李文博 湯玉和 韓躍新 袁致濤

(1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院;2.廣州有色金屬研究院;3.稀有金屬分離與綜合利用國家重點實驗室)

高梯度磁選機因在強磁場中植入導(dǎo)磁不銹鋼介質(zhì)而使分選區(qū)域獲得高磁場梯度，從而實現(xiàn)了對微細(xì)粒級弱磁性鐵礦物顆粒的有效回收。聚磁介質(zhì)作為高磁場梯度的發(fā)生源及磁性礦物的捕獲體，目前已有多種形式被應(yīng)用于金屬礦選礦與非金屬礦除鐵工藝中［1］。生產(chǎn)中常見到的聚磁介質(zhì)類型包括不銹鋼棒介質(zhì)、齒板介質(zhì)、網(wǎng)介質(zhì)及非金屬除鐵中應(yīng)用的鋼毛介質(zhì)。微細(xì)粒級弱磁性礦物回收效果差和聚磁介質(zhì)堵塞影響分選效果是高梯度磁選中常遇到的兩個問題，然而聚磁介質(zhì)的自身特點又決定了兩者是一對很難同時得到根本解決的矛盾體。以鋼毛介質(zhì)為例，其在磁場中可產(chǎn)生107數(shù)量級的高磁場梯度，對體積小、比磁化系數(shù)低的弱磁性顆粒回收效果優(yōu)異，但由于其無序排列且密布充填，卸礦難度大，易造成積累堵塞而惡化分選效果，故只能應(yīng)用于磁性礦物含量低的物料分選過程中。相對而言，在水平磁場中采用平行排列的不銹鋼棒介質(zhì)對于解決細(xì)粒級弱磁性物回收和介質(zhì)堵塞矛盾具有一定優(yōu)勢，目前已有工業(yè)應(yīng)用實例［2-3］。本研究通過對比試驗，考察聚磁介質(zhì)形式和直徑對高梯度磁選效果的影響。

1 試樣

分別以國外某微細(xì)粒赤鐵礦石和廣東某褐鐵礦石的強磁掃選尾礦為試驗礦樣。國外某微細(xì)粒赤鐵礦石鐵品位為32.30%，主要鐵礦物為赤鐵礦;樣品－0.043 mm粒級占89.35%，且鐵礦物主要集中在－0.043 mm粒級中。廣東某褐鐵礦石尾礦鐵品位為12.52%，鐵礦物以褐鐵礦為主，含有少量云母狀赤鐵礦，褐鐵礦一般粒度為0.02～0.04 mm;樣品+0.030 mm粒級的產(chǎn)率和鐵品位分別為62.31%和6.20%，鐵分布率僅30.87%，而－0.030 mm粒級的產(chǎn)率和鐵品位分別為37.69%和22.97%，鐵分布率達(dá)72.83%。

2 試驗設(shè)備和試驗方法

2.1 試驗設(shè)備

以SSS－II型水平磁場周期式高梯度磁選機為試驗設(shè)備。如圖1所示，該設(shè)備其主要由鐵軛、磁極頭、線圈繞組、分選器、聚磁介質(zhì)盒、脈動機構(gòu)及傳動電機等部件構(gòu)成。

圖1 SSS－II型水平磁場周期式高梯度磁選機結(jié)構(gòu)

試驗采用的聚磁介質(zhì)分為圓棒介質(zhì)和異型棒介質(zhì)兩種類型，其中異型棒介質(zhì)(見圖2)是在圓棒介質(zhì)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的，目的是使其產(chǎn)生的磁場梯度較圓棒介質(zhì)有所提高，同時又保留圓棒介質(zhì)表面磁性物吸附面積大的特點。

圖2 異型棒介質(zhì)

不同聚磁介質(zhì)的直徑(異型棒介質(zhì)按中徑計，中徑=(外徑+內(nèi)徑)/2)及充填率情況如表1所示。

表1 不同聚磁介質(zhì)的直徑及充填率

2.2 試驗方法

將介質(zhì)盒置于分選器內(nèi)，向分選器內(nèi)注水并開啟脈動機構(gòu)，調(diào)節(jié)液面至介質(zhì)盒被浸沒并保持液面穩(wěn)定。給線圈通電，調(diào)整激磁電流使背景磁感應(yīng)強度達(dá)到預(yù)定值后，邊攪動待分選礦漿邊勻速將礦漿倒入分選器內(nèi)。給礦結(jié)束后停止向分選器補水，切斷激磁電流，清洗介質(zhì)盒。所有分選試驗均為1次選別，所得精礦和尾礦分別稱重、化驗鐵品位、計算產(chǎn)率和鐵回收率。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 相同充填率下介質(zhì)形式對分選指標(biāo)的影響

表2是背景磁感應(yīng)強度分別為0.58和0.80 T時，介質(zhì)直徑同為3 mm、充填率同為20.20%、介質(zhì)形式分別為圓棒介質(zhì)和異型棒介質(zhì)的1#和2#介質(zhì)盒對國外某微細(xì)粒赤鐵礦試樣的分選結(jié)果?？梢?背景磁感應(yīng)強度為0.58 T時，在精礦品位相近的情況下，2#介質(zhì)盒的精礦回收率較1#介質(zhì)盒的精礦回收率提高6.17個百分點;背景磁感應(yīng)強度為0.80 T時，在精礦品位相近的情況下，2#介質(zhì)盒的精礦回收率較1#介質(zhì)盒的精礦回收率提高3.17個百分點。即不同背景磁感應(yīng)強度下，異型棒介質(zhì)的精礦回收率均比圓棒介質(zhì)有所提高。由此可知，異型棒介質(zhì)對磁性顆粒的吸引力比圓棒介質(zhì)更強，因此，改變介質(zhì)表面的幾何特征是強化磁場梯度作用，提高磁場力的有效途徑。

表2 國外試樣不同形式介質(zhì)分選結(jié)果

3.2 相同介質(zhì)間隙下介質(zhì)直徑對分選指標(biāo)的影響

介質(zhì)直徑與磁性礦物顆粒的粒度具有適宜的匹配關(guān)系。在單顆粒、單根介質(zhì)理想體系下，最佳的介質(zhì)直徑與顆粒粒徑之比為2.69［4］。而在實際應(yīng)用中，介質(zhì)直徑與顆粒粒徑之比遠(yuǎn)高于該數(shù)值，但總體遵循粗顆粒選用較大直徑介質(zhì)、細(xì)顆粒選用較小直徑介質(zhì)的原則。為了考察相同介質(zhì)間隙下介質(zhì)直徑對分選指標(biāo)的影響，在0.58 T背景磁感應(yīng)強度下，采用介質(zhì)形式同為異型棒介質(zhì)，介質(zhì)間隙同為3 mm，介質(zhì)直徑分別為3、4、5 mm的3#、4#和5#介質(zhì)盒對廣東某褐鐵礦尾礦試樣和國外某細(xì)粒赤鐵礦試樣進(jìn)行了分選對比試驗，結(jié)果如表3、表4所示。

表3 廣東試樣不同直徑介質(zhì)分選結(jié)果 %

表4 國外試樣不同直徑介質(zhì)分選結(jié)果 %

由表3可見，廣東某褐鐵礦尾礦經(jīng)3種直徑的異型棒介質(zhì)分選后，所得精礦的品位較為接近，但4 mm直徑異型棒介質(zhì)所得精礦的回收率為35.53%，比3 mm、5 mm直徑異型棒介質(zhì)所得精礦的回收率分別提高2.14和2.98個百分點。由表4可見，國外某細(xì)粒赤鐵礦經(jīng)3種直徑的異型棒介質(zhì)分選后，所得精礦指標(biāo)的變化規(guī)律與廣東某褐鐵礦尾礦相同，即精礦品位相差不大，而4 mm直徑異型棒介質(zhì)所得精礦的回收率分別比3 mm、5 mm直徑異型棒介質(zhì)所得精礦的回收率高出1.18和5.52個百分點。由此表明，在介質(zhì)間隙保持不變的情況下，適當(dāng)增大介質(zhì)直徑有利于提高充填率，進(jìn)而提高分選空間的磁感應(yīng)強度，加強對磁性物的捕捉能力，但介質(zhì)直徑過大時，反而會因介質(zhì)表面有效吸附面積的減少和磁場梯度的下降而影響對磁性物的捕捉。

4 結(jié)論

(1)試驗所采用的異型棒介質(zhì)顯示出比圓棒介質(zhì)更強的對磁性顆粒的吸引力，說明改變介質(zhì)表面的幾何特征是強化磁場梯度作用，提高磁場力的有效途徑。

(2)適當(dāng)增大介質(zhì)直徑可提高精礦回收率，但介質(zhì)直徑過大時反而會降低對磁性物的捕捉能力。

(3)介質(zhì)直徑較大有利于提高充填率，進(jìn)而提高分選空間的磁感應(yīng)強度，但介質(zhì)表面積減少，磁性物被吸附的幾率降低;介質(zhì)直徑較小可提高磁場梯度，增大介質(zhì)表面積，但充填率降低，磁損耗增加。因此，針對不同的待分選物料，應(yīng)綜合考慮以確定適宜的介質(zhì)直徑與充填率。

［1］ 李文博，韓躍新，湯玉和，等.高梯度磁選機聚磁介質(zhì)的研究概況及發(fā)展趨勢［J］.金屬礦山，2012(9):129-133.

［2］ 楊 龍，湯玉和，張 軍.水平磁系高梯度磁選機在梅山選礦廠的應(yīng)用［J］.金屬礦山，2009(7):86-89.

［3］ 湯玉和，李文博.SSS－II高梯度磁選機研制與應(yīng)用十年回顧［C］∥中國采選技術(shù)十年回顧與展望.北京:冶金工業(yè)出版社，2012:616-620.

［4］ Oberteuffer Johnia.Magnetic separation:A review of principles，devices and applications［J］.IEEE Transactions on Magnetics，1974，10(2):223-238.