汪建新，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）

0 引言

我國(guó)的鐵礦石資源分布廣泛、豐而不富，低品位鐵礦石占了很大的比重。目前國(guó)內(nèi)鐵礦選礦廠大多都采用“多碎少磨、能拋早拋”的原則，在磨礦前拋除大量合格的尾礦，使貧鐵礦得到了預(yù)先富集，提高了選礦廠的處理能力、減少了選礦廠的磨礦能耗[1-2]。采用預(yù)選拋尾技術(shù)在增加貧鐵礦資源利用率的同時(shí)，還能夠降低鐵礦石開(kāi)采品位的要求，這符合我國(guó)鐵礦石資源多為貧礦這一特點(diǎn)[3]。

干式預(yù)選拋尾技術(shù)不依賴水資源，在干旱缺水地區(qū)的貧鐵礦富集方面有很好的應(yīng)用和發(fā)展前景。內(nèi)蒙古某鐵礦選礦廠采用高效細(xì)碎設(shè)備，將破碎粒度降至4 mm以下，細(xì)碎后的產(chǎn)品中已有很大一部分脈石被解離出來(lái)。為減少磨選作業(yè)的處理量，提高后續(xù)入選鐵礦石的品位，降低選礦廠的能耗，內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)研發(fā)了一種新型干式磁選機(jī)來(lái)解決細(xì)碎后脈石拋除出的問(wèn)題[4-5]，并開(kāi)展了干式拋尾預(yù)選試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了新型干式磁選機(jī)設(shè)計(jì)思路的正確性及可行性。

1 新型干式磁選機(jī)

1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

新型干式磁選機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要由料斗、磁輥、導(dǎo)流板、機(jī)架、調(diào)速電機(jī)、分礦板、箱體等部件組成。

圖1 新型干式磁選機(jī)結(jié)構(gòu)圖

整機(jī)由3 個(gè)模塊化設(shè)計(jì)的單級(jí)分選機(jī)構(gòu)自上而下階梯狀錯(cuò)位排布組成。設(shè)備最頂端為給料裝置，用來(lái)控制進(jìn)料量的大小。每一級(jí)分選機(jī)構(gòu)都由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、半磁滾筒和磁系調(diào)節(jié)裝置構(gòu)成，通過(guò)螺栓固定于機(jī)架上；每一級(jí)滾筒都由獨(dú)立變頻調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，設(shè)備的運(yùn)行方式為磁系固定不動(dòng)，由滾筒旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)物料進(jìn)行分選，為了保證滾筒表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度，筒皮采用了不銹鋼材料；每一級(jí)滾筒上方都設(shè)置有供風(fēng)裝，氣流的通入能夠提高滾筒表面物料的松散度，使礦石顆粒產(chǎn)生分散效果，更有利于夾雜與磁性顆粒中的脈石拋除，實(shí)現(xiàn)非磁性物與磁性物的有效分離。

該新型干式磁選機(jī)可根據(jù)入選物料的性質(zhì)對(duì)3 個(gè)不同磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁輥?zhàn)杂山M合、任意排布，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)可變及單機(jī)多次選別的功能。其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 該新型干式磁選機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

1.2 分選原理

礦石顆粒通過(guò)給料裝置進(jìn)入磁選機(jī)的一級(jí)分選腔內(nèi)，磁性較強(qiáng)的顆粒在磁場(chǎng)的作用下吸附在磁輥表面，隨著磁輥轉(zhuǎn)動(dòng)到無(wú)磁區(qū)域時(shí)會(huì)在重力及離心力的作用下脫離掉落至精礦收集箱內(nèi)。磁性較弱的顆粒與非磁性顆粒由于無(wú)法吸附在磁輥表面，則會(huì)進(jìn)入下一級(jí)磁場(chǎng)強(qiáng)度較大的分選腔內(nèi)進(jìn)行再次分選。礦石顆粒最終會(huì)在磁場(chǎng)強(qiáng)度最大的第三級(jí)分選腔內(nèi)完成分選，非磁性礦物在磁場(chǎng)力、離心力、進(jìn)風(fēng)和除塵風(fēng)力的共同作用下被有效的脫除，最終在尾礦口排出。分選原理如圖2所示。

圖2 新型干式磁選機(jī)分選原理圖

1.3 磁系結(jié)構(gòu)和磁場(chǎng)特性

磁系的結(jié)構(gòu)決定了磁選機(jī)的磁場(chǎng)特性和磁場(chǎng)強(qiáng)度[6]，根據(jù)磁選機(jī)的實(shí)際用途選擇合適的磁系結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)磁選設(shè)備的關(guān)鍵部分。結(jié)合該新型干式磁選機(jī)主要用于低品位細(xì)粒級(jí)磁鐵礦的預(yù)選拋尾作業(yè)這一特點(diǎn)，最終確定了新型磁選機(jī)為開(kāi)放式磁系，磁極極性軸向同極且周向極性交替變化的磁路。該磁路使磁性礦物在分選區(qū)能夠發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)，對(duì)脈石顆粒及其貧連生體的拋除效果更加明顯，有利于提高精礦質(zhì)量。該新型干式磁選機(jī)磁系的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2所示。

表2 磁系的結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖3 所示為新型磁選機(jī)磁極表面不同距離的磁場(chǎng)強(qiáng)度，磁系外表面的磁場(chǎng)分布較為均勻、磁感應(yīng)強(qiáng)度值的波動(dòng)較小。此種磁場(chǎng)特性更加有利于細(xì)粒級(jí)物料的分選[7]。

圖3 磁極表面不同距離的磁場(chǎng)強(qiáng)度

1.4 新型干式磁選機(jī)特點(diǎn)

（1）單機(jī)多次分選的設(shè)計(jì)在提高磁選機(jī)分選效率的同時(shí)能夠使磁性顆粒與非磁性顆粒分離的更加徹底。

（2）軸向同極且周向極性交替變化的磁系設(shè)計(jì)，使磁性礦物在分選區(qū)能夠發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)，對(duì)脈石顆粒及其貧連生體的拋除效果更加明顯，有利于提高精礦質(zhì)量。

（3）在物料的分選區(qū)域通入氣流能夠提高物料的松散度，增加礦石的分散程度，更有利用減少脈石的夾雜，提高分選的效果。

（4）3種不同磁場(chǎng)強(qiáng)度的滾筒相互配合，能夠最大程度地減少分選過(guò)程中的磁性物的損失，保證磁性礦物的回收率。

2 干式拋尾試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)礦樣和平臺(tái)

試驗(yàn)礦樣來(lái)自內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市固陽(yáng)地區(qū)某鐵礦選礦廠經(jīng)過(guò)超細(xì)碎后的礦石，其全鐵品位13.51%，磁性鐵品位3.98%，屬低品位磁鐵礦。若將細(xì)碎后礦粉直接入磨，不僅會(huì)增加后續(xù)選礦流程的處理量，使單位選礦成本增加；還會(huì)影響到最終產(chǎn)品的質(zhì)量，對(duì)選礦廠的經(jīng)濟(jì)效益帶來(lái)不利影響。又考慮到選礦廠處于干旱缺水地區(qū)的實(shí)際情況，故在細(xì)碎后磨礦前增加一次干式預(yù)選拋尾來(lái)解決此問(wèn)題。

為驗(yàn)證新型干式磁選機(jī)的實(shí)際分選效果，依據(jù)新型干式磁選的設(shè)計(jì)原理加工出一臺(tái)試驗(yàn)樣機(jī)，搭建了干選試驗(yàn)平臺(tái)，如圖4所示。

圖4 干選試驗(yàn)平臺(tái)

2.2 滾筒轉(zhuǎn)速試驗(yàn)及結(jié)果

滾筒轉(zhuǎn)速是該磁選機(jī)可調(diào)節(jié)的主要參數(shù)，也是影響干式預(yù)選拋尾選別指標(biāo)的重要因素。轉(zhuǎn)速的改變主要影響礦物顆粒在分選區(qū)域所受離心力的大小。當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，礦物顆粒受到的離心力增大，可能會(huì)使一部分精礦無(wú)法吸附在滾筒表面而進(jìn)入尾礦中，造成精礦回收率的下降；當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速過(guò)低時(shí)，可能會(huì)使脈石礦物及其貧連生體無(wú)法有效拋出，造成分選精礦品位的降低。因此，設(shè)置合理的滾筒轉(zhuǎn)速區(qū)間及轉(zhuǎn)速搭配方式對(duì)預(yù)選拋尾有重要的意義。

針對(duì)該新型干式磁選機(jī)多級(jí)滾筒串聯(lián)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了滾筒相同轉(zhuǎn)速試驗(yàn)、滾筒升速試驗(yàn)（3 個(gè)磁輥的轉(zhuǎn)速自上而下依次增加10 r/min）和滾筒降速試驗(yàn)（3 個(gè)磁輥的轉(zhuǎn)速自上而下依次減小10 r/min），在3 個(gè)滾筒表面磁場(chǎng)強(qiáng)度為110 mT、120 mT、220 mT 時(shí)，對(duì)該選礦廠細(xì)碎至-4 mm 的原礦物料進(jìn)行了預(yù)選拋尾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3～5所示。

表3 滾筒同轉(zhuǎn)速干式拋尾試驗(yàn)結(jié)果

表4 滾筒降速干式拋尾試驗(yàn)結(jié)果

分析3 種轉(zhuǎn)速搭配下的試驗(yàn)結(jié)果可知，滾筒轉(zhuǎn)速的改變主要對(duì)分選指標(biāo)中的精礦磁性鐵品位和回收率產(chǎn)生影響。隨著試驗(yàn)中滾筒轉(zhuǎn)速的不斷提高，原本吸附在滾筒表面的一部分磁性顆粒由于離心力的增大而脫離滾筒表面被甩入尾礦當(dāng)中。因此，分選得到的精礦磁性鐵品位雖然有所提高，但是拋除的尾礦中磁性鐵品位也存在過(guò)高的問(wèn)題，同時(shí)，過(guò)高的轉(zhuǎn)速也造成了精礦回收率和產(chǎn)率不同程度的下降。

表5 滾筒升速干式拋尾試驗(yàn)結(jié)果

提前拋除合格品位的尾礦，最大程度地回收磁性礦物是選礦廠進(jìn)行預(yù)選拋尾的主要目的，分選效果的優(yōu)劣應(yīng)重點(diǎn)考慮分選后尾礦磁性鐵的品位和精礦磁性鐵的回收率這兩項(xiàng)指標(biāo)。由表3 可知，當(dāng)一級(jí)滾筒為140 r/min 時(shí)，分選后尾礦磁性鐵品位0.74%、精礦磁性鐵回收率84.78%為滾筒同轉(zhuǎn)速條件下的最佳指標(biāo)。由表4 可知，當(dāng)一級(jí)滾筒為115 r/min 時(shí)，分選后尾礦磁性鐵品位0.57%、精礦磁性鐵回收率87.1%為滾筒降速條件下的最佳指標(biāo)。由表5 可知，當(dāng)一級(jí)滾筒為130 r/min時(shí)，分選后尾礦磁性鐵品位0.68%、精礦磁性鐵回收率84.55%為滾筒降速條件下的最佳指標(biāo)。

綜合比較3種不同轉(zhuǎn)速搭配下的最優(yōu)指標(biāo)，確定了3級(jí)滾筒降速搭配為該新型磁選機(jī)較為合適的運(yùn)行方式。在1級(jí)滾筒轉(zhuǎn)速為115 r/min、2 級(jí)滾筒轉(zhuǎn)速為105 r/min、3 級(jí)滾筒轉(zhuǎn)速為95 r/min 時(shí)，經(jīng)過(guò)一次分選可以拋除產(chǎn)率89.69%、MFe 品位0.57%的尾礦，精礦MFe回收率可達(dá)87.1%，該新型干式磁選試驗(yàn)樣機(jī)的預(yù)選拋尾效果較好。

2.3 磁輥排布試驗(yàn)及結(jié)果

為探究試驗(yàn)樣機(jī)另一項(xiàng)可調(diào)節(jié)參數(shù)磁輥排布對(duì)預(yù)選拋尾指標(biāo)的影響。在轉(zhuǎn)速試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，設(shè)定滾筒轉(zhuǎn)速為降速搭配的方式，3級(jí)滾筒轉(zhuǎn)速依次為115 r/min、105 r/min、95 r/min，對(duì)磁輥磁場(chǎng)強(qiáng)度自上而下為高中低和低中高兩種情況下進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，所得結(jié)果如表6所示。

表6 磁輥排布方式試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)改變磁輥排布方式為高中低后，經(jīng)分選后的尾礦產(chǎn)率為67.19%、精礦MFe回收率為77.01%，較低中高排布時(shí)相比分別降低了22.5%和10.09%。同時(shí)，尾礦MFe品位這一指標(biāo)也增加至1.08%。結(jié)合該磁選機(jī)的分選原理進(jìn)行分析可知，當(dāng)磁輥排布為高中低時(shí)，由于第一級(jí)磁輥的磁場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)高，脈石及其貧連生體夾雜在磁性礦物當(dāng)中被吸附至滾筒表面無(wú)法得到拋除而進(jìn)入精礦區(qū)域。因此，造成了精礦產(chǎn)率的升高，磁性鐵回收率的下降、尾礦磁性鐵品位升高的現(xiàn)象。當(dāng)磁輥排布為低中高時(shí)，第一級(jí)滾筒只捕收磁性較強(qiáng)的顆粒，更有利于其他磁性相對(duì)較弱的待分選物料顆粒進(jìn)入磁場(chǎng)強(qiáng)度更高的二、三級(jí)磁輥進(jìn)行分選。在此種排布方式下，不僅各級(jí)磁輥的利用率更高，而且磁性物與非磁性物分離的也更徹底。

綜合滾筒轉(zhuǎn)速試驗(yàn)與磁輥排布試驗(yàn)的結(jié)果分析，確定了新型干式磁選機(jī)采用滾筒降速搭配、磁輥低中高排布的方式運(yùn)行預(yù)選拋尾效果最佳。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）該新型干式磁選機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)可變的特點(diǎn)，可根據(jù)入選物料的性質(zhì)對(duì)3個(gè)不同磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁輥?zhàn)杂山M合、任意排布。多級(jí)滾筒串聯(lián)實(shí)現(xiàn)了單機(jī)多次選別的功能，能夠使磁性顆粒與非磁性顆粒分離的更加徹底。

（2）采用超細(xì)碎預(yù)選工藝的鐵礦選礦廠在將礦石破碎至較細(xì)粒度后，礦石中有大量已解離的脈石存在，通過(guò)預(yù)選拋尾設(shè)備將其分離出來(lái)，可以大幅度地降低入磨礦石粒度，減少選礦廠磨礦能耗，在提高入磨品位的同時(shí)降低選礦成本，給選礦廠帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）通過(guò)試驗(yàn)樣機(jī)的預(yù)選拋尾試驗(yàn)初步驗(yàn)證了該新型干式磁選機(jī)設(shè)計(jì)思路的正確性和可行性。在給礦粒度-4 mm、TFe品位13.51%、MFe品位3.98%的條件下進(jìn)行預(yù)選，可獲得mFe 品位18.43%、回收率87.1%的預(yù)選精礦，拋除產(chǎn)率89.69%、mFe品位0.57%的尾礦，預(yù)選拋尾效果明顯。