贫赤铁矿高压辊磨产品湿式预选研究.pdf

收稿日期 2011- 06- 30 基金项目 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目 N100401007 ; 教育部新世纪优秀人才支持计划项目 NCET- 10- 0308 . 作者简介刘 磊 1984- , 男, 山东泰安人, 东北大学博士研究生;袁致涛 1971- , 男, 湖北大冶人, 东北大学教授; 韩跃新 1961- , 男, 内蒙古赤峰人, 东北大学教授, 博士生导师. 第33卷第1期 2012 年 1 月 东北大学 学报自然科学版 Journal of Northeastern University Natural Science Vol33, No. 1 Jan.2 01 2 贫赤铁矿高压辊磨产品湿式预选研究 刘 磊, 袁致涛, 韩跃新, 吕雪芳 东北大学 资源与土木工程学院, 辽宁 沈阳 110819 摘 要 采用柱状磁介质研究了介质棒间隙、 直径及背景磁场强度对贫赤铁矿高压辊磨产品湿式强磁预 选效果的影响, 并对磁场中不同直径的单矿物颗粒进行了受力分析. 研究表明 减小介质棒间隙、 增加介质棒 直径和提高背景磁场强度均能降低预选尾矿的品位和产率, 提高回收率. 在同一背景磁场强度下, 随着直径的 增加, 介质棒对粗颗粒的捕收磁力增加, 对细颗粒的捕收磁力减小; 对于实际连生体矿粒, 考虑到矿粒重力和 黏滞阻力的影响, 增大介质棒直径在有利于粗矿粒捕收的同时并不影响细矿粒的捕收; 减小介质棒直径有利 于细矿粒的捕收, 但对粗贫连生体矿粒的捕收能力下降. 关 键 词 贫赤铁矿; 高压辊磨; 强磁选; 预选; 磁捕收力 中图分类号 TD 451 文献标志码 A 文章编号 1005 -3026201201 -0128 -05 Wet Pre -concentration ofComminuted Products by High - Pressure Grinding Roller for Lean Hematite LIU Lei,Y UAN Zhi-tao, HAN Yue -xin, L Xue -f ang School of Resources high -pressure grinding roller; high - intensity magnetic separation; pre -concentration; magnetic capturing force 随着我国资源的不断开发利用, 铁矿资源日 益贫化, 人们已经不得不将目光转向目前不容易 进行分选的贫杂铁矿石上. 高压辊磨机在冶金矿 山中的应用、 相关磁选设备的研发和预选工艺的 发展可使许多铁矿选矿厂降低开采边界品位, 将 大量 之前 不可经 济利 用的 贫矿纳 入资 源体 系[1- 3]. 受破碎产品粒度的限制, 目前贫赤铁矿 的预选停留在粗粒干式预选上[4- 5], 由于细粒级 物料的影响, 尾矿品位较高, 回收率较低. 本文对 齐大山贫赤铁矿预先进行高压辊磨机超细粉碎, 粉碎产品进行湿式强磁预选试验研究, 分析了介 质棒直径、 间隙以及背景磁场强度对预选效果的 影响. 研究结果对贫赤铁矿高压辊磨超细碎- 强 磁预选工艺的应用具有一定的指导意义. 1 试验样品与试验设备 样品取自鞍钢集团齐大山铁矿选矿分厂, 经 过高压辊磨机闭路破碎后产品的 P80为 157 mm .有用矿物主要是赤铁矿, 含有少量磁铁矿, w TFe 为 2532; 脉石矿物主要为石英, 其次 为黑云母、 绿泥石、 橄榄石等含铁铝硅酸盐矿物. 采用 XCQS 型顺控湿式强磁选机对高压辊 磨机全闭路产品进行预选试验. 强磁选机磁系为 电磁磁系, 由激磁线圈和铁轭组成, 激磁电流 0 20A, 对应背景磁场强度 0 864 kA/ m, 介质为圆 柱状磁介质, 排列方式为交错排列, 直径分别为 1, 2, 3, 4 mm, 间隙分别为 4, 5, 6, 7 mm . 试验样品 经混匀、 缩分、 取样后装袋备用, 每次试验矿样为 100 g . 为防止强磁性矿物在强磁场中磁化后堵塞 介质间隙, 强磁预选前对原矿进行弱磁选, 弱磁选 的磁场 强 度为 85 kA/ m, 弱 磁精 矿的 品 位为 4269, 产率为 1974, 铁回收率为 3310. 2 贫赤铁矿湿式强磁预选试验研究 2. 1 介质棒间隙对预选效果的影响 试验设定背景磁场强度为 263 kA/ m, 介质棒 间隙对预选指标的影响如图 1 所示 考虑到抛尾 量的因素, 对尾矿重点考察产率指标 . 图 1 介质棒间隙对预选指标的影响 Fig.1 Effect of rod gap on the perances of pre -concentration a 精矿指标; b 尾矿指标. 在介质棒直径一定时, 随着介质棒间隙的增 加, 预选混磁精矿的品位提高, 铁回收率先降低后 趋于稳定; 预选尾矿的品位和产率均先提高后趋 于稳定. 介质棒间隙主要对磁捕收率有影响, 随着 介质棒间隙的增加, 磁介质的充填率减小, 磁捕收 率相应降低, 颗粒被捕收的概率降低[6], 导致尾 矿品位和产率提高. 2. 2 介质棒直径对预选效果的影响 试验设定背景磁场强度为 263 kA/ m, 介质棒 直径对预选指标的影响如图 2 所示. 图 2 介质棒直径对预选尾矿指标的影响 Fig.2 Effect of rod diameter on the perances of pre -concentration a 精矿指标; b 尾矿指标. 在介质棒间隙一定时, 随着介质棒直径的增 加, 预选混磁精矿的品位降低, 铁回收率提高; 预 选尾矿的品位和产率均降低. 表明随着介质直径 的增加, 介质棒对弱磁性矿物的捕收能力提高. 2. 3 背景磁场强度对预选效果的影响 根据上述试验结果, 选用直径为 4 mm 的介 129第 1 期 刘 磊等 贫赤铁矿高压辊磨产品湿式预选研究 质棒, 其间隙为 4 mm, 背景磁场强度分别为 167, 263, 358 和 454 kA/ m, 背景磁场强度对预选指标 的影响如图 3 所示. 图 3 背景磁场强度对预选指标的影响 Fig.3 Effect of BMFI on the perances of pre -concentration a 精矿指标; b 尾矿指标. 随着背景磁场强度的增加, 预选精矿的品位 先降低后趋于稳定, 铁回收率先提高后趋于稳定; 预选尾矿的品位和产率均先降低后趋于稳定. 当 背景磁场强度达到 454 kA/ m 时, 精矿铁品位提 高639 个百分点, 回收率达到 9311 , 尾矿品 位仅为 683, 尾矿产率为 2560. 由于机械夹 杂的原因, 混磁精矿中存在脉石颗粒, 实际选别中 可以通过脉动矿浆等方法进一步减弱[ 7- 8]. 3 颗粒在介质分选空间内受力分析 将一横截面半径为 a 的导磁长直圆柱体介 质置于磁场强度为H0的均匀磁场中, 由于其轴 向长度远大于横截面的半径, 因而对其中区段的 磁场进行分析时, 可忽略两端的边缘效应, 而理想 化为二维场. 设圆柱体内、 外介质的磁导率分别为 1, 2 空气的磁导率 0, 并以 1, 2分别表示圆柱体 内、 外的磁位函数, 由于是无源无旋场, 所以它们 都应满足拉普拉斯方程, 即 2 0 . 在柱坐标系 中拉普拉斯方程为 r r r r 2 0 .1 由于圆柱内外磁场的分布是圆柱对称的, 故 采用圆柱坐标系, 设坐标原点位于圆柱的中心且 外加磁场强度的方向与 x 轴同向. 圆柱体内、 外 的磁位函数分别为 1 - 22 1 2H 0rcos r a,2 2 -1- 1- 2 1 2 a2 r 2H0rcos r a . 3 在背景磁场强度 H0 r0, 1 2时, H2r1 a2 r 2H0cos ,6 H2 -1- a2 r 2H0sin.7 磁场力切向分量 HgradH 2是使一个磁性 颗粒向圆柱形介质棒表面 0和 180的位 置移动的磁场力; 磁场力径向分量 H gradH 2r 是使磁性颗粒吸附在介质棒上的磁场力. 假定一 个纯赤铁矿颗粒理想化为球形颗粒, 直径为 b 最终吸附到介质棒上, 受力分析如图 4 所示. 忽略 颗粒之间的摩擦力和压力以后, 作用在磁性颗粒 上的力有 重力 G, 介质棒对颗粒的磁力 Fm和摩 擦力 f , 颗粒所受的黏滞阻力 Fd. 图 4 单个颗粒在介质棒表面受力分析 Fig.4 Force analysis of a single particle on the surface of rod 130东北大学学报 自然科学版 第 33 卷 磁性颗粒能够吸附在介质棒上所必须满足的 条件为 f G Fd, 即 G f Fd f 1 . 当 0时, 颗粒中心处切向磁场强度分量 H2为 0, 介质棒对颗粒的磁力和摩擦力如式 8 和式9所示, 颗粒重力如式10所示, 颗粒所受 的黏滞阻力如式11所示. Fm 00VH gradH - 8b 3 3 00H 2 0 1 a2 a b 2 a2 a b 3, 8 f Fm tan Fm,9 G gV 4b3 3 g,10 Fd 6 bv0.11 当矿物颗粒为连生体颗粒时, 连 0; Fm连 Fm; f连 Fm连. 12 式中 0为真空中的磁导率, 0 4 10- 7H/ m; 为颗粒密度, 赤铁矿 50 103kg/ m 3; 0为赤 铁矿的比磁化率, 0 12. 7 10- 7m 3/ kg; H 0为 背景磁场强度,A/ m; 为矿浆流动黏滞系数, 125 10- 6m2/ s 矿浆浓度为 20 ; v0为矿浆 流速, v0 01 m/ s; g 为重力加速度, g 9. 8 m/ s2; 为动摩擦系数; 为赤铁矿的动摩擦角, 30, tan 058; 为连生体颗粒中弱磁性矿物 的体积分数, . 磁力 Fm中的 - 表示其方向与背景磁场强 度方向相反, Fm与弱磁性矿物的比磁化率 0和 背景磁场强度的平方 H 2 0成正比. 不同直径颗粒 在背景磁场强度为 H0 263 kA/ m 下受力分析如 表 1 所示. 表 1 不同直径颗粒受力情况 Table 1 Force analysis of single particles with different diameters 介质棒直径/ mm颗粒直径/mmGf - 1 103Fdf - 1 105 G Fdf - 1 103 4 3. 003. 932. 003. 95 1. 001. 165. 321. 21 0. 180. 5882. 121. 40 3 3. 004. 672. 384. 69 1. 001. 115. 081. 16 0. 180. 4665. 141. 11 2 3. 006. 343. 246. 37 1. 001. 145. 221. 19 0. 180. 3448. 470. 83 1 3. 0014. 647. 4714. 72 1. 001. 567. 141. 63 0. 180. 2332. 950. 56 从表 1 可以看出, 在同一背景磁场强度下, 随 着介质棒直径的增加, 对于纯赤铁矿颗粒, 当颗粒 直径为300mm 时, G/ f 和Fd/ f 均降低; 当颗粒 直径为100mm 时, G/ f 和Fd/ f 变化都不明显; 当颗粒直径为 018 mm 时, G/ f 和Fd/ f 均提高. 因此, 对于纯矿物而言, 大直径的介质棒有利于粗 颗粒的捕收, 而小直径的介质棒有利于细颗粒的 捕收. 对于实际矿石颗粒而言, 绝大多数为连生体 颗粒. 直径为 300 和 100 mm 的颗粒所受的黏 滞阻力 Fd远小于其重力 G, 可以忽略不计. 这部 分粗矿粒以贫连生体为主, 由式 12 可知, 连生体 中弱磁性矿物的体积分数 越小部分贫连生体 中 10 , 其相对比磁化率 连越小, 小直径 的介质棒对矿粒的磁捕收力越小, G/ f 接近 1, 介 质棒对矿粒的捕收率明显下降, 尾矿品位和产率 也因此明显提高, 但可以通过提高背景磁场强度 来弥补. 对于直径为 018 mm 的矿粒而言, 所受 的黏滞阻力 Fd与重力 G 属于同一数量级, Fd与 G 之和为磁力Fm的 10- 3数量级. 这部分细矿粒 以富连生体为主, 即使捕收磁力较弱的 4 mm 介 质棒, 其 Fd G/ f 仍远小于 1, 因此介质棒直 径的增加并不影响细矿粒的捕收. 4 结 论 1 减小介质棒间隙、 增加介质棒直径和提高 背景磁场强度均能够降低预选尾矿的品位和产 率, 提高预选精矿回收率. 对于直径为 4mm, 间隙 为 4 mm 的介质棒, 当背景磁场强度达到 454 kA/ m, 入选品位为 2532 时, 精矿品位提高 639 个 百分点, 回收 率达到 9311 , 尾矿 品位仅为 683, 尾矿产率为 2560. 131第 1 期 刘 磊等 贫赤铁矿高压辊磨产品湿式预选研究 2 弱磁性矿物所受的磁力 Fm与比磁化率 0和背景磁场强度的平方 H 2 0成正比. 在同一背 景磁场强度下, 对于纯矿物颗粒, 增加介质棒直径 有利于粗颗粒的捕收, 减小介质棒直径有利于细 颗粒的捕收; 对于实际连生体矿粒, 考虑到颗粒重 力和黏滞阻力的影响, 大直径介质棒有利于粗矿 粒的捕收但不影响细矿粒的捕收; 小直径介质棒 有利于细矿粒的捕收, 但对粗贫连生体矿粒的捕 收能力下降. 参考文献 [ 1]刘建远, 黄瑛彩. 高压辊磨机在矿物加工领域的应用[ J] . 金 属矿山, 2010 6 1- 8 . 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