陳廣振 金 鎮(zhèn) 王培信 姜呈陽 王 皓

(遼寧科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院)

磁選環(huán)柱是遼寧科技大學(xué)研制的一種新型磁選設(shè)備。該設(shè)備不僅吸收了磁選柱分選精度高的優(yōu)點(diǎn)，還克服了磁選柱對(duì)給礦粒度要求嚴(yán)格、耗水量偏大等不足，同時(shí)突破了磁選柱僅適用于磁鐵礦石精選作業(yè)的局限性，將應(yīng)用范圍擴(kuò)大到了粗選作業(yè)。

但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，磁選環(huán)柱應(yīng)用于磁鐵礦石粗選作業(yè)時(shí)，還存在尾礦品位比磁選機(jī)高約1個(gè)百分點(diǎn)的問題。為了解決這一問題，遼寧科技大學(xué)對(duì)磁選環(huán)柱進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)研究。

1 磁選環(huán)柱粗選尾礦品位偏高原因分析

磁選環(huán)柱主要由采用中心給礦方式的給礦斗、分選筒、溢流管、勵(lì)磁線圈、尾礦筒、精礦排礦管、尾礦排礦管、精選腔及其給水管、電控裝置等構(gòu)成。其中，尾礦筒以其上邊緣為界，將分選筒分為上下兩個(gè)區(qū)域，上部為粗選區(qū)，下部為精選區(qū)［1-2］。經(jīng)過現(xiàn)場考察和分析，發(fā)現(xiàn)造成磁選環(huán)柱粗選尾礦品位偏高的主要原因在于以下兩方面:

(1)磁選環(huán)柱磁場對(duì)磁性顆粒的作用主要集中在磁極頭附近，其余空間磁場力作用深度不足，存在磁場力作用薄弱和空白區(qū)，致使一部分磁性顆粒因所受磁力太小而流失到尾礦中。

(2)磁選環(huán)柱中心附近是磁場力作用最薄弱的區(qū)域，采用中心給礦方式易導(dǎo)致部分磁性顆粒直接進(jìn)入到尾礦中。

2 磁選環(huán)柱結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施

針對(duì)上述造成磁選環(huán)柱粗選尾礦品位偏高的原因，決定采取兩方面措施對(duì)磁選環(huán)柱進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn):一是在粗選區(qū)增設(shè)筒狀聚磁篩網(wǎng)，二是將給礦方式改為周邊給礦。

2.1 增設(shè)聚磁篩網(wǎng)

聚磁篩網(wǎng)的增設(shè)是磁選環(huán)柱結(jié)構(gòu)改進(jìn)的主要措施。聚磁篩網(wǎng)采用導(dǎo)磁材料制成，其篩絲的最佳直徑及間距通過試驗(yàn)確定，其下端連接在尾礦筒外邊緣精選腔內(nèi)。增設(shè)聚磁篩網(wǎng)的磁選環(huán)柱如圖1所示。

圖1 改進(jìn)后的磁選環(huán)柱

聚磁篩網(wǎng)與磁選環(huán)柱磁系在粗選區(qū)空間內(nèi)構(gòu)成閉合磁路，在設(shè)備工作時(shí)可將粗選區(qū)分散的磁力線聚集在聚磁篩網(wǎng)上，使大部分磁力線處于篩網(wǎng)和磁系之間，從而提高粗選區(qū)的磁場強(qiáng)度和磁場梯度，阻止原本可能損失的磁性顆粒進(jìn)入尾礦筒。具體而言，增設(shè)聚磁篩網(wǎng)可以阻止兩部分磁性顆粒進(jìn)入尾礦:一部分是粗選區(qū)由上向下運(yùn)動(dòng)的磁性顆粒，另一部分是已進(jìn)入精選區(qū)而被上升水流沖出的細(xì)粒磁性顆粒。由于這兩部分磁性顆粒損失的減少，尾礦品位將得以降低，精礦回收率將得以提高。

2.2 改中心給礦為周邊給礦

將給礦方式由中心給礦改為周邊給礦，可以使物料先給入聚磁篩網(wǎng)和分選筒壁之間的分選區(qū)，從而降低磁性顆粒直接進(jìn)入尾礦筒的概率。改進(jìn)后的給礦方式如圖1所示。

3 改進(jìn)后磁選環(huán)柱的分選原理及過程

3.1 分選原理

在粗選區(qū)，磁性顆?；虼沛溗艿拇艌隽σ詮较虼艌隽橹?、軸向磁場力為輔，兩者的合力指向分選筒內(nèi)壁。磁性顆?；虼沛溤诖艌隽?、有效重力和上升水流動(dòng)力的聯(lián)合作用下向分選筒筒壁和聚磁篩網(wǎng)運(yùn)動(dòng)，然后向下進(jìn)入精選環(huán)腔;非磁性顆粒在有效重力和上升水流動(dòng)力的聯(lián)合作用下旋轉(zhuǎn)向下，穿過聚磁篩網(wǎng)進(jìn)入尾礦筒成為尾礦［3］。

在精選區(qū)，磁性顆?；虼沛溊^續(xù)受到磁場力、有效重力和上升水流動(dòng)力的聯(lián)合作用，非磁性顆粒繼續(xù)受到有效重力和上升水流動(dòng)力的聯(lián)合作用。當(dāng)它們體積相同時(shí)，磁性顆?；蛞云錇橹鞯拇沛湹某两邓俣茸畲螅B生體礦?；蛞云錇橹鞯拇沛湹某两邓俣却沃?，脈石的沉降速度最小，此時(shí)只要適當(dāng)控制磁場強(qiáng)度和上升水流速度就可將它們分開。所以，循環(huán)下移的磁場力和旋轉(zhuǎn)上升的水流動(dòng)力是對(duì)選別起主要作用的兩種力。磁場力所起的主要作用是創(chuàng)造使磁鏈反復(fù)分散—團(tuán)聚—分散的條件，同時(shí)作用于磁鏈?zhǔn)蛊渲饾u下行，磁鏈在下行過程中逐漸得到純化，最后選別出高品位的精礦;旋轉(zhuǎn)上升的水流動(dòng)力所起的主要作用是從反復(fù)分散—團(tuán)聚—分散的磁鏈中分離出脈石和貧連生體并將它們帶入尾礦筒［4］。

綜上所述，磁場力和旋轉(zhuǎn)上升的水流動(dòng)力的有效配合為磁選環(huán)柱獲得高品位的鐵精礦創(chuàng)造了條件，而通過聚磁篩網(wǎng)產(chǎn)生足夠的磁場力及采用周邊給礦以降低磁性顆粒直接進(jìn)入尾礦的概率則為減少磁選環(huán)柱的金屬損失提供了保障。

3.2 分選過程

圖2繪出了改進(jìn)后磁選環(huán)柱在分選過程中的礦漿流態(tài)［5］。如圖所示，礦漿由周邊給礦斗均勻給入粗選區(qū)，給礦位置介于聚磁篩網(wǎng)與分選筒內(nèi)壁之間。磁性顆粒和連生體形成的磁鏈沿著分選筒壁或聚磁篩網(wǎng)向下運(yùn)動(dòng);非磁性顆粒在水流動(dòng)力的作用下穿過聚磁篩網(wǎng)進(jìn)入尾礦筒成為尾礦。磁性顆粒磁鏈進(jìn)入精選區(qū)后繼續(xù)向下沉降，并在此過程中經(jīng)過多次分散—團(tuán)聚—分散的淘洗，最終成為高品位精礦，從分選筒底部的精礦排礦管排出;從磁鏈中淘洗出的非磁性顆粒以及貧連生體在上升水流的作用下上升進(jìn)入尾礦筒，然后與粗選區(qū)尾礦一起從尾礦排礦管排出成為最終尾礦。

4 改進(jìn)后磁選環(huán)柱的粗選效果

為了檢驗(yàn)改進(jìn)后的磁選環(huán)柱是否能夠很好地解決粗選尾礦品位偏高的問題，采用鞍鋼大孤山鐵礦選礦廠原礦進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，并與未改進(jìn)的磁選環(huán)柱進(jìn)行了對(duì)比。

4.1 礦 樣

大孤山鐵礦石有用礦物主要為磁鐵礦，脈石礦物主要為石英，是典型的磁鐵礦石。磁鐵礦多為他形－半自形晶，部分為自形晶，且自形晶磁鐵礦多呈包裹體產(chǎn)出。礦石鐵品位低，鐵礦物嵌布粒度細(xì)，相對(duì)難選［6］。

圖2 改進(jìn)后磁選環(huán)柱的礦漿流態(tài)

試驗(yàn)礦樣取自大孤山鐵礦選礦廠一次分級(jí)溢流，其鐵品位為35.68%，粒度組成見表1。

表1 試樣粒度分析結(jié)果

4.2 試驗(yàn)裝置

4.3 操作參數(shù)的選擇

在對(duì)比試驗(yàn)之前，首先需要確定磁選環(huán)柱的操作參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)室條件下，磁選環(huán)柱可以調(diào)整的操作參數(shù)包括勵(lì)磁線圈電流強(qiáng)度、勵(lì)磁線圈勵(lì)磁周期、上升水流速度和給礦濃度。由于勵(lì)磁線圈電流強(qiáng)度和上升水流速度對(duì)磁選環(huán)柱的選別指標(biāo)影響顯著，因此本試驗(yàn)著重對(duì)勵(lì)磁線圈電流強(qiáng)度和上升水流速度進(jìn)行了選擇，勵(lì)磁線圈勵(lì)磁周期、給礦濃度則根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)分別定為2.4 s、35%。

圖3 試驗(yàn)裝置

4.3.1 勵(lì)磁線圈電流強(qiáng)度的選擇

在給礦量為200 g、給礦濃度為35%、勵(lì)磁線圈勵(lì)磁周期為2.4 s、上升水流速度為3.3 cm/s的條件下，改變勵(lì)磁線圈電流強(qiáng)度用改進(jìn)后的磁選環(huán)柱進(jìn)行粗選試驗(yàn)，得出改進(jìn)后磁選環(huán)柱尾礦品位、精礦品位和精礦回收率與勵(lì)磁線圈電流強(qiáng)度的關(guān)系曲線如圖4、圖5所示。

圖4 尾礦品位與勵(lì)磁線圈電流強(qiáng)度關(guān)系曲線

圖5 精礦指標(biāo)與勵(lì)磁線圈電流強(qiáng)度關(guān)系曲線

由圖4、圖5可以看出，隨著勵(lì)磁線圈電流強(qiáng)度的提高，尾礦品位逐漸下降，精礦品位快速上升后略有下降，精礦回收率快速上升后趨于平穩(wěn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮尾礦品位、精礦回收率、精礦品位及能耗問題，選擇勵(lì)磁線圈電流強(qiáng)度為3.0 A。

4.3.2 上升水流速度的選擇

在給礦量為200 g、給礦濃度為35%、勵(lì)磁線圈勵(lì)磁周期為2.4 s、勵(lì)磁線圈電流強(qiáng)度為3.0 A的條件下，改變上升水流速度用改進(jìn)后的磁選環(huán)柱進(jìn)行粗選試驗(yàn)，得出改進(jìn)后磁選環(huán)柱尾礦品位、精礦品位和精礦回收率與上升水流速度的關(guān)系曲線如圖6、圖7所示。

圖6 尾礦品位與上升水流速度關(guān)系曲線

圖7 精礦指標(biāo)與上升水流速度關(guān)系曲線

由圖6、圖7可以看出，隨著上升水流速度的增大，尾礦品位先緩慢上升后快速上升，精礦品位先上升后下降，精礦回收率不斷下降。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮尾礦品位、精礦回收率和精礦品位的變化趨勢(shì)及節(jié)水問題，選擇上升水流速度為2.7 cm/s。

4.4 對(duì)比試驗(yàn)

在給礦量為1 kg、給礦濃度為35%、勵(lì)磁線圈勵(lì)磁周期為2.4 s、勵(lì)磁線圈電流強(qiáng)度為3.0 A、上升水流速度為2.7 cm/s的條件下，分別采用改進(jìn)前的磁選環(huán)柱和改進(jìn)后的磁選環(huán)柱進(jìn)行粗選試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2可以看到，改進(jìn)后磁選環(huán)柱與改進(jìn)前磁選環(huán)柱相比，在精礦品位基本相同的情況下，尾礦品位降低了2.03個(gè)百分點(diǎn)，精礦回收率提高了2.75個(gè)百分點(diǎn)，證明磁選環(huán)柱增設(shè)聚磁篩網(wǎng)和改用周邊給礦方式是合理的，有利于該設(shè)備選別精度的提高。

表2 改進(jìn)前后磁選環(huán)柱粗選結(jié)果對(duì)比 %

5 結(jié)論

(1)在磁選環(huán)柱粗選區(qū)增設(shè)聚磁篩網(wǎng)可以提高粗選區(qū)的磁場作用力，減少磁性顆粒在尾礦中的損失。

(2)將磁選環(huán)柱的給礦方式由中心給礦改為周邊給礦可避免有些磁性顆粒直接進(jìn)入尾礦筒，這從另一個(gè)方面為提高磁選環(huán)柱的回收率創(chuàng)造了有利條件。

(3)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)表明，采取以上兩項(xiàng)改進(jìn)措施后，磁選環(huán)柱在對(duì)大孤山鐵礦石進(jìn)行粗選時(shí)，尾礦品位可降低2.03個(gè)百分點(diǎn)，精礦回收率可提高2.75個(gè)百分點(diǎn)。

［1］ 馮 泉，郭小飛，袁致濤.磁選技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2009(9):45-48.

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［3］ 田成春.磁選環(huán)柱在磁選工藝中的應(yīng)用研究與分析［C］∥第四屆全國選礦專業(yè)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.長沙:中國金屬學(xué)會(huì)選礦專業(yè)委員會(huì)，2008:247-251.

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