曹麗英 劉文凱 汪建新 張 逸 任明明 孔令輝

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭014010）

我國鐵礦資源儲量豐富，占全球鐵礦儲量的12.40%，但我國鐵礦資源多呈“貧、細(xì)、雜”等特點(diǎn)［1］，平均鐵品位較低，只有不到32%，比世界平均鐵品位低11%［2］，其中有大約97%的鐵礦石需要進(jìn)行選礦處理，并且復(fù)雜難選的赤鐵礦石約占我國鐵礦石儲量的20.80%以上［3-5］，導(dǎo)致鐵礦石分選困難，分選品位低。近年來，隨著礦山的大規(guī)模開發(fā)，高品位鐵礦資源日益匱乏，為了保證鐵精礦的供應(yīng)，部分礦山大力開發(fā)貧鐵礦，但分選品位較低。為了保證向冶煉廠提供高品位鐵精礦，同時(shí)實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化，對常規(guī)的磁選設(shè)備提出了更高的要求［6］。

磁選機(jī)作為重要的選礦設(shè)備，在國內(nèi)選礦行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。目前，國內(nèi)磁選機(jī)設(shè)備種類繁多，其中，永磁筒式磁選機(jī)是磁選工藝中應(yīng)用最廣泛的一種磁選設(shè)備［7］。干式磁選機(jī)相比濕式磁選機(jī)發(fā)展較緩慢，在選礦品位上也和濕式磁選機(jī)相差較大。但干式磁選機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)成本低、運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠。并且，相較于電磁磁選設(shè)備，永磁磁選不需要冷卻系統(tǒng)，具有操作維護(hù)方便、機(jī)體較輕、性能穩(wěn)定和節(jié)省能耗等優(yōu)點(diǎn)［8-10］。所以在我國干旱少雨，水資源匱乏的西北部地區(qū)，如能提高磁選機(jī)分選品位，干式永磁筒式磁選機(jī)將具有極為廣闊的發(fā)展前景。

內(nèi)蒙古包頭市固陽縣地處我國西北部地區(qū)，該地區(qū)多為復(fù)雜難選的赤鐵礦石，原礦與精礦品位低，且在冬季受溫度的影響，無法進(jìn)行濕式磁選，經(jīng)濟(jì)效益低，在市場競爭中處于不利地位。面對以上問題，新設(shè)計(jì)了三級干式永磁筒式磁選機(jī)，該設(shè)備在傳統(tǒng)磁選機(jī)的基礎(chǔ)上加入了風(fēng)的因素，提高了物料在分選腔內(nèi)的松散度，并實(shí)現(xiàn)三級分選。多年來，人們對于磁選的研究工作大多側(cè)重于礦物的磁性強(qiáng)弱與磁場條件因素，并取得了不錯(cuò)的研究成果，但對像滾筒轉(zhuǎn)速這類因素卻沒有足夠的重視。本次試驗(yàn)主要研究該磁選機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速、礦石粒度以及磁場排布順序?qū)Ψ诌x品位的影響，為下一步繼續(xù)深入探究該磁選機(jī)的性能提供技術(shù)參數(shù)。

1 試驗(yàn)礦樣及方法

1.1 試 樣

試驗(yàn)礦樣為包頭市固陽文圪氣選礦廠破碎后的鐵礦石，均勻選取原礦后晾曬，用篩網(wǎng)人工篩分到4 mm以下，取樣磨細(xì)后進(jìn)行化學(xué)多元素分析，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，試樣中TFe品位為13.51%，mFe品位為3.98%，含水量1.70%，SiO2含量為1.38%，屬于低品位鐵礦石。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)所用設(shè)備為三級筒式磁選機(jī)（圖1），磁滾筒尺寸為φ600×600 mm，磁系材料為釹鐵硼N35，磁包角為210°，磁系固定不動，導(dǎo)流板與磁滾筒表面為不銹鋼材料。在磁選作業(yè)時(shí)，物料通過料斗進(jìn)入一級分選空間，并在磁滾筒上表面的切線方向受到風(fēng)的作用進(jìn)入分選腔內(nèi)，磁性顆粒在分選腔內(nèi)受磁場力的作用沿筒壁做圓周運(yùn)動，運(yùn)動到磁滾筒下表面時(shí)，磁場力減弱至消失，在磁滾筒離心力的作用下，一級精礦沿分料板進(jìn)入精礦箱，未能分選出的磁性顆粒到下一級繼續(xù)分選。

該磁選機(jī)配套設(shè)備主要有電動機(jī)、變頻器、除塵器等。通過不同孔徑的篩網(wǎng)控制入選物料的粒度；風(fēng)速通過人工控制閥門調(diào)節(jié)；通過變頻器調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)磁滾筒轉(zhuǎn)速的設(shè)定，并由測速儀進(jìn)行實(shí)際測量。每一組試驗(yàn)都要統(tǒng)計(jì)記錄給礦量、出料量，磁選完成后對尾礦箱與精礦箱內(nèi)物料進(jìn)行稱重并取樣，以分析計(jì)算品位、回收率等指標(biāo)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 磁輥排布順序及滾筒轉(zhuǎn)速對磁選指標(biāo)的影響

2.1.1 磁輥排布為高中低時(shí)不同轉(zhuǎn)速的干式磁選試驗(yàn)

通過前期設(shè)備性能的檢測與實(shí)際工況要求，確定了轉(zhuǎn)速工作范圍。使用-4 mm的原礦物料進(jìn)行干式磁選試驗(yàn)，干式磁選機(jī)三級磁滾筒磁場強(qiáng)度由上到下依次為0.23 T、0.17 T、0.11 T。在風(fēng)速為5 m/s，磁輥轉(zhuǎn)速分別為80、100、120、140、160 r/min的條件下進(jìn)行磁選試驗(yàn)，將三級精礦物料均勻混合并取樣分析，結(jié)果如表2所示。

由表2可知，在滾筒磁場強(qiáng)度按照高中低方式排布，風(fēng)速為5 m/s時(shí)，隨著磁滾筒轉(zhuǎn)速升高，磁選精礦中TFe品位呈先升高后降低的趨勢，尾礦TFe品位先降低后升高。在滾筒轉(zhuǎn)速達(dá)到120 r/min時(shí)，磁選精礦TFe品位最高，為33.59%，而尾礦TFe品位最低，為10.24%。綜合考慮，確定磁輥高中低排布時(shí)滾筒最佳轉(zhuǎn)速為120 r/min。

2.1.2 磁輥排布為低中高時(shí)不同轉(zhuǎn)速的干式磁選試驗(yàn)

將三級磁滾筒調(diào)換位置，使磁選機(jī)由上至下磁滾筒磁場強(qiáng)度分別為0.11 T、0.17 T、0.23 T。在風(fēng)速為 5 m/s，磁輥轉(zhuǎn)速分別為80、100、120、140、160 r/min的條件下進(jìn)行磁選試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

由表3可知，在滾筒磁場強(qiáng)度按低中高方式排布，風(fēng)速為5 m/s時(shí)，隨著滾筒轉(zhuǎn)速的增加，磁選精礦中TFe品位逐漸升高，在滾筒轉(zhuǎn)速達(dá)到140 r/min時(shí)，經(jīng)磁選后精礦中TFe品位最高可達(dá)29.92%，此時(shí)尾礦中TFe品位為11.32%，繼續(xù)增加滾筒轉(zhuǎn)速，精礦TFe品位降低，尾礦TFe品位升高。綜合考慮，確定磁輥低中高排布時(shí)滾筒最佳轉(zhuǎn)速為140 r/min。

結(jié)合表2、表3的結(jié)果分析可知，高中低磁場排布方式的精礦產(chǎn)率整體上要高于低中高磁場排布方式，而高中低排布方式的精礦TFe品位并沒有因?yàn)楫a(chǎn)率的增加而導(dǎo)致精礦TFe品位下降，反而要高于低中高排布方式的精礦TFe品位。相較于低中高磁場排布方式，高中低磁輥排布方式時(shí)，在一級分選腔內(nèi)磁性粒子濃度相對較高，在高磁場的作用下，一級分選腔成為粒子最容易發(fā)生磁化的空間；磁團(tuán)或磁鏈的產(chǎn)生是影響精礦品位的主要因素，在二、三級分選腔，磁團(tuán)聚體在滾筒轉(zhuǎn)速、風(fēng)速和自身重力的作用下，與筒壁、導(dǎo)流板的碰撞次數(shù)增多，能夠最有效地破壞磁團(tuán)聚體，使更多的磁性粒子分選出來，因此分選指標(biāo)更好。

對兩組試驗(yàn)中精礦與尾礦的TFe品位數(shù)值進(jìn)行繪圖分析，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，無論是高中低還是低中高磁場排布，隨著滾筒轉(zhuǎn)速的提高，精礦中TFe品位都呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，精礦TFe品位達(dá)到最大值以后，繼續(xù)增加滾筒轉(zhuǎn)速，精礦TFe品位逐漸下降，尾礦TFe品位升高。由于原礦物料品位低，夾雜的石英、蛭石和泥沙等復(fù)雜脈石較多，在分選過程中，顆粒在分選腔內(nèi)受到磁場作用，發(fā)生磁化的顆粒與其它脈石顆粒相互作用產(chǎn)生磁團(tuán)聚現(xiàn)象，因磁團(tuán)聚夾裹的脈石礦物增多導(dǎo)致精礦TFe品位偏低。隨著磁滾筒轉(zhuǎn)速的提高，離心力變大，能夠有效地增加磁團(tuán)聚體和導(dǎo)流板、滾筒表面的碰撞次數(shù)，破壞磁團(tuán)聚體的形成；同時(shí)，提高轉(zhuǎn)速使粒子進(jìn)入分選腔內(nèi)的初速度增加，粒子更加活躍，在分選腔內(nèi)的碰撞現(xiàn)象加劇，外層磁性粒子參與分選的數(shù)量增多。但是，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速過大時(shí)，粒子受到的離心力等外力大于磁場力，導(dǎo)致部分磁性粒子不易吸附，尾礦TFe品位升高，所以在保證磁團(tuán)聚現(xiàn)象不明顯的前提下，適當(dāng)提高磁場強(qiáng)度和轉(zhuǎn)速，將有利于提高分選指標(biāo)。

2.2 入料粒度對干式永磁磁選產(chǎn)品指標(biāo)的影響

采用不同孔徑大小的篩網(wǎng)將原礦物料人工篩分為-4 mm、-2 mm、-1 mm 3種粒級。干式磁選機(jī)三級磁滾筒磁場強(qiáng)度由上到下依次為0.23 T、0.17 T、0.11 T，在風(fēng)速為5 m/s，磁輥轉(zhuǎn)速120 r/min的條件下進(jìn)行磁選試驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。

由表4可知，隨著入料粒度的減小，磁選精礦中TFe品位呈升高趨勢，在入料粒度-1 mm時(shí)，精礦TFe品位最高可達(dá)35.40%，比相同條件下-4 mm物料的精礦TFe品位提高約2%，但其回收率和產(chǎn)率卻較低，且尾礦中TFe品位也較高。

由于原礦物料脈石夾雜嚴(yán)重，當(dāng)入選粒度降低，就會剔除更多的脈石顆粒，提高精礦中TFe品位，而且降低原礦粒度能夠增加磁滾筒的使用壽命。試驗(yàn)中磁選機(jī)入料口通風(fēng)是為了提高物料在選腔內(nèi)的松散度，使磁性顆粒能夠充分參與磁選，但對于小顆粒，風(fēng)量過大會增加顆粒進(jìn)入分選腔內(nèi)的初速度，使一些物料受到大于磁場力的作用，快速地通過分選腔，不能完全參與分選，導(dǎo)致尾礦TFe品位升高，因此最佳入料粒度的確定需要結(jié)合風(fēng)速的大小?？紤]到在實(shí)際生產(chǎn)中精礦回收率以及降低粒度在磁選過程中的粉塵問題，確定此風(fēng)速條件下最佳入料粒度為-2 mm。

3 結(jié)論

（1）文圪氣選廠鐵礦石TFe品位為13.51%，在風(fēng)速為5 m/s的條件下，磁輥高中低排布時(shí)滾筒最佳轉(zhuǎn)速為120 r/min，磁輥低中高排布時(shí)滾筒最佳轉(zhuǎn)速為140 r/min；磁滾筒磁場排布為高中低時(shí)，分選效果要優(yōu)于低中高的磁場排布，此時(shí)精礦的產(chǎn)率和TFe品位指標(biāo)更優(yōu)。

（2）對該新型永磁干式磁選機(jī)，較好的工作參數(shù)為滾筒磁場強(qiáng)度由上至下排布為0.23 T、0.17 T、0.11 T，轉(zhuǎn)速為120 r/min，-2 mm的入料粒度，此時(shí)能夠獲得精礦TFe品位34.62%、尾礦品位10.95%。

（3）通過試驗(yàn)結(jié)果可以推斷滾筒轉(zhuǎn)速與滾筒磁場強(qiáng)度、風(fēng)速與原礦粒度之間存在交互作用，為下一步繼續(xù)深入探究磁選機(jī)性能提供了研究方向。