重介质选煤工艺磁性介质回收技术研究.pdf

第 1 1卷第 4期 2 0 0 2年 1 2月 矿 冶 M I NI NG ＆M ETALLURGY Vo l 1 1 ．No． 4 De c e mb e r 2 0 0 2 文 章 编 号 1 0 0 57 8 5 4 2 0 0 2 0 40 0 2 80 4 重介质选煤工艺磁性介质 回收技术研究 陈 雷 北 京矿 冶 研 究 总院 ，北 京 1 0 0 0 4 4 摘 要 重介质选煤工艺 ， 对产 品中脱除的磁性介质进行 回收、 再生 ， 是提高这一工艺经济实用性的有效 方法。研制成功了专门用于 回收细粒磁性介质的 x C T N及 2 x C T N系列磁选机 ， 探讨 了提高 回收效果的主 要因素 ， 即合理 的磁场分布 ， 在分选 区有高的磁感应强度 ， 有适于细粒级矿物回收的相应槽体结构 ， 分选设 备中能产生合理 的矿浆流 向等。工业应用表明 磁性物 的回收率达到 9 9 ． 5 ％～9 9 ． 8 ％， 回收指标达到国内 外先进水平。随着重介质选煤工艺的推广 ， X C T N及 2 X C T N系列磁选机的应 用前景广阔。 关 键 词 重介质选煤 ；磁性介质 回收 磁选机 中图分类号 T D 4 5 7 文献标识码 A TECHNI CAL RES EARCH ON RECOVERY OF T 、 AGNETI C Ⅳ匝DI UM I N DENS E Ⅳ匝 DI UM COAI ， PROCES SI NG TECHNOLOGY CHEN Le i B e i j i n g G e n e r a l R e s e a r c h I n s t i t u t e o fMi n i n g a n d Me t a l l u r g y， B e O i n g 1 0 0 0 4 4 ， C h i n a AB r RACTTh e r e c o v e r y o f ma g ne t i c me d i u m s e p a r a t e d f r o m p r o d u c t i s a n e f f e c t i v e wa y t o i m p r o v e e c o n o mi c p r o f i t o f d e n s e me d i u m c o a l s e p a r a t i o n t e c h n o l o g y． Th e XCTN an d 2 XCTN ser i e s o f ma g n e t i c sep a r a t o r ha v e b e e n S u c c e ．s s f u l l Y d e v e l o p e d t o r e c o v e ry t h e f i n e ma g n e t i c me d i u m ． Th e ma i n f a c t o r s O f i n fl u e n c i n g t h e r e c o v e ry are i n t r o d u c e d． s u c h a s r e a s o n a b l e d i s t rib u t io n of ma g n e t i c f i e l d， hi g h ma gn e t i c i n d u c t i o n i n sep ara t i n g are a ， t h e a p pr o p ria t e p u l p t r o u g h s t r u c t u r e s u i t a b l e t o r e c o v e ry o f f i n e mi n e r a l s a n d p r o p e r p u l p fl o wi n g d i r e c t i o n i n sep a r a t i n g d e v i c e ． Th e c o mm e r c i al a pp l i c a t io n s s h o w t h a t t h e r e c o v e ry o f mag ne t i c s u b s t a n c e s i s u p t o 9 9． 5％ ～ 9 9． 8％ ． Th e X r N a nd 2X r N series o f ma gn e t i c sep a r a t o r h a s a g o o d a p p l i cab l e f u t u r e alo n g wi t h t h e e x t e ns ion o f d e n se me d i u m c o a l p r o c e s s i n g t echn o l o g y． KEY Ⅵ De n s e me d i u m c o a l p r o c e s s i n g；Re c o v e ry o f ma gn e t i c me d i um；M a gn e t i c sep ara t o r 引 言 随着采煤机械化程度 的提高及煤炭采掘量的不 断增长 ， 各煤矿开采的高灰分煤在总产量中所 占的比 例也增高， 随着经济的发展 ， 人们对煤炭 的质量要求 也 日益提高。因此 ， 进一步发展选煤工业， 用优质燃 料满足 国 民经 济 需 要是 煤 炭工 业 面 临 的重 大 任务 之 ’ 一 0 重介质选煤 ， 工艺简单、 生产费用低， 是当今处理 难选煤 的最好 方法 。 目前 ， 我 国重 介质选 煤 厂处 理能 力所 占的选煤 比重远 不能适 应选 煤工 业 的发展 ， 原 因 收稿 日期 2 0 0 2 0 62 8 作者简 介陈雷 ， 机械研究所教授级高级工程师。 之 一是 细 粒 磁 性介 质 的 回收 及 再 生 技 术 进 步甚 微 。 加速对细粒磁性介质回收设备和工艺 的研究， 减少工 艺 中磁性 介质 的技 术损失 ， 是 使有 效 的选煤 方法尽 快 转化为经济成果的关键⋯ 。 近年来 ， 我们针对重介质选煤厂 车间 的现状及 要求 ， 重点进行了设备结构及其磁场特点 的研究 ， 初 步掌 握 了 回收 细 粒 铁 磁 性 介 质 的技 术 ， 研 制 成 功 X C T N及 2 X 、 N 系列 专 门用 于磁性 介质 回收 的磁选 机 ， 逐步满足重介质选煤厂的需求。 2 细粒磁性介质 回收技术及设备的研制 大多数煤层都含有厚薄不 均的泥质页岩 、 煤质 页岩及方解石的夹石层 ， 还含其它矿物如黄铁矿等。 采煤 时， 夹石层的部分矸石落入煤中 ， 使煤受到夹杂 维普资讯 陈雷 重介质选煤工艺磁性 介质 回收技术 研究 2 9 物 的 污染 ， 矿物 夹 杂物 的密度 一般 较 大 1 ． 8 ～3 ． 2 ， 有机煤质的密度一般不超过 1 ． 2 ～1 ． 3 ， 把原煤看作 各种不同密度颗粒 的总合体在重介质旋流器进行分 选。在重介质 旋流器 中 ， 应 用磁 性介质 细粒磁铁 矿 产生假重液体 ， 该液体 的密度介于煤与矸石密度 之间。磁性介质应 回收再 生后循环使用 ， 若磁选效 率不高 ， 重介质损失将使选 矿成本提高。作为磁性 介质的细粒 磁铁矿 粉， 其 粒度组 成 中 一4 0 ,u rn 含量 为 8 0 ％～9 0 ％ ， 一5 ,u rn 含 量 占 1 0 ％ ～2 0 ％ ， 用 常 规 磁选 手段 达 不 到应 有 的 回 收 效 果 ， 为 此 对 细 粒 磁 性 介 质 的 回收技 术及 设 备进 行 了有 针 对性 的研 究 。 2 ． 1 介质 矿 浆流 的分 选 特性 研 究 待 回收的磁性矿浆流量大、 流速快 ， 磁性颗粒的 粒 度 细 ， 回收 性 能 较 差 。对 此 ， 在 回收 磁性 颗 粒 时 ， 必须在分选 区磁力较强 处给入矿浆 ， 这 时大部分磁 性 颗粒 被吸 引并 输 送 至 磁 性 物 料 排 出 区 ， 未被 吸 引 的颗粒 在通 过 分选 区 的 全 部 路 径 时 ， 逐 步被 吸 引收 集 。必 须设 计较 长 的 分选 区 ， 且 相 应 的磁 场 力 逐 渐 加 大 ， 这 部 分超 细 磁性 物料 才 能 回收 。 2 ． 2磁 场 特性 的研 究 合 理 的磁 场分 布 曲线 必须 有 利 于细 粒磁 性 矿物 的最 大回收效果 ， 既考虑磁场作用深度 ， 又顾及筒表 磁场 强度 ；既 增 加 分 选 区 的磁 场 力 ， 又 尽 可 能节 约 材料费用 ， 合理解决磁场梯度与磁场作用 深度的矛 盾 是关 键 。在 两段 磁选 过 程 中探 索 了不 同分选 筒采 用不 同磁场特性的效果 ， 试验表明 ， 一段选别 的简体 表 面在 分选 区 的 磁 场 只要 达 到 1 8 0～1 9 0 mT， 就 足 以回收绝大部分磁性颗 粒 ， 而二段选别 简体的磁场 则应达 到 2 6 0 ～2 8 0 mT， 方能将 剩余 的细粒磁性 矿 物 回 收 ， 这 对设 计 双筒 型 磁选 机 是 重要 的。 一 ． ． ] ．‘ 8 ’ I f 1 ． 』 IL乔 H。 上 f k l ＼ 南 一 2． 3磁选 机 设 计原 则 1 要对细粒级产生较强磁力 ， 必须实现尽可能 高 的 磁场 强 度及 磁场 梯 度 2 J 。 2 要使磁选机的体积生产率大 ， 磁力作用范围 必 须 与工 作 容积 相适 应 。对 大处 理 量 的磁 性介 质 回 收而言， 磁系设计 中应使磁力作用范 围尽可能大。 3 分选槽的结构应与磁极位置相匹配， 如槽体 内液面高度不应高于远端 磁极 的水平高度 ， 以保证 磁铁矿粉的回收 。根据 磁系与槽体 的对应关系 ， 矿 浆 的分选 可 分 成 分 选 区 、 输 送 区 、 精 矿 排 出 区三 个 区 ， 磁 极 位置 稍有 偏 差 ， 就 会 引起 磁 铁矿 的损失 。 4 充 分 考虑 分 选 区 间 隙及 精 矿 排 出 区 间 隙 的 大小及作用 。分选 区间 隙是 与其相 应磁 场相匹配 的。通常 ， 分选区间隙应足够大 ， 以便矿浆能顺利地 通 过 而不 产 生 回流 ， 但 选 矿 间隙 不能 太 大 ， 否则 分选 区的平均磁力会减小 ， 造成 回收率下降。排矿区的 间隙可 以调节 ， 使 用 时 应 调 整 到 产 生符 合 要 求 的产 品， 排矿区的间隙较小 ， 则 精矿含水量较低 ， 但排矿 区的 间 隙过小 时 将会 加大 磁 铁矿 的损失 。 5 应 设计 较 大 的磁 包 角 ， 以增 加 选 别 带 长 度 ， 保证 回收 磁性 矿 物 的足 够 时 间 及 空 间 。 同时 ， 沿 筒 体 表 面在 磁路 上 的多 个 极 变 是 有 益 的 ， 可 以 在 磁性 产 品 中减 少 非磁 性 物 的夹 杂 及 污染 。 根 据 以 上 原 则 ， 设 计 了 X C TN 单 筒 型 及 2 XC TN 型 双 筒型 磁选 机 ， X C T N 全 逆流 型 筒式 磁 选机结构 图见图 1 。2 X C TN～1 0 3 0型号说 明如下 2代表双筒型 单 筒型不标数字 ， X为磁系带 稀土 磁钢 ， c为磁选机， T为筒式 ， N为全逆流 型槽体 ， 1 0 和 3 0分别为筒径和筒长， 单位是 d m。 图 1 X C T N全逆流型筒式磁 选机 Fi g． 1 XCTN Co u nt e r c u r r e n t d r u m ma gn e t i c s e p a r a t o r 1 ．调整机构 2． 磁筒 3 ． 金属滑 块联轴器 4 ． 传动装置 5 ． 槽体 6 ． 机架 7 ． 卸料刮板8 ． 槽堵 9 ． 给料装 置 维普资讯 矿 冶 目前 ， 投 人 生产 应用 的这类 磁选 机 已经 系列 化 ， 对 筒径 为 1 0 5 0 mm 的 磁选 机 而 言 ， 筒 长从 1 2 0 0 mm 开 始 ， 每 增 加 3 0 0 mm 为 一 种 型 号 ， 筒 长 直 至 3 0 0 0 mm。同时 ， 设 计 了筒 径 为 1 2 0 0 mm、 筒 长 为 3 0 0 0 mm 的我 国 最 大 规 格 的筒 式 磁 选 机 ， 以 满 足 年 处 理量 3 ． 0 M r 以上 的选 煤 厂 的需要 。 3 工艺参数对磁选机性能的影响 对 XC TN一1 0 1 0型样机 进 行 了试 验 研 究 ， 考 查 了给矿量 、 筒 体转速 、 排矿 区间隙等 主要参数 的影 响 ， 为正 确 使 用 XC TN 及 2 X C T N 系列 磁 选 机 提 供 了可靠的保 障。 3 ． 1给矿 量 的影 响 给 矿量 是 影 响磁选 机 性 能的重 要 参数 。试验 表 明 ， 当处理量很小时 ， 磁铁矿 的损 失相当大 ， 随着处 理量增加 ， 磁铁矿损失逐步减小 ， 当达到设备额定处 理量时 ， 磁铁矿 回收率最高 ， 继续增加 给矿量 ， 磁铁 矿的损失又增加了。这说 明， 每一台设备都有一个 最佳处理量 ， 这一处理量与设备标定 的额定 处理量 相近 ， 或多或少都会引起磁铁矿损失量的增加 。 可 以认 为 ， 给矿 量 偏小 时 ， 矿 物 颗 粒必 须单 个 地 通过给矿 间隙才能聚集 ， 在这种情况下 ， 细粒级磁铁 矿损失较多 。加大给矿量 ， 可以形成“ 磁链” 和“ 磁絮 凝” ， 这两个 因素都将 有利于在分选 区磁 铁矿 的 回 收。“ 磁链 ” 扫过分选 区时 ， 将捕收磁性颗粒 ， 否则这 部分颗粒将无足够的时间到达筒体 ， 而且“ 磁链” 的 形成可 以引起磁场变形 ， 增 大高梯度磁 场的作用 范 围 ， 从 而 增 大磁 力 。“ 磁 絮凝 ” 的作 用 可 以使 细粒 磁 铁矿 形 成 较大 的磁 团聚 颗 粒 ， 大 颗 粒 磁 铁 矿 损 失 较 小 。继续 增 加处 理量 ， 即超过 设 备 的额 定处 理 量 ， 矿 浆在 分 选 区停 留的 时 间 减 少 ， 因此 磁 铁 矿 的 回 收率 亦 减少 了。 对 两 次 分 选 的双 筒 型 磁选 机 ， 给 矿 量 分 布 大致 是 初选 时给 矿量 大 ， 但 非磁 性 物 含量 少 ；二 次 磁选 时 ， 给 矿量 较 小但 非 磁性 矿物 含量 大 ， 可 以通过 调整 给矿 工 作 间 隙 ， 增 加初 选 段磁 铁矿 的损 失 ， 更 多的磁 铁矿将被送到第二段磁选机中。这样“ 调解” 第一段 磁选机 、 提高第二段磁选机给矿量 ， 来减少全流程的 磁铁 矿 损失 。可 见 ， 为 了使 流 程 中 的磁 选 机 都 能达 到所要求的分选 效果 ， 应 当用不同 的办法去调整每 一 台磁 选机 。 3 ． 2简体 转 速 的影 响 简体转速试验的结果表 明， 为了使 磁铁矿损失 量最小 ， 当较小给矿量时 ， 简体转速应较低 ； 加大给 矿量 ， 则简体转速应提高。可以认为， 给矿量与筒体 转速基本保持一条近似直线的关系。 在额定处理量时 ， 低筒体转速情况下 ， 磁铁矿损 失较大， 这是因为在低筒体转速时， 筒体对精矿 的拖 曳力小 ， 因而磁选机的排矿能力就低 ， 在排矿间隙下 部的精矿密度则增加 ， 因而在低筒体转速时， 由捕收 的精矿中损失的磁铁矿增加 ， 在较高的磁铁矿 给矿 速度下 ， 损失量相 当可观 。而在低的磁铁矿 给矿速 度时 ， 若采用低筒体转速 ， 磁铁矿的损失就会大大减 少 。 磁选机一般 备有 固定速度的传动装置 ， 通常推 荐 的转 速 为 筒 径 1 0 5 0 mm， 转 速 为 2 0 r ／ mi n ；筒 径 1 2 0 0 mm， 转 速 为 1 7 r ／ mi n 。设 计 时 ， 据 此 来 确 定 最 佳 给矿量 ， 以使 磁铁 矿损 失 量最 小 。 3 ． 3排 矿 间隙 的 影响 一 段 初 选 磁 选 机 的 排 矿 间 隙 应 调 整 为 l 8～ 2 0 mm， 二段 分选 时 ， 排 矿 间隙 为 l 0 ～1 2 mm， 间 隙调 整的原则与给矿速率有关 。给矿速度增 加， 磁选机 的排 矿负 荷 就加 大 ， 在排 矿 区停 留 的时 间减少 ， 不 仅 导致排 矿 间隙 排 矿 时 间 缩 短 ， 而 且 排 矿 间 隙 下 部 磁 铁矿 的积存 量 增 加 ， 堆 积 的磁 铁 矿 将 在 距 筒 体 精 矿 排 出区更远 的 地 方 被 吸住 ， 而 此 处 磁 场 强 度 和 磁 场 梯度都小 ， 磁铁矿 就容 易排放到尾矿 中。实验观察 到的高给矿速度下 磁铁矿损 失量 的增加 ， 是因为松 散吸住的磁铁矿从排矿 间隙下部损失到尾矿中所造 成的。因此 ， 根据给矿速度率大小适时调整排矿间 隙是重 要 的 。 3 ． 4 磁 性 重 介质 本 身特 性 的影 响 在重介质选煤工艺中， 通常用细粒磁铁矿粉作 为磁重介质 ， 磁铁矿的磁性虽然在重介质选煤 中不 起作用 ， 但对重介 质 的回收有 着非常重要 的作用 。 根据磁场力 F 0 X0 H0 g r a d H0 的公式可以看到， 磁选 机 的磁 场 力除 了与磁 选机 磁 系本 身 的磁场 强度 H0 及 磁场 梯 度 g r a d H0 有 关 以外 ， 与 矿 物 的 比磁 化 系数 x 也有 着密切关 系。因此 ， 在选择作为重介质 的磁铁矿粉的时候 ， 应 当保证这种磁铁矿粉的磁性 物含量达到 9 5 ％以上l 3 ， 引， 否则在介质 回收过程中 将增加磁性物的损失。 综 上所 述 ， 一 台性 能优 越 的磁选 机 ， 除 了设 备本 身 的优 点外 ， 必 须 重视 工 艺参 数 的调整 ， 这 样才 能 在 流程 中尽量 减少 磁 性 介 质 的 流失 ， 以 达 到 降 低 生 产 成本 的 目的 。 维普资讯 陈雷 重介 质选煤工艺磁 性介质回收技术研究 3 1 4 XC TN 及 2 XC TN 系列 永磁 磁 选 机 的 应 用 专 门用 于重介 质 回收 的 X C T N 及 2 X C TN 系列 磁 选 机 研制 成 功 以来 ， 已经在 众 多选煤 厂 获 得应 用 ， 如盘 江煤 电集 团 、 水 城 矿 务 局 、 淮 南 矿 业 集 团 、 新 汶 矿 业 集 团等 所 属选 煤 厂 以及太 原东 盛 煤气 化 工 程指 挥 部 、 山西朝 阳煤业 有 限公 司 等 。经考 查 ， 磁 选 机对 磁 性 物 的 回收率 达 到 9 9 ． 5 ％ ～9 9 ． 8 ％ ， 得 到 了用 户 的好评 ， 随着重介质选煤工艺的不断推广 ， 这类磁选 机 的 应 用前 景 非常 广 阔 。 5 结 语 专 门用于 回收细粒磁铁矿物的设 备 ， 其生产运 转 达 到 最佳 化 的几 个 因素 是 设 备 合理 的磁场 分 布 ； 在 分 选 区有 高 的磁 场强 度 和磁 场 梯 度 ； 具 有适 于细 粒 级 矿物 回收 的相 应 槽 体 结 构 ， 使 分 选设 备 中产 生 合理的矿浆流 向；必须调控给矿量 等工艺参数 ， 使 磁 铁 矿 损失 量最 小 。 双筒 型 磁选 机 具 有 单 筒 型 磁选 机 的全 部 优 点 ， 在相同人料性质 的条件下 ， 具有较高 的回收率及较 大 的处理 能 力 。 当物 料 中细 泥 含 量 较 多 、 有 较 大 固 体物 含量 时 ， 采 用 双 筒 型 磁 选 机 是 较 理 想 的选 择 。 使用双筒型磁选机时 ， 可以根据给矿浓度 、 物料粒度 来调节第 1 段磁选机参数 ， 提高第 2段磁选机的给 矿量 ， 以便减 少 磁选 机 的磁 铁 矿损 失 量 ， 达 到最 大 回 收效 果 。 参 考文献 [ 1 ] 赵跃 民 ． 我 国选煤 技术 的现状 与发展趋势 [ J ] ． 国外金属 矿 选 矿 ， 1 9 9 8 6 4 64 8． [ 2 ] 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 ． [ 3 ] 王世 光 ． 南 桐 选煤 厂 全 重 介选 煤 工艺 [ J ] ．选 煤技 术 ， 2 0 0 1 6 91 1． [ 4 ] 刘峰 ， 李瑞和 ， 等 ． 大 型高效重介质旋流 器选 煤简化 工 艺设备及 自动化 的研究 与实践[ J ] ． 选 煤技术 ， 2 0 0 2 1 14． 上接第 4 8页 相 应 的理 论基 础 、 一 定 的应 用 知识 的 能 力 和 抽 象 思 维 能 力 [ ， 引。 2 作为数学模型 ， 只做 出假设并写出数学公式 还不够 ， 还需要进行模型分析和检验等步骤 ， 以便指 导 实 际 。 3 建立数学模型过程中若 出现概念错误 ， 有可 能使整个工作报废 ， 所 以必须 注意每一步推理 的正 确 性 。 参 考 文 献 [ 1 ] 苏乾 益 ， 刘 政 ．振 动 磨机 介 质 运 动 规 律 及参 数 设 计 [ J ] ． 南方 冶金 学院学报 ， 2 0 0 2 ， 2 3 1 1 3 1 8 ． [ 2 ] 李启衡 ． 碎矿 与磨矿 [ M] ． 北京 冶金工业 出版 社 ， 1 9 8 0 ． [ 3 ] 蒋美仙 ， 陈 勇 ， 兰秀菊 ， 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