舒 偉，羅立群，李炳峰

（1.武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院，湖北 武漢430070；2.浙江漓鐵集團有限公司選礦廠，浙江 紹興312041）

浙江漓鐵集團有限公司是浙江省黑色金屬礦采選規(guī)模最大企業(yè)，屬全國地方獨立中型礦山，形成了鐵礦的采礦、選礦、粗精粉加工、氧化球團制造、鐵路運輸?shù)犬a(chǎn)業(yè)鏈。浙江漓鐵集團有限公司選礦廠年處理自產(chǎn)原礦110萬t，加工進口粗粉50萬t，年產(chǎn)品位65%鐵精礦達80萬t。

漓鐵集團選礦廠主要產(chǎn)品為全自溶性鐵精礦粉，主要技術(shù)采用自磨－磁選工藝。近幾年來，為緩解進口粗粉對選礦廠的生產(chǎn)制約，綜合利用資源，公司把有效提高自產(chǎn)鐵精礦品位作為技改方向。生產(chǎn)實踐表明，生產(chǎn)相同的最終鐵精礦品位時，若自產(chǎn)鐵精礦品位提高1個百分點，每日可少加外來原料200t。

選礦廠提出恢復使用磁聚機來提高鐵精礦品位，著手制作了3臺Ф1500mm磁聚機，并對磁聚機的操作進行了改造，將手工調(diào)節(jié)磁聚機底流濃度改為自動控制，給礦轉(zhuǎn)換裝置改為電動控制。經(jīng)過一年多的生產(chǎn)證明，磁聚機能提高最終自產(chǎn)鐵精礦品位1.26個百分點，且操作方便，使用可靠。

1 磁聚機的結(jié)構(gòu)及分選原理

1.1 磁聚機的結(jié)構(gòu)

磁團聚重力分選機簡稱磁聚機，其實質(zhì)應為重力分選設(shè)備［1］。磁聚機是依靠磁場力和重力分選復合作用而達到分選目的的一種新型選別設(shè)備。漓渚鐵礦選礦廠流程改造采用的磁聚機規(guī)格為Φ1500mm，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要分為以下幾部分：給礦箱、筒體、分水環(huán)、內(nèi)磁環(huán)、外磁環(huán)、中磁環(huán)、溢流口、平臺等。

圖1 Φ1500磁聚機結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 磁聚機的分選原理

磁聚機的分選作用主要有以下兩個方面：一是在上升旋轉(zhuǎn)水流的作用下，礦漿中比重小的貧細連生體和脈石上浮，從溢流堰中排出，使精礦得到富集。二是在不均勻磁場的作用下，磁鐵礦顆粒被磁化形成磁絮團、磁鏈或細小磁鐵礦顆粒吸附于粗粒級磁鐵礦表面，形成磁團粒。這些磁絮團、磁團粒都比單個顆粒的下沉速度快，因此避免了細粒級單體磁鐵礦被上升水流沖入溢流的現(xiàn)象。

同時，在磁聚機內(nèi)垂直方向有若干層磁場，礦漿從上部給入，在重力作用下由上向下運動，從而有若干次團聚和松散的作用，當?shù)V漿進入磁場，產(chǎn)生團聚，鐵礦物加速下沉，當其脫離磁場，礦粒呈松散狀態(tài)，夾裹在絮團中的雜質(zhì)被上升水流沖走，使精礦得到富集，這些作用在常規(guī)的磁、重選設(shè)備中是不具備的［2］。

2 磁聚機的應用分析

2.1 原礦性質(zhì)

浙江漓鐵集團有限公司礦石屬矽卡巖型磁鐵礦，金屬礦物以磁鐵礦為主，其次為赤鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦。非金屬礦物以透輝石、石榴石為主，其次有石英、透閃石、綠泥石。礦體圍巖及夾石主要是硅質(zhì)頁巖包括矽卡巖、砂巖和角巖［3］。

漓渚鐵礦自產(chǎn)礦原礦樣品的化學多元素分析結(jié)果見表1。

表1 自產(chǎn)原礦樣品化學多元素分析結(jié)果／%

從表1的化學多元素分析結(jié)果中可以看出，試樣中的全鐵TFe含量為22.06%，F(xiàn)eO含量為7.51%；主要雜質(zhì)SiO2、Al2O3含量分別為32.18%和4.66%；有害成分硫、磷含量也相對較高，分別為1.13%和0.08%，并有少量鋅元素。

2.2 工藝流程

自制的3臺磁聚機安裝在二次磁選作業(yè)之后，二次選別精礦一對一進入磁聚機選別后，磁聚鐵精礦再進入三次磁選機提高濃度與品位，尾礦水作為二段球磨的補加水，增加磁聚機改造后的工藝流程圖如圖2所示。

圖2 改造后的工藝流程圖

2.3 主要技術(shù)指標對比

為進一步考查磁聚機在工藝流程中的選別效果，對未使用磁聚機和使用磁聚機的工藝流程進行了對比取樣考查。改造前后主要技術(shù)指標對比結(jié)果見表2。

從表2中平均結(jié)果可知，工藝流程中使用磁聚機之前，最終精礦鐵品位（TFe）為58.88%，相對磁聚機給礦品位，鐵精礦品位增幅為0.44%；而在工藝流程中使用了磁聚機之后，最終鐵精礦品位達到60.14%，相對磁聚機給礦品位，鐵精礦品位增幅為1.51%。因此，通過磁聚機的選別，最終鐵精礦品位提高了1.26個百分點。

3 磁聚機的技術(shù)特點與效益分析

3.1 磁聚機的技術(shù)特點分析

漓渚鐵礦礦石屬矽卡巖型磁鐵礦，礦床地質(zhì)品位30.56%，由于礦體內(nèi)含夾石層較多，采礦貧化率較高，采出礦石鐵品位為23.5%左右。磁鐵礦呈細粒不均勻嵌布，且與脈石礦物互為包裹體存在［4］。為了提高磁鐵精礦的質(zhì)量，漓渚鐵礦采用細磨細篩精選工藝，磨礦細度達到－0.074mm占80%時，礦石中的磁鐵礦大部分已解離，但呈包裹體形式的磁鐵礦，在一般的磨礦細度下是無法解離的。在弱磁選中，含磁鐵礦包體的脈石混入精礦，影響精礦質(zhì)量的提高。

表2 改造前后主要技術(shù)指標對比結(jié)果／%

磁鐵礦顆粒在磁聚機磁場中所受的力有機械力和磁力，其中機械力為重力與水的阻力等合力［5－7］，參見圖3所示，若僅考慮礦粒的重力、水的阻力和磁力。

則：礦粒在水中受到的重力為式（1）。

礦粒在水中受到的阻力為式（2）。

礦粒在磁聚機磁場中受到的磁力為式（3）。

由式（1）、式（2）和式（3）推導得出關(guān)于礦粒臨界粒度與磁場強度的關(guān)系式為式（4）。

由式（4），得到礦粒臨界分離粒度與磁場強度的關(guān)系見表3。

從表3中的計算結(jié)果可以看出，當磁場強度為零時，即沒有磁場時，可以選別的最小粒度為38.6μm；當作用于顆粒的磁場強度升至600Oe時，用磁聚機可以選別的最小粒度為5.41μm；磁場強度為1200Oe時，用磁聚機選別的最小粒度可以達到為2.71μm，可見磁鐵礦顆粒有磁場作用時，其可回收的粒度范圍大大縮小，即有利于降低磁鐵礦的回收粒度下限。

圖3 磁鐵礦顆粒在磁聚機磁場中的受力

表3 臨界分離粒度與磁場強度的關(guān)系

沒有磁場或磁場強度為零時，磁性礦粒和石英均處于分散狀態(tài)，部分脈石（如石英）夾雜在礦粒之間。當磁場強度逐漸升高，自由的磁性礦粒會沿著磁場的方向移動，形成鏈狀，如圖4所示。

圖4 磁性顆粒的磁鏈形成機理示意圖

磁聚機利用不同大小磁性顆粒的磁團聚形成磁鏈，同時在施加的其它流體動力和重力等綜合力破壞磁團聚。實質(zhì)是利用磁聚機內(nèi)的脈動交替磁場和流體動力與重力的聯(lián)合作用，在顆粒下降過程中經(jīng)過若干層不同磁場區(qū)域時，受到間歇、脈動的磁化作用，反復分散和團聚，不同大小磁性顆粒形成磁鏈與磁團聚，參見圖5～7，以將夾雜在絮團內(nèi)的貧連生體剔出而分離出來，從而有效提高精礦品位。

圖5 石英顆粒隨磁場強度變化的形貌

圖6 不同大小磁性顆粒的磁鏈形貌

當磁場強度H＝0mT時，石英顆粒在不同大小的磁性顆粒間處于分散狀態(tài)。在H＝13mT時，磁性顆粒和部分富連生體因為磁力吸引而移動形成磁團聚或磁鏈，圖5中的5個石英顆粒沒有移動，而是會因磁性顆粒的吸引而被夾雜進入小的磁鏈中。在H＝22mT時，隨著磁場強度的增強，形成了更多的小型磁鏈，因為吸引，磁鏈與磁鏈彼此相互靠近。5個石英顆粒沒有移向磁鏈，在磁鏈形成過程中，石英顆粒被包裹進入磁鏈中。在H＝32mT時，形成的磁鏈變得更長，而石英顆粒仍就未動，如圖5所示。綜上所述，隨著磁場強度的增大，處于分散狀態(tài)的石英不會受磁力的影響而定向移動。

在H＝0mT時，不同大小的磁性顆粒和連生體處于自由分散狀態(tài)。在H＝13mT時，磁性顆粒和部分富連生體因為磁力吸引而移動形成磁團聚或磁鏈。在H＝22mT時，各個小磁鏈因相互吸引而移動靠近，如圖中所示，在此過程中，連生體會因磁鏈的形成而被夾雜在磁鏈中。在H＝32mT時，磁鏈與磁鏈的吸引而形成更大的磁鏈。連生體也會被包裹在磁鏈中。因此，不同粒度大小的磁性顆粒因磁團聚和磁鏈的形成而回收，增加了磁選作業(yè)的回收率［7］，如圖6所示的不同大小磁性顆粒的磁鏈形貌。同時也需要防止脈石被包裹而帶入新形成的大磁鏈之中，影響磁團聚體的總體回收效果［8］。

通過對磁系表面的磁場強度進行測定，得到如圖7所示的磁場強度與磁系表面距離的關(guān)系。從圖中可以看出，距離磁系表面越遠，磁場強度呈下降趨勢。在磁聚機中靠近磁系表面處，磁場強度較大，礦粒的分選效果較好。

圖7 磁場強度與磁系表面距離的關(guān)系

3.2 應用磁聚機的效益分析

漓鐵集團為了保證鐵精礦品位，需要摻和一定比例的進口易選礦石。漓渚鐵礦將3臺Ф1500mm磁聚機應用于生產(chǎn)后，收到了理想的效果。

1）最終自產(chǎn)精礦品位提高1.26個百分點，可少加外購原料或多處理自產(chǎn)礦。若生產(chǎn)相同的最終精礦品位為64.55%的鐵精礦，每日可少加外購原料260t，或者多處理自產(chǎn)礦726t，多生產(chǎn)品位64.55%鐵精礦粉232t。按全年330天計，可節(jié)省粗粉加工量8.3萬t，或者多生產(chǎn)鐵精礦粉7.6萬t，按每噸鐵精礦粉盈利120元計算，每年可多盈利912萬元。

2）3臺磁聚機每小時多用水260m3／h，每年需增加循環(huán)用水量206萬m3／h，每立方米水耗電以0.4kW·h計算，年多用電82.4萬kW·h，折合人民幣53.6萬元。

3）增開磁聚機泵，泵功率為55kW·h，每年多用電43.56萬kW·h，折合人民幣28.3萬元。

4）年增經(jīng)濟效益為：912－53.6－28.3＝830.1萬元。

4 結(jié)論

1）漓鐵集團選礦廠利用自產(chǎn)礦石中磁鐵礦粗細不均勻的嵌布特性，應用磁聚機可有效提高自產(chǎn)礦石最終鐵精礦品位1.26個百分點。自3臺Ф1500mm磁聚機投入生產(chǎn)以來，既保證了最終鐵精礦品位和鐵精礦細度達標，又可節(jié)約外來原料8.3萬t，年增經(jīng)濟效益達830.1萬元。

2）通過改善磁聚機濃度操作與給料轉(zhuǎn)換的控制，既方便了操作，又穩(wěn)定了流程，使產(chǎn)品質(zhì)量指標穩(wěn)定，效果顯著。

3）微觀形貌分析表明：利用磁聚機內(nèi)的脈動交替磁場和流體動力與重力的聯(lián)合用，不同大小磁性顆粒形成磁鏈與團聚體，剔除雜質(zhì)而提高精礦鐵品位。

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