上层线 包至下层线包依次各通电1 秒钟，第二组循环周期8 秒钟，由上层线包至下层线包依次各通电2 秒钟。 通过电控系统的控制，形成自上至下似螺旋状的磁 系作用，加强了磁聚聚团的翻滚作用，达到良好的 磁团聚松散。而较强的切向给水，由下往上能较好 的冲洗出夹杂的脉石及连生体，使有用矿物及脉石 良好分离。其最大规格为①1 9 0 0m m ，在包钢选矿 厂对外购矿系统铁精矿精选的工业分流试验表明， 当给矿品位6 7 ．0 0 ％时，可以分选并获得精矿品位 6 8 ．5 0 ％的铁精矿【1 4 】。白云鄂博氧化矿采用电磁螺 旋柱．细筛．再磨．弱磁选及强磁精细筛．反、正浮新 工艺，达到提质降杂的目的。采用新工艺后，在氧 化矿铁品位T F e2 9 ．0 3 ％，F e O8 ．3 3 ％的条件下，铁 精矿品位由6 4 ．3 9 ％提高到6 8 ．1 8 ％，提高了3 ．7 9 个百分点【】5 l 。 2 ．2 ．5复合磁场精选机复合磁场精选机是东北大 学为实现磁铁矿精选过程中的直接抛尾而研制的设 备。复合磁场精选机主要由分选单元即分选柱和控 制单元两部分组成，结构见图8 。分选柱包括分选筒 和磁系。磁系由自上而下排列的5 个线圈组成。控 制单元用来实现在磁系内部产生复合磁场。复合磁 场有两种形式1 4 线圈、3 4 线圈和5 4 线圈分别通恒定 电流，在分选筒相应的空间内产生的磁场为恒定磁 场；2 4 、4 ”线圈依次通脉动电流，在分选筒相应的空 间内形成脉动磁场。脉冲电流产生的磁感应强度较 高，为避免带来负面影响，磁场每一个通电周期内 形成多次“振动”，这种“振动”是依靠电流的“通” 与“断”来实现的。另外，通过触发电路来实现分 选过程中磁场的循环往复顺序向下移动，从而达到 提高该设备处理量的目的I 搏0 7 1 。使用①6 0 0m m 复合 磁场磁选机对丹东某含硼铁矿进行工业试验，当给 矿品位为6 0 ．0 0 ％时，可选得6 2 ．6 0 ％品位的铁精矿， 尾矿品位为1 2 ．0 0 ％1 1 。 沉砂 图8 复合磁场精选机结构示意图 2 ．2 ．6电磁重力淘洗磁选柱淘洗磁选机是一种利 用重力、磁场力联合作用的电磁选设备，该设备在 不同供矿条件下能全自动运行，特殊设计的磁系可 自动调节。与磁选柱分选原理相似，结构见图9 。磁 重力淘洗机自上而下设计了8 个电磁线圈，中间6 个采取自上而下循环的供电方式形成对磁性矿物向 下运动的磁场力，提高了对磁性矿物的选别效果。 与磁选柱类产品相比具有自动检测装置随时检测进 入矿量变化，当矿量增加时矿浆的比重增加，系统 自动增加电磁磁系的磁场强度，增加对磁性矿物向 下的吸力；当矿量减少时磁场强度减小，减小对磁 万方数据 矿冶工程 第3 3 卷 性矿物向下的吸力。采用2 台C H C X J 2 0 0 0 在河北柏 泉铁矿进行工业试验，当给矿品位6 2 ．1 9 ％，淘洗磁 选机平均精矿品位6 3 ．8 6 ％，试验结果平均较原生产 品位高出1 ．7 1 ％，效果比较明显，并且在没有回收溢 流的情况下，产率达到9 6 ．1 5 ％i 1 引。 糟矿 图9 电磁重力淘洗磁选柱结构示意图 2 ．2 ．7 磁筛C S X 系列磁场筛选机 简称磁筛 是 中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所在1 9 9 4 年 发明的磁场筛选法基础上研制的新型磁铁矿选矿专 利设备，它是继磁团聚重选工艺后在弱磁精选领域 的新发展，分选原理示意见图1 0 。 给矿 给矿 存在，极易透过筛孔进入中矿排出I s , 1 9 ] 。庙沟铁矿 2 0 0 5 年5 月份使用了8 台磁筛设备对现厂选矿工艺 进行了技术改造，比原选厂精矿品位提高了1 ．4 0 个 百分点，原矿处理能力提高了1 2 ．8 0 ％，精矿产量提 高2 ．8 0 ％1 2 们。磁场筛选机具有适用粒度范围广、用 水量小、分选精度高等一系列优点，它对各类型磁 铁矿具有普遍的提质效果，较之传统工艺具有明显 的优势1 2 1 1 。 2 ．3 其他类型弱磁精选设备 如广州有色院研制的L M C 立式脉冲振动磁选 机，对某难选细粒磁铁矿利用该设备在实验室试验 进行一粗一精选别，可得到F e 品位6 0 ．1 2 ％、铁回收 率8 5 ．1 ％的指标睇2 1 。 北京科技大学矿物加工室研究开发了低场强自 重介质跳汰机。该设备突破了微细粒重选流膜选矿 模式，解决了微细粒物料的“深水层”重选问题， 使其在大型选矿厂及大处理量作业中能发挥较好的 作用，可以说，它是一种有效的微细粒“深水层” 磁重分选设备。对包钢选矿厂磁铁矿系列弱磁选粗 精矿进行了分选试验，在给矿品位5 9 ．2 0 ％的条件下， 取得了产率8 7 ．7 4 ％、铁精矿品位6 4 ．0 2 ％、回收率 9 4 ．8 ％的较好指标1 2 3 l 。 4 弱磁精选设备的发展方向 近年来，由于矿业行情的好转，越来越多的科 技人员投入到该行业，弱磁精选设备得到迅速的发 展，开发出了一些新型高效弱磁精选设备，并得到 lI 成功应用。但是面对我国铁矿石“贫”、“杂”、“细” I 一’l 的特点，仍不能完全满足磁选工艺发展的要求。为 此应继续开展研究，研制出多种且能满足多条件的 高效弱磁选设备。作者认为今后弱磁选精选设备的 J 秀 _ 研发应具有以下特点 ‘，1 设备大型化。设备的大型化是指提高设备的 ， I ．处理能力，从而提高生产率。现有的主流弱磁精选 |／ 万方数据 第3 3 卷 曾尚林我国弱磁场精选设备应用现状及发展方向2 7 参考文献 【l 】 沈慧庭，黄晓燕．2 0 0 0 ～2 0 0 4 年铁矿选矿技术进展评述【J 】．矿冶工 程．2 0 0 5 6 2 6 - 2 9 ． 【2 】余永富国内外选矿技术进展【J 】．矿冶工程，2 0 0 4 5 2 5 - 2 9 ． 【3 】 袁志涛，韩跃新，郑龙熙改善磁分离设备分选效果需要解决的问 题及途径[ c y ／2 0 0 3 年全国破碎、磨矿及选别设备学术研讨与技术 交流会北海．2 0 0 3 ． 【4 】 胡永平，袁怀雨，刘保顺．提高和优化铁精矿品位的技术途径 【c y ／2 0 0 2 年全国铁精矿提质降杂学术研讨及技术交流会．珠海， 2 0 0 2 ． 【5 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