曾劍武 陳祿政 丁 利 張惠芬

(1.復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650093；2.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；3.云南錫業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院國土資源系，云南 個(gè)舊 661000)

棒介質(zhì)組合方式對脈動(dòng)高梯度磁選效果的影響

曾劍武1，2陳祿政1，2丁 利1，2張惠芬3

(1.復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650093；2.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；3.云南錫業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院國土資源系，云南 個(gè)舊 661000)

為了客觀、全面、準(zhǔn)確了解不同直徑棒介質(zhì)絲組合而成的組合式棒介質(zhì)及單一直徑棒介質(zhì)對高梯度磁選效果的影響，基于“單元介質(zhì)”分析法，采用SLon-100周期式脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)對鐵品位為38.10%的赤鐵礦石進(jìn)行了選礦試驗(yàn)。結(jié)果表明，3+2 mm組合棒介質(zhì)(上8層φ3 mm棒介質(zhì)+下8層φ2 mm棒介質(zhì))既有利于對粗粒級的回收，對細(xì)粒級的回收效果也不錯(cuò)，因而對全粒級的回收效果較理想；相同類型棒介質(zhì)絲的組成方式不同分選效果差異較大，因此，最佳排列組合方式應(yīng)通過試驗(yàn)確定。

脈動(dòng)高梯度磁選 組合式棒介質(zhì) 排列組合優(yōu)化 赤鐵礦

磁介質(zhì)作為高梯度磁選過程的載體，對高梯度強(qiáng)磁選的效能具有決定性的影響[1-2]。圓柱形棒介質(zhì)工作可靠性高，易于優(yōu)化排列組合，不易堵塞，因而在脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)中應(yīng)用廣泛[3-4]。由于棒介質(zhì)在高梯度強(qiáng)磁選過程中的重要地位和作用，因此，關(guān)于棒介質(zhì)磁力捕獲的研究就成為了高梯度強(qiáng)磁選研究領(lǐng)域的一個(gè)重點(diǎn)。然而，迄今為止，有關(guān)棒介質(zhì)捕獲方面的研究還主要局限于對棒介質(zhì)“單絲磁力捕獲”理論的研究。實(shí)際上，棒介質(zhì)內(nèi)介質(zhì)絲間存在磁場相互作用，磁場分布復(fù)雜，根據(jù)“單絲磁力捕獲”理論建立的磁捕獲動(dòng)力學(xué)等理論模型與實(shí)際結(jié)果相差較大[5-6]；偶見的一些有關(guān)棒介質(zhì)多絲的研究也僅是將棒介質(zhì)看作多個(gè)單絲的簡單疊加，或忽略介質(zhì)絲間的相互作用，或僅局限于理論和模擬分析研究，對實(shí)際高梯度磁選過程的指導(dǎo)作用有限[7]。

近年，Chen Luzheng等[8]提出一種“單元介質(zhì)”分析法，通過試驗(yàn)研究確定棒介質(zhì)絲排列組合對高梯度強(qiáng)磁選效能的影響。結(jié)果表明，棒介質(zhì)絲的直徑、間距、層數(shù)等對高梯度強(qiáng)磁選的效能具有明顯影響。但已有的研究內(nèi)容，主要針對單一直徑棒介質(zhì)，沒有報(bào)道過由不同直徑棒介質(zhì)絲組合而成棒介質(zhì)(組合式棒介質(zhì))對高梯度強(qiáng)磁選性能的影響。

棒介質(zhì)高梯度磁場中，棒介質(zhì)絲表面的磁場梯度隨絲徑的減小而增大，對磁性礦粒的磁力捕獲作用增強(qiáng)，但作用深度減小。理論上，處理細(xì)粒物料宜采用直徑小的棒介質(zhì)，而粗粒物料宜采用直徑大的棒介質(zhì)；因此，對于寬粒級物料，采用組合式棒介質(zhì)，有利于實(shí)現(xiàn)不同粒級磁性礦粒的同步選擇性捕獲，可以提升脈動(dòng)高梯度磁選的分選效能?；谶@一分析，本研究應(yīng)用“單元介質(zhì)”分析法，進(jìn)行組合式棒介質(zhì)脈動(dòng)高梯度強(qiáng)磁選赤鐵礦的試驗(yàn)研究，以期證實(shí)這一理論分析。

1 組合式棒介質(zhì)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)

在圖1所示圓柱體棒介質(zhì)磁場中，磁性礦粒受到的磁力可以表示為[3-4]

(1)

(2)

(3)

式中，F(xiàn)c、Fτ為礦粒受磁力Fm的徑向和切向分力，μ0為真空磁導(dǎo)率，Vp、Kp為礦粒的體積和體積磁化率，M為礦粒的磁化強(qiáng)度，H為背景磁場強(qiáng)度，a為棒介質(zhì)絲的半徑，r為棒介質(zhì)絲的磁力捕獲半徑，θ為礦粒與棒介質(zhì)中心連線與x軸的夾角。

圖1 圓柱形棒介質(zhì)絲的磁力捕獲半徑

根據(jù)赤鐵礦粒的感應(yīng)磁化強(qiáng)度與背景磁場強(qiáng)度的關(guān)系曲線圖[9]，不同直徑棒介質(zhì)絲磁場中，推導(dǎo)的礦粒受到的磁力大小比值(以下簡稱磁力比)為

(4)

其中，Rm為磁力比，即在相同磁力捕獲距離時(shí)，礦粒受到不同直徑棒介質(zhì)絲的磁力的大小比值;FmD、FmN分別為半徑為D和N的棒介質(zhì)絲作用于礦粒的磁力;d為磁力捕獲距離，即棒介質(zhì)絲表面到礦粒中心的距離。

根據(jù)式(4)，不同磁力捕獲距離d條件下，赤鐵礦粒受到1 mm棒介質(zhì)絲與2、3和4 mm棒介質(zhì)絲的磁力比見圖2。

圖2 赤鐵礦粒受到1 mm與2、3和4 mm棒介質(zhì)絲的磁力比

由圖2可見，在與1mm棒介質(zhì)等磁力捕獲距離(即Rm=1.0)以內(nèi)，與2、3和4mm棒介質(zhì)絲比較，1mm棒介質(zhì)絲作用于礦粒的磁力更強(qiáng)；這一等磁力捕獲距離隨棒介質(zhì)絲徑的增大而增大，對2、3和4mm棒介質(zhì)絲而言，它們與1mm棒介質(zhì)絲比較的等磁力捕獲距離分別為0.70、0.85和0.97mm。這說明，在一個(gè)組合式棒介質(zhì)中，只要不同直徑棒介質(zhì)絲間距取值合適，可以使礦粒受到的磁捕獲力相同，這即是組合式棒介質(zhì)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。

2 試驗(yàn)方法與試樣性質(zhì)

2.1 單元介質(zhì)分析法

采用“單元介質(zhì)”分析法(SMA)進(jìn)行組合式棒介質(zhì)脈動(dòng)高梯度強(qiáng)磁選赤鐵礦的試驗(yàn)研究。該分析法的核心是將棒介質(zhì)堆看作多個(gè)單元介質(zhì)模塊的有機(jī)組合，從而實(shí)現(xiàn)對棒介質(zhì)堆內(nèi)部磁性礦粒捕獲行為的定性分析和定量測定。如圖3，首先制作一系列單層或多層棒介質(zhì)單絲排列的單元介質(zhì)模塊，然后選擇若干個(gè)單元介質(zhì)模塊進(jìn)行有機(jī)排列組合，得到不同排列組合的棒介質(zhì)堆。

圖3 單元介質(zhì)分析法示意

應(yīng)用SLon-100周期式脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)[1]，開展組合式棒介質(zhì)脈動(dòng)高梯度磁選赤鐵礦的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)完成后，將磁性產(chǎn)品分成+400目和-400目2個(gè)粒級，分別過濾、烘干、稱重、化驗(yàn)，計(jì)算粒級回收率和全粒級回收率。

試驗(yàn)的SLon-100磁選機(jī)的脈動(dòng)沖程和沖次分別為6 mm和180 r/min、給礦量為120 g、礦漿流速和濃度分別為14 L/min和10%，對比試驗(yàn)的棒介質(zhì)絲層數(shù)均為16層，4類棒介質(zhì)堆分別為單一φ2 mm和單一φ3 mm棒介質(zhì)堆、上8層φ2 mm+下8層φ3 mm棒介質(zhì)堆(簡稱2+3組合)以及上8層φ3 mm+下8層φ2 mm棒介質(zhì)堆(簡稱3+2 mm組合)。

2.2 試樣性質(zhì)

赤鐵礦試樣的主要鐵礦物為赤鐵礦，脈石礦物主要為石英和長石，鐵品位為38.10%，試樣篩析結(jié)果見表1。

表1 試樣篩析結(jié)果

從表1可見，試樣粒度粗細(xì)不均，鐵在細(xì)粒級有明顯的富集現(xiàn)象。其中+200目粒級產(chǎn)率19.80%，鐵品位為28.05%；-400目粒級產(chǎn)率占54.45%，鐵品位為41.36%。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 不同組合棒介質(zhì)分選效果對比

不同組合棒介質(zhì)分選效果對比試驗(yàn)的背景磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.0 T，試驗(yàn)結(jié)果見表2，各精礦篩析結(jié)果見表3。

表2 不同組合棒介質(zhì)對比試驗(yàn)鐵精礦指標(biāo)

表3 各精礦篩析結(jié)果

從表2可見，4種棒介質(zhì)獲得精礦鐵品位接近，相比較而言，φ2 mm棒介質(zhì)堆的分選效果好于φ3 mm棒介質(zhì)堆，3+2組合棒介質(zhì)堆的分選效果好于2+3組合棒介質(zhì)堆；φ3 mm棒介質(zhì)堆取得的精礦鐵品位較高，但回收率顯著低于其他3種介質(zhì)；3+2組合棒介質(zhì)堆的精礦鐵回收率最高；有φ2 mm棒的介質(zhì)堆均有較高的鐵回收率；不同的組合方式分選效果差異較大，尤其是對精礦回收率的影響。

從表3可見，φ2 mm棒介質(zhì)堆更有利于對微細(xì)粒級的回收，而3+2組合棒介質(zhì)堆更有利于對粗粒級的回收，對細(xì)粒級的回收效果也不錯(cuò)；φ3 mm棒介質(zhì)堆具有提高精礦品位的效果同時(shí)體現(xiàn)在粗粒級和細(xì)粒級上。

3+2 mm組合棒介質(zhì)堆分選效果優(yōu)于2+3組合棒介質(zhì)堆，這主要是由于物料通過3+2組合棒介質(zhì)堆時(shí)，先通過上部粗介質(zhì)，棒介質(zhì)絲以捕獲粗粒級鐵礦物為主，同時(shí)捕獲易選的細(xì)粒級，通過粗介質(zhì)的物料進(jìn)入下部細(xì)棒介質(zhì)區(qū)時(shí)，試樣中鐵礦物數(shù)量大大減少，從而有利于棒介質(zhì)絲捕獲細(xì)粒級鐵礦物，因而鐵礦物回收最充分；而當(dāng)物料通過2+3組合棒介質(zhì)堆時(shí)，試樣先通過上部細(xì)棒介質(zhì)，棒介質(zhì)絲對粗、細(xì)鐵礦物均可有效捕獲，但在此區(qū)域鐵礦物數(shù)量較多，捕獲概率下降，-400目細(xì)粒級鐵回收率較低，試樣進(jìn)入下部粗棒介質(zhì)后，棒介質(zhì)表面磁場梯度變小，進(jìn)一步惡化對-400目細(xì)粒級鐵礦物的回收，因而鐵礦物回收效果不理想。

綜上所述，在對粒度范圍較寬的物料分選上，3+2組合棒介質(zhì)堆具有兼顧粗、細(xì)粒級回收的效果。

3.2 背景磁感應(yīng)強(qiáng)度對組合式棒介質(zhì)脈動(dòng)高梯度強(qiáng)磁選的影響

由于單一棒介質(zhì)情況下磁感應(yīng)強(qiáng)度變化對選別效果影響的研究較為充分[10]，因此，對分選效果較好的3+2組合棒介質(zhì)堆進(jìn)行背景磁感應(yīng)強(qiáng)度對脈動(dòng)高梯度磁選精礦指標(biāo)的影響試驗(yàn)，結(jié)果見圖4。

從圖4可見：①隨著背景磁感應(yīng)強(qiáng)度的提高，精礦鐵品位下降、鐵回收率上升，至0.8 T后精礦鐵品位趨于穩(wěn)定，至0.8 T后，-400目粒級和全粒級鐵回收率趨于穩(wěn)定，而+400目粒級則在1.0 T后趨于穩(wěn)定。②-400目粒級鐵品位均高于+400目粒級，這與試樣中-400目粒級鐵礦物的解離度和鐵品位高于+400目粒級有關(guān)；-400目粒級鐵回收率低于+400粒級與棒介質(zhì)絲磁力捕獲試樣中-400目粒級細(xì)鐵礦物的能力弱于+400目粒級的粗鐵礦物有關(guān)。

圖4 磁感應(yīng)強(qiáng)度對3+2組合棒介質(zhì)堆高梯度磁選指標(biāo)的影響

Chen Luzheng等的研究表明，組合式棒介質(zhì)的鐵回收率指標(biāo)與單一直徑棒介質(zhì)有所不同，前者隨背景磁感應(yīng)強(qiáng)度提高而快速提高，后者提高則較為平緩[10]。

4 結(jié) 論

(1)組合式棒介質(zhì)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)是，在一個(gè)組合式棒介質(zhì)中，只要不同直徑棒介質(zhì)絲的絲間距取值合適，可以使各棒介質(zhì)絲作用于礦粒的磁捕獲力大小相等。

(2)3+2 mm組合棒介質(zhì)堆既有利于對粗粒級的回收，對細(xì)粒級的回收效果也不錯(cuò)，因而對全粒級的回收效果較理想。

(3)相同類型棒介質(zhì)絲的組成方式不同分選效果差異也較大，因此最佳排列組合方式應(yīng)通過試驗(yàn)確定。

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(責(zé)任編輯 羅主平)

Effect of Rod Matrix Arrangement on Pulsating High Gradient Magnetic Separation Performance

Zeng Jianwu1,2Chen Luzheng1,2Ding Li1,2Zhang Huifen3

(1.StateKeyLaboratoryofComplexNonferrousMetalResourcesCleanUtilization，Kunming650093，China；2.FacultyofLandResourcesEngineering，KunmingUniversityofScienceandTechnology，Kunming650093，China；3.FacultyofLandResources，YunnanTinCollegeofVocationalandTechnical，Gejiu661000，China)

Beneficiation experiments were conducted on a hematite ore with 38.10% Fe by SLon-100 Cycle Type Pulsating High Gradient Magnetic Separator based on "unit medium" analysis method so as to objectively，comprehensively and accurately understand both the combined rod medium of various diameters and the rod medium of single diameter affecting high gradient magnetic separation.The results indicated that 3+2 mm combined rod medium (upper eight layers withφ3 mm rod medium,under eight layers withφ2 mm rod medium) can recover the coarse magnetic particles，and also the fine particles.It can get well recovery index for the whole particles.With the same type of rod matrix，there will a large different separation performance for various arrangements.Thus，the optimum arrangement should be determined by experiments.

Pulsating high gradient magnetic separation，Combinative rod matrix，Arrangement and combination optimization，Hematite ore

2014-11-07

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：51104076)，云南省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目(編號(hào)：2014C009Z)，教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目(編號(hào)：20115314120006)。

曾劍武(1990—)，男，碩士研究生。通訊作者 陳祿政(1978—)，男，博士，教授。

TD457

A

1001-1250(2015)-03-161-04