以磁流体为基础的选煤方法的应用.pdf

务 施 缘7 ／ 逝 缂 ， 锔 迦 S r i a 1 No 29 0 Ao 1 9 9 8 国外选矿快报 黑 觳 。 。 总 第 2 9 0 期 1 9 9 8 年 4 月 第 8 期 ，f ／ 以 磁 流 体 为 基 础 的 选 煤 方 法 的 应 用 移 串 ⋯⋯验室 勰-F，ro箍nt 美国宾户法尼亚州立大学 ，／ 摘 要 考 察 j实验 室型 以磁 流 体为基 础 的选 煤机 的应 用 一 朗盎 试 1 引言 磁流体是铁磁性 F e 、 C o 、 Ni 或亚 铁磁 r 物料分散在烃类 如煤油 或水中所形成的 胶态悬浮体。磁性粒子直径在 t o o _ -t s o , 之间． 通常 由沉淀法生产。不过 也可以采 用 研磨法。磁性颗粒十分细， 可防止其 在流体 中的沉淀， 同时采用分散剂来 防止絮凝。 这些流体的独特之处在于它们吸附到磁 体上去时相当于一个连续的单相系统 颗粒 和承运介质 。磁性感应的特性 是单体磁性 颗粒和周围流质载体通过分散剂链合而产生 的。这表明这些 流体 的作用相 当于牛顿 液 体， 既使是在高磁场或磁场梯度下。 当这 些流体受到一个 不均匀 磁场 的 影 响． 它会以一种整体的形式吸附于磁场最强 区域。因为流体被限制在一个容器中． 其 中 会产生一种反作用力或浮力。如果磁场梯度 与重力方向一致， 则浮力与重力方 向相反， 流 体中的非磁性颗粒就会因为它们 自身与感应 流体密度的不同而浮起或下沉。 非磁性或弱磁性颗粒的感应密度或表观 密度， g ／ c m ， 被确定为 麓t t ㈩ P f 【 l J 8 此处 f是直流体密度 g ／ c Mf是流体平均磁化强度 g a u s s 1 a H／ a z I 是垂直磁场梯度 o e r ／ c m g是重 力加速 度 c m／ s 2 使用一个适当形状的磁体， 可以使磁场 梯度与整个流体 近乎一致 。在实践中， 铁磁 流体饱和磁化值Ms 通常被用作 M ， 磁 流体在以密度差为基础的分选中替代有机液 体、 盐溶液和重介质分选强 度可很 容易地通 过改变磁场强度， 磁场梯度和／ 或流体浓缩加 以改变． 密度变化在 1 ～2 1 g ／ c m 之间。以水 为基础的磁流体无毒， 粘度相对较低， 可以通 过过 滤 回收 后再 用。 另一方面， 其它一些因素可能限制磁流 体的应用范围． 例如， 磁力学分选 只限于菲磁 性或弱磁性物料 此外 ， 细粒选矿 如1 【 1 1 m 仍是 此类 选矿技术工业应用的一个基本问题液体回 收是工业生产应用的经济可行性的一个决定 性因素 融流体矿作为一种选矿 技术的首次应用 在 2 0世纪 6 年代取得专利。后来开发出若 维普资讯 M 福法那等 以磁流体为基础 的选煤方击的应 用 1 9 9 8年 4月第 8期 干种分选机设计 方案， 其中国际磁化股份有 限总公司一种样机实现了工业生产和销售。 磁流体力学现象对选煤 的实用性也获得了研 究开发。 不过， 人们普遍认为， 对于给定的物料． 磁 体极性的选择和流体的特性是分选成功的关 键因素。在现行研究中， 弗朗兹 F r a n t s 电磁 选机经过改型并用于分批式和连续式选煤。 2 试验过程 分选机 此研究中的分选箱 用 3 ， 2 mm 厚的胶质玻璃制成． 并被安装于弗朗兹 电磁 体极 片之 间。连续 式 分选机 长 2 1 0 m m、 宽 1 9 ram、 高 3 7 mm， 有进料 口和出料 口， 也采用 了具有可比规模的间断式装置， 其进 出料 口 在顶端。 一 个由交流电源供 电的弗朗兹 电磁体， 用于产生磁场， 原来的极片被一个 如图 1所 给尺寸的磁铁加工成的极片代替。磁铁是含 有少量杂质的市购纯铁， 特别适用于提供高 磁感应强度和低剩磁值。一些磁铁隔圈也被 加工以利于磁撅间隙的变化。 I 上 T 5 5 H ．／ 固 1 童吉塔等人设计中的磁极片的几何形状 所选的几何条件为气 隙间所测的每一电 流值提供了一个稳定的在重力方向上的磁场 梯度， 以获 得垂直方 向上均匀 的表观密度． L i n等人散 了相似的研究， 不过他 们使 用的 几何形状不同， 且使用于间歇式矿物分选。 - ■ 一一 日r 固 2 磁流体分选机试驻 回路 磁极设计以富吉塔等人所采用的几何形 性。 状为基础并加以了改进， 在极间隙中插 入一 这样 空气 间隙中心的磁场分布从底到 个非磁性 棒以提高垂 直方 向上 密度 的均 匀 顶端不断递减。磁线圈电流最太 1 7 A 时， 维普资讯 总第2 9 0期 国外选矿快报 1 9 9 8年 4月 第8期 空间中心 的垂直梯 度为 5 9 3 Oe ／ c | T 1 1 0 e 7 9 ． 5 7 8 A ／ m 。另外， 水平方向上的场强从极 表面中心向外递增， 这就产 生了一个使悬 浮 物料从液池四壁 向中心靠近的力， 从而避免 了阻塞， 测试结果显示， 这种设计的极片产生 了沿设备长度任意延伸的均匀的磁场。 磁流体 由木素磺酸铁组成的水基磁流 体被用作分选介质。流体从国际磁化股份有 限总公司以浓缩形式中获得 Mf 7 ． 7 8 e mu ／ C V I t 3 。实验 用经 蒸馏 水稀 释的 流体进 行。 稀释的悬浮液磁化强度由流体制造厂提供的 图表估算出来。 实验用煤用两种不同灰分含量的高挥 发 A类沥青煤进行了实验。灰分较 低的煤 样台 u％灰分， 灰分较高 的原煤含 2 5 ％灰 分， 者都用鄂式破碎机破碎成 6 ram。 甩一台 R 。一T 振动筛分机将试样于式 筛分出 0 5 9 ram0 ． 5 0 mm和 0 ． 1 8 m m 0 ． 1 5 mm两个粒级。采用窄粒级以最大限度降 低粒度对分选的影响。 实验程序 初始磁流体分选是在从 1 3到 2 ． 9之间 的相对密度下进行的， 两种煤都采用分批法 分选 。采用平行试验方法， 每次试验采用单 独的样品， 由此可获得在相对密度条件下的 累积悬浮产品和沉降产品数据。所有样品都 采用含 0 ． 1 ％悬浮液湿润。调整好相对密度 后， 经过预湿的煤加入分选机， 充分混合， 并 搁置一小时， 悬浮产品被真空虹吸器， 从分选 机上部分离出来， 分选机 内的剩余 矿浆倒入 过滤器 以回收沉淀产品。样 品经水冲洗， 击 除残留磁流体并干燥， 然后称量出不同相对 密度下的产率。每种产品都 作了灰分分析， 产率数据的可再现率误差为 1 ％用磁流体 进行分选的结 果与在同样相对密度条件下的 有机液体的分选 结果进行了比较。 用径流分选 机进行的连续分选过程示于 图 2 ， 约 2 L磁流体加入槽 1 和 2 ， 将要求粒级 1 0 的煤加入槽 2 ， 搅动几分钟以充分混合， 所有 试验中的固体重量浓度均为 2 ％。磁体通 电 并调整至适 当的电流强度， 以产生需要 的相 对密度。开动蠕动泵到所需速度。物料流速 和停留时间则通过调整泵遣 来调节， 阀门设 置到槽 1上。这样， 只有磁流体可被从分选 机中抽出， 充入磁流体系在给入煤 浆之前进 行。需注意消除分选机中的气泡， 完成 充填 磁流体后， 调整阀门以便从槽 2中抽 出矿浆。 悬浮产品和沉积产品在出 口端分离并被收集 起来。 实验 完成后， 调整 阀门以便从槽 1中抽 出循环水流， 彻底冲洗系统中的残留固体， 清 除出所有悬浮液物料后， 关闭磁 系和泵， 所有 残留在分选机底部的固体都与沉积物料混合 在一起 。 不断用新的泵速或新的磁系设置值 即 相对密度 重复试验过程， 样 品经清洗 、 过滤 和干燥 。净煤的产率由称量产品得出。产率 在 2 ％范围内变化 在重复五次试验的基础 上 得出 。 3 结果和讨论 分批式分选 分批 式分 选采 用 了 Up p e r F r e e p o r t和 P i t t s b u r g h 煤 样， 使用一个单 一的 磁化 强 度 的流体Mf 4 e mu ／ c | T 1 ， 分选相对 密度 由 电磁线 圈的电流强度控制。对用磁流体和有 机液体分选 2 83 2网目粒级和 8 01 0 0网 目粒级所得结果进行了比较。从比较结果可 以看出， 采用两种液体分选时， 在每一相对密 度条件下的产品产率都是相近的。 进一步的研究发现， 使用有机液体选煤， 1 ． 3 0 相对密度下的悬浮部分的灰分含量始终 低于使用磁流体时。在另一项研究中发现 了 相同的倾向。在近重力物料大量存在的低相 对密度区， 两种液体问的差异最 明显。理论 上， 两种液体在给定的相对密度下都会产生最 理想的分选效果。然而结果却并非如此。这 维普资讯 M 福法那等 以磁流体为基础的选煤方法的应用 1 9 9 8年 4月第 8期 一 部分是因为液体的性质不同，例如， 与磁流 体相 比， 有机液体可以渗透到煤上更小的孔隙 中去， 这将改变颗粒表观密度。同样， 痕量干 磁流体会留在煤上， 既使经过清洗也 不能去 除， 致使灰分含量较高 ， 另外， 磁流的相对密度 在整个分选槽中也并不完全均匀。 分选在以相对密度为 1 ． 3的条件下采 用 两个 8 0 1 0 0目 P i t t s b u r g h煤样进行， 每一个 样品用磁流体分选， 部分悬浮物料留下来做灰 分分析， 其余的悬浮物采用 1 ． 3 0相 对密度的 有机液体再浮， 对悬浮部分和沉积产品进行灰 分分析。第 2个样 品进行 同样的操作。不同 的是， 分选先在有机液体 中进行， 其相对密度 为 1 ． 3 O ， 悬浮部分在磁流体中再选。 结果显示， 清洗并非问题所在， 因为从有 机液体中出来的悬浮物料的灰分值与在磁流 中再选的物料的灰分值几乎相同 表 1 。另 一 方面， 从磁流体中出来的悬浮物料的灰分 值在有机液体 中再选 时降低， 这表 明在磁流 体密度的均匀性方面可能存在着某些差异。 表 1 两段悬浮 一沉降分选灰分含量比较 第 1 段 第 2段 灰分／ ％ 试样悬 萍产品试样 灰分／ 9 6 悬浮产品悬浮产品给料 磁流体4 ． 0有机液体2 0 4 6 3 ． 9 有机{ 葭体2 ． 4 磁 流体 2 2 2 ． 6 2 4 *由弟 l段 悬 i 孚产 品 } 茸 成 通过分选槽密度模拟来测量磁流体 中分 选密度的均匀性。利用对磁间隙中磁场分布 的有限元分析和磁流体磁化 曲线来求 出沿垂 直方 向的密度值 按感应密度方程式 因为 系统的对称性 ， 只模拟 了从槽壁向中心 的密 度流线， 从对电流相对密度为 1 ． 3时密 度在 流体槽中的分 布的模拟结果， 可以观察到沿 槽高分为若干密度区而非均 匀的 1 ． 3密度， 这种密度分布的不足可能会导致一些高灰分 颗粒误入悬浮产品。此分析将在其它地方进 行更详细的讨论。 连选式分选 此研究的重点是发展检验磁流体分选的 技术， 不过， 连续式试验是在相对密度分别为 1 3 、 1 ． 4和 1 ． 6 ， 流 速 分 别 为 1 ． 7 、 2 4和 3 ． 3 L ／ mi n ， 用 2 83 2目 Up p e r F r e e p o r t 煤样 在连续式分选 机中进行的， 物料的停 留时间 分别为 5 ． 2 、 3 ． 6和 2 ． 7秒。 研究了流速 停留时间 和介质密度对品 位 一产率的影响。正如所预计的， 当流速 降 低、 介质 密度 增大， 分选结果接近 可洗性 曲 线。这与停留时间越长、 分选效果好相一致。 同样， 在低近重 力物料 区， 比如在 1 6时， 既 使是对如此细 的粒级部分， 较 短的停留时问 也可获得较好分选效果。 提要和结论。 介绍 了实验 室用磁流体静 力选煤 的技 术。一架弗朗兹 F r a n t z 电磁选机用新的极 片重新装配以产生合适的磁场梯度， 进 而产 生所需的浮力。实验证 明， 用磁流体分选粒 度大于 1 0 0目的煤可以用改 良了的分选机 和 适当的磁流 密度的分批 式来实现。弗 朗兹 F r a n t z 电磁选机的强度限制了极片间的距 离， 因此 ， 最 大 可选 粒 度 为 约 1 ． 2 1 mm i 4 目 。 。 磁流体分选结果与使 用有机液体分选 时的结果非常一致 ， 但 1 ． 3密度时前者的悬 f 浮物料的灰分含量较高。 磁流体中的密度变化可能会引起颗粒的 错位， 这在高近重力物料区尤为普遍。 连续式分选也是在改制的实验室设备中 进行的。正如所料， 随着矿浆在分选槽中停 留时间的增长， 分选精度提高， 既使是在很短 的 5 分钟， 分选效果也显著． 分选结果接近理 论值， 特别是在 1 4和 1 6相对密度条件下 的分选。 钱鞠梅摘译 自 Mi n e r a l s a n d Me t a l l u r ． g i c a l P r o c e s s i n g 1 9 9 7 ． 2， 3 5～ 4 0 中容校 收稿 日期1 9 9 80 21 8 1 1 维普资讯