胡志成，謝順平，盧東方

中南大學(xué) 資源加工與生物工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083

引言

我國(guó)鐵礦資源總量豐富，目前保有儲(chǔ)量高達(dá)161.24 億t，開(kāi)發(fā)潛力巨大[1-2]，但是，資源整體品位低、嵌布粒度細(xì)、共伴生成分復(fù)雜，磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦等主要含鐵礦物均需通過(guò)細(xì)磨解離才能與非磁性脈石分離。然而，解離后的微細(xì)粒礦物顆粒間相互作用力顯著，具有彼此黏附團(tuán)聚的傾向。在東北、華東、中南等地區(qū)礦山普遍采用水作為介質(zhì)，進(jìn)行濕式磁選作業(yè)，保證顆粒間的高分散性，但是西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱且常年干旱少雨，水資源嚴(yán)重匱乏，進(jìn)行干式磁選是低成本開(kāi)發(fā)此類(lèi)資源的首選途徑[3-4]。當(dāng)前，對(duì)于微細(xì)粒磁鐵礦的干式磁選技術(shù)研究已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，正在逐步商業(yè)化推廣，其中代表性的設(shè)備有內(nèi)蒙古科技大學(xué)研制的三級(jí)干式永磁筒式磁選機(jī)[5]、山東華特研制的粉礦風(fēng)力干式磁選機(jī)[6]、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研制的氣固流態(tài)化磁選機(jī)[7]和中南大學(xué)研制的新型風(fēng)力干式磁選機(jī)[8]。這些磁選機(jī)均通過(guò)引入空氣動(dòng)力場(chǎng)增加粉礦的流動(dòng)性，利用高速氣流實(shí)現(xiàn)礦物的松散和非磁性脈石的脫除。然而，針對(duì)微細(xì)粒赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦等弱磁性鐵礦物分選的干式強(qiáng)磁選機(jī)仍處于研究階段[9-10]，鮮有成功的應(yīng)用報(bào)道。本研究借鑒微細(xì)粒磁鐵礦干式磁選的研究成果[11]，研究空氣動(dòng)力場(chǎng)強(qiáng)磁選機(jī)，以赤鐵礦石英混合礦為研究對(duì)象，進(jìn)一步探究空氣動(dòng)力場(chǎng)強(qiáng)磁選機(jī)對(duì)微細(xì)粒弱磁性鐵礦干式磁選的影響，為弱磁性礦物資源的干法分選提供有力保障。

1 試驗(yàn)平臺(tái)

本研究在常規(guī)干式強(qiáng)磁選機(jī)的基礎(chǔ)之上，通過(guò)引入空氣動(dòng)力場(chǎng)，研制了空氣動(dòng)力場(chǎng)干式強(qiáng)磁選機(jī)，設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示。其特點(diǎn)在于，在擠壓磁系的外部設(shè)置分選滾筒，分選滾筒表面由多孔材料制成，氣流可以從筒內(nèi)向筒外發(fā)散，在筒體外表面形成均勻的流態(tài)化床層。工作原理如圖1(b)所示，礦物通過(guò)氣流輔助輸送裝置進(jìn)入到分選區(qū)域，在分選區(qū)域中，礦物首先被筒體表面的發(fā)散氣流流化分散，之后按顆粒密度有序分層，其中下層的高密度弱磁性顆粒因受到較強(qiáng)的磁力作用，克服氣流曳力，吸附在筒體表面，隨著滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入無(wú)磁區(qū)，脫落至精礦槽；上層的非磁性脈石和貧連生體因受到較弱的磁力，無(wú)法克服氣流曳力和離心力，被直接拋落至尾礦槽。整個(gè)分選過(guò)程實(shí)現(xiàn)了弱磁性礦物空氣流化-重力分層-磁力分離過(guò)程的同步強(qiáng)化，可以最大限度提高干法分選精度。

圖1 空氣動(dòng)力場(chǎng)干式強(qiáng)磁選機(jī)結(jié)構(gòu)（a）及分選原理（b）Fig. 1 Aerodynamic dry high-intensity magnetic separator (a: structural diagram; b: sorting schematic diagram)

該磁選機(jī)的磁場(chǎng)特性如圖2(a)～(d)所示，由圖2(a)可知，采用釹鐵硼N50 永磁體和純鐵鐵芯交替排布，通過(guò)永磁體同極向擠壓，在鐵芯外部產(chǎn)生1 T 以上的強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度由鐵芯表面向外逐漸衰減。距磁系表面5 mm（筒體外表面）、10 mm、15 mm 處的磁場(chǎng)強(qiáng)度如圖2(b)所示，從圖中可看出，沿軸向延伸，磁場(chǎng)分布呈現(xiàn)周期變化，磁感應(yīng)強(qiáng)度波峰波谷交替出現(xiàn)。距磁系表面5 mm 處的波峰磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.82 T，波谷為0.49 T；15 mm 處，波峰、波谷的磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為0.33 T 和0.23 T，差值縮小，磁場(chǎng)分布更加均勻。相比于仿真值，實(shí)測(cè)值略低，5 mm 處最大值為0.72 T，最小值為0.31 T；15 mm 處最大值為0.22 T，最小值為0.21 T。實(shí)測(cè)值的變化趨勢(shì)與仿真結(jié)果基本吻合，但磁感應(yīng)強(qiáng)度略低0.1 T 左右。距磁系表面5 mm 處的磁場(chǎng)梯度沿軸向的分布規(guī)律如圖2(c)所示，鐵芯區(qū)域的磁場(chǎng)梯度遠(yuǎn)大于永磁塊區(qū)域，鐵芯邊沿處的磁場(chǎng)梯度最大，為8×107A/m2；磁塊中心磁場(chǎng)梯度最小，為3.5×107A/m2。鐵芯中心徑向磁感應(yīng)強(qiáng)度分布如圖2(d)所示，整體呈現(xiàn)先增大后減小的分布規(guī)律，當(dāng)徑向距離由0 mm 增大至2.5 mm 處時(shí)，磁感應(yīng)梯度由4×107A/m2增大到1.09×108A/m2，當(dāng)距離繼續(xù)增大到10 mm 處時(shí)，磁場(chǎng)梯度又降低到4.07×107A/m2，在鐵芯徑向距離0～10 mm 處磁場(chǎng)梯度較大。

圖2 空氣動(dòng)力場(chǎng)干式強(qiáng)磁選平臺(tái)磁場(chǎng)分布特性(a—磁場(chǎng)分布云；b—磁感應(yīng)強(qiáng)度分布；c—軸向磁場(chǎng)梯度分布；d—徑向磁場(chǎng)梯度分布)Fig. 2 Distribution of magnetic field in aerodynamic dry high-intensity magnetic separation (a: magnetic field distribution, b: magnetic induction, c: axial magnetic field gradient, radial magnetic field gradient)

分選腔內(nèi)的流場(chǎng)分布如圖3 所示，筒體表面的發(fā)散風(fēng)速值對(duì)分選腔內(nèi)的流場(chǎng)分布有較大的影響，當(dāng)筒表面風(fēng)速為0 m/s 時(shí)，高流速區(qū)域集中分布于筒表面處，與筒面相切，徑向流速較小，氣流往腔體下方出口流出，礦物流化分散性差；而隨著筒表面風(fēng)速增大到0.72 m/s，腔內(nèi)高流速區(qū)域偏離筒表面，腔體上方出口處流速增大，為主要?dú)饬鞒隹冢藭r(shí)微細(xì)粒弱磁性礦物難以到達(dá)筒體表面而被直接吹走，造成回收率較低，因此合適的筒體表面風(fēng)速對(duì)于弱磁性礦物的流態(tài)化分選至關(guān)重要。

圖3 空氣動(dòng)力場(chǎng)干式強(qiáng)磁選平臺(tái)流場(chǎng)分布特性（a-筒表面氣流速度0 m/s；b-筒表面氣流速度0.26 m/s；c-筒表面氣流速度0.48 m/s；d-筒表面氣流速度0.72 m/s）Fig. 3 Distribution of airflow velocity in different surface airflow velocity (a: 0 m/s, b: 0.26 m/s, c: 0.48 m/s, 0.72 m/s)

2 試驗(yàn)樣品及試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)樣品

由于實(shí)際礦石嵌布粒度復(fù)雜，為排除解離度對(duì)進(jìn)一步評(píng)價(jià)空氣動(dòng)力場(chǎng)的影響，本研究采用石英與赤鐵礦的人工混合礦樣。其中，石英純礦物源于大塊石英，通過(guò)破碎、人工挑揀、磨礦、鹽酸浸泡，然后進(jìn)行洗滌、篩分、烘干制得；赤鐵礦純礦物源于國(guó)外某高純塊狀赤鐵礦，對(duì)其進(jìn)行破碎、磨礦、篩分、烘干制得。圖4(a)和(b)分別為所制石英和赤鐵礦礦樣的XRD 圖譜，兩種純礦物礦樣的雜質(zhì)峰少，純度高，符合試驗(yàn)要求。赤鐵礦的振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)測(cè)量結(jié)果如圖4(c)所示，設(shè)備有效分選區(qū)域磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.72 T，此時(shí)礦物的比磁化系數(shù)為2.0×10-6m3/kg。將篩分制得的-0.15+0.074 mm、-0.074+0.038 mm、-0.038+0.015 mm 三種粒級(jí)石英和赤鐵礦分別按3∶1 的質(zhì)量比例混合，配成20 g后混勻，用于同粒級(jí)人工混合礦試驗(yàn)?；旌虾?，各粒級(jí)礦樣的TFe 含量均為17.5%，詳細(xì)的顆粒尺寸分布如圖4(d)所示，其中-0.15+0.074 mm、-0.074+0.038 mm、-0.038+0.015 mm 粒級(jí)混合礦的平均粒徑分別為0.155 mm、0.069 mm、0.030 mm。將-0.038+0.015 mm石英與-0.15+0.074 mm 赤鐵礦、-0.15+0.074 mm 石英與-0.038+0.015 mm 赤鐵礦分別按質(zhì)量比3∶1 混合，配成20 g 后混勻，用于異粒級(jí)人工混合礦試驗(yàn)。

圖4 試驗(yàn)樣品特性表征（a—石英XRD 圖譜；b—赤鐵礦XRD 圖譜；c—赤鐵礦磁化曲線；d—同粒級(jí)人工混合礦粒度分布）Fig. 4 Characterization of experimental samples (a: XRD of quartz, b: XRD of hematite, c: B-H curve of hematite, d: particle size analysis)

2.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)操作時(shí)，首先打開(kāi)風(fēng)機(jī)和空氣壓縮機(jī)，調(diào)節(jié)風(fēng)頻儀和空氣流量計(jì)示數(shù)，開(kāi)啟磁選機(jī)旋轉(zhuǎn)筒，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)滾筒轉(zhuǎn)速；之后手動(dòng)均勻給料，流態(tài)化分選，待分選結(jié)束后，關(guān)閉風(fēng)機(jī)和空氣壓縮機(jī)，關(guān)閉磁選機(jī)旋轉(zhuǎn)筒，收集精尾礦產(chǎn)品；重復(fù)試驗(yàn)步驟，分別考察筒表面風(fēng)速、滾筒轉(zhuǎn)速、給礦風(fēng)速對(duì)不同黏附情況礦物分選指標(biāo)的影響，將每次試驗(yàn)收集的精尾礦進(jìn)行稱(chēng)重和化驗(yàn)品位，計(jì)算精礦產(chǎn)率和回收率，計(jì)算公式如式(1)～(2)所示[12]：

式中，η為精礦產(chǎn)率，%；M為精礦質(zhì)量，g；m為尾礦質(zhì)量，g；ε為回收率，%；α為原礦品位，%；β為精礦品位，%。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

顆粒間黏附作用對(duì)赤鐵礦干式分選的影響具體表現(xiàn)為以下三類(lèi)：細(xì)粒赤鐵礦與細(xì)粒石英間的黏附、細(xì)粒赤鐵礦與粗粒石英間的黏附、粗粒赤鐵礦與細(xì)粒石英間的黏附。固定筒表面磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.72 T，在筒表面風(fēng)速為0～1.12 m/s、滾筒轉(zhuǎn)速為30～150 r/min、給礦風(fēng)速為0～4.45 m/s 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)自變量參數(shù)，得到-0.15+0.074 mm、-0.074+0.038 mm、-0.038+0.015 mm粒級(jí)赤鐵礦與相應(yīng)粒級(jí)石英混合的同粒級(jí)混合礦的單因素條件試驗(yàn)結(jié)果，以及-0.15+0.074 mm 赤鐵礦混合-0.038+0.015 mm、-0.038+0.015 mm 粒級(jí)赤鐵礦混合-0.15+0.074 mm 粒級(jí)石英的異粒級(jí)混合礦的單因素條件試驗(yàn)結(jié)果。

3.1 同粒級(jí)人工混合礦試驗(yàn)

圖5 為同粒級(jí)人工混合礦筒表面風(fēng)速條件試驗(yàn)結(jié)果（滾筒轉(zhuǎn)速30 r/min，給礦風(fēng)速1.27 m/s），由圖可知，對(duì)于三個(gè)不同粒級(jí)的人工混合礦，隨著筒表面風(fēng)速的增大，指標(biāo)變化趨勢(shì)相對(duì)一致，精礦品位均先提高后提高幅度趨于平緩，且回收率持續(xù)下降。提高風(fēng)速，顆粒受到的氣流曳力增大，顆粒遠(yuǎn)離筒表面的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)增大，當(dāng)氣流曳力小于磁性顆粒受到的最小磁力時(shí)，赤鐵礦顆粒受到磁力作用向筒表面吸附，而石英受離心力和氣流曳力作用遠(yuǎn)離筒表面，筒表面風(fēng)速的適當(dāng)提高擴(kuò)大了磁性顆粒和脈石顆粒的分離軌跡差異，精礦品位提高；當(dāng)氣流曳力開(kāi)始大于磁性顆粒受到的最小磁力時(shí)，部分赤鐵礦顆粒脫離筒表面，使得回收率降低。此外，隨著粒度的變細(xì)，精礦品位逐漸下降，當(dāng)筒表面風(fēng)速為0 m/s 時(shí)，-0.15+0.074 mm、-0.074+0.038 mm 和-0.038+0.015 mm 粒級(jí)的精礦TFe品位分別為58.17%、53.42%和29.71%；增大筒表面風(fēng)速至0.38 m/s 時(shí)，三個(gè)粒級(jí)的精礦品位依次可以提高到65.80%、64.11%和42.29%。相比于前兩個(gè)粒級(jí)，-0.038+0.015 mm 的精礦品位顯著下降，且回收率較低，僅為56.66%。礦物粒度變細(xì)后，顆粒間相互作用力增強(qiáng)，黏附結(jié)團(tuán)現(xiàn)象突顯，礦物流化分散時(shí)，所需要的風(fēng)速較高，但是顆粒粒徑減小，顆粒受到的磁力也相應(yīng)減小，高流化競(jìng)爭(zhēng)力和低磁捕獲力之間的矛盾導(dǎo)致-0.038+0.015 mm 粒級(jí)的磁性顆粒與石英顆粒的分離較為困難[13-14]。

圖5 同粒級(jí)人工混合礦筒表面風(fēng)速條件試驗(yàn)精礦指標(biāo)Fig. 5 Experimental results of surface airflow velocity for mixture of hematite and quartz with the same particle size

圖6 為同粒級(jí)人工混合礦有風(fēng)條件下滾筒轉(zhuǎn)速條件試驗(yàn)結(jié)果（筒表面風(fēng)速0.26 m/s，給礦風(fēng)速1.27 m/s）。由圖可知，隨著滾筒轉(zhuǎn)速的提高，-0.15+0.074 mm、-0.074+0.038 mm 粒級(jí)的精礦品位變化不大，回收率持續(xù)降低。滾筒轉(zhuǎn)速提高，礦物顆粒受到的離心力增大，由于筒表面風(fēng)速的存在，其產(chǎn)生的曳力足以提供礦物分離所需的競(jìng)爭(zhēng)力，即精礦品位較高，難以進(jìn)一步提升，反而使得回收率降低。然而對(duì)于-0.038+0.015 mm粒級(jí)，隨著滾筒轉(zhuǎn)速的增加，精礦品位緩慢提高，滾筒轉(zhuǎn)速的提高使得礦物受到的離心力提高，即競(jìng)爭(zhēng)力提高，由此更多的脈石被拋離，精礦品位進(jìn)一步提高。當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速為90 r/min 時(shí)精礦品位為46.03%，回收率為57.50%。

圖6 同粒級(jí)人工混合礦滾筒轉(zhuǎn)速條件試驗(yàn)精礦指標(biāo)Fig. 6 Experimental results of rotor speed for mixture of hematite and quartz with the same particle size

圖7 為同粒級(jí)人工混合礦給礦風(fēng)速條件試驗(yàn)結(jié)果（筒表面風(fēng)速0.26 m/s，滾筒轉(zhuǎn)速90 r/min）。由圖可知，-0.15+0.074 mm 和-0.074+0.038 mm 粒級(jí)隨著給礦風(fēng)速的增大，精礦品位無(wú)明顯變化，回收率持續(xù)下降，且-0.074+0.038 mm 粒級(jí)的降幅顯著高于-0.015+0.074 mm。-0.038+0.015 mm 粒級(jí)隨著給礦風(fēng)速的提高，精礦品位和回收率都明顯降低。顆粒粒度越小，受到的磁力越小，細(xì)顆粒相較于粗顆粒更易流失，而石英由于粒度在氣流中處懸浮狀態(tài)，容易跟隨氣流彌散到精礦槽，使得精礦品位降低。因此，給礦氣流不易過(guò)大，采用能保證順利給料的最小值1.27 m/s 即可。

圖7 同粒級(jí)人工混合礦給礦風(fēng)速條件試驗(yàn)精礦指標(biāo)Fig. 7 Experimental results of feed airflow velocity for mixture of hematite and quartz with the same particle size

為進(jìn)一步對(duì)同粒級(jí)混合礦中空氣動(dòng)力場(chǎng)的強(qiáng)化效果進(jìn)行討論分析，圖8 給出了空氣動(dòng)力場(chǎng)磁選機(jī)和常規(guī)磁選機(jī)在同粒級(jí)混合礦中的最佳分選指標(biāo)。由圖可知，對(duì)于+0.038 mm 的粒級(jí)，常規(guī)磁選機(jī)依靠調(diào)節(jié)滾筒轉(zhuǎn)速可以獲得和空氣動(dòng)力場(chǎng)體系相近的分選性能，品位和回收率均基本相當(dāng)；對(duì)于-0.038 mm 的粒級(jí)，空氣動(dòng)力場(chǎng)磁選機(jī)的分選性能顯著優(yōu)于常規(guī)磁選機(jī)，在回收率近的情況下，空氣動(dòng)力場(chǎng)磁選機(jī)的精礦品位比常規(guī)磁選機(jī)高20 百分點(diǎn)左右?？諝鈩?dòng)力場(chǎng)的引入強(qiáng)化了-0.038 mm 粒級(jí)弱磁性礦物的分選。

圖8 同粒級(jí)混合礦空氣動(dòng)力場(chǎng)磁選機(jī)和常規(guī)磁選機(jī)分選指標(biāo)對(duì)比Fig. 8 Comparison of separation indexes between conventional magnetic separator and aerodynamic magnetic separator for mixture of hematite and quartz with the same particle size

不同粒度顆粒間的受力差異是導(dǎo)致上述結(jié)果的根本原因，圖9 為赤鐵礦、石英顆粒受力大小隨著粒徑變化的曲線。從圖中可以看出，隨著粒徑的減小，磁力、重力、離心力下降幅度最大，而曳力、范德華力下降幅度較小。當(dāng)顆粒粒徑在-0.15+0.038 mm 粒級(jí)范圍內(nèi)時(shí)，顆粒間的范德華力值不顯著，低于離心力，依靠調(diào)整滾筒轉(zhuǎn)速就可獲得充足的競(jìng)爭(zhēng)力，分選可有效進(jìn)行；當(dāng)顆粒粒徑在-0.038+0.015 mm 時(shí)，顆粒間的范德華力值顯著，大于離心力，小于磁力，此時(shí)僅靠調(diào)整滾筒轉(zhuǎn)速無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效分選，而空氣動(dòng)力場(chǎng)提供的氣流曳力大于范德華力，可作為有效的競(jìng)爭(zhēng)力，亦可實(shí)現(xiàn)赤鐵礦與石英的分離。當(dāng)顆粒粒徑在-0.015 mm范圍時(shí)，顆粒間范德華力十分顯著，大于赤鐵礦受到的磁力。此時(shí)，氣流曳力值仍滿足分離赤鐵礦和石英間所需力的大小，但曳力大于磁力，磁性顆粒將無(wú)法吸附在筒面，無(wú)法實(shí)現(xiàn)分離。結(jié)合三種粒級(jí)混合礦在常規(guī)磁選機(jī)和空氣動(dòng)力場(chǎng)磁選機(jī)的最佳參數(shù)下獲得的精礦掃描電鏡圖（SEM）來(lái)看（圖9(c)～(h)），-0.15+0.074 mm、-0.074+0.038 mm 兩個(gè)粒級(jí)較易分選，兩種磁選機(jī)的分選效果相近，兩者獲得的精礦表面干凈，幾乎無(wú)石英的存在；-0.038+0.015 mm 粒級(jí)較難分選，兩種磁選機(jī)獲得的精礦產(chǎn)品都存在有部分石英，但空氣動(dòng)力場(chǎng)磁選機(jī)獲得精礦產(chǎn)品中的石英含量要顯著低于常規(guī)磁選機(jī)。

圖9 礦粒主要受力隨顆粒直徑的變化（a—赤鐵礦；b—石英）和同粒級(jí)混合礦選別后的精礦掃描電鏡圖（c、e、g—常規(guī)磁選機(jī)；d、f、h—空氣動(dòng)力場(chǎng)磁選機(jī)）Fig. 9 The forces acting on different particle size (a: hematite; b: quartz) and the SEM of concentrate of mixture of hematite and quartz with the same particle size (c, e, g: conventional magnetic separator; d, f, h: aerodynamic magnetic separator)

3.2 不同粒級(jí)人工混合礦試驗(yàn)

圖10 為不同粒級(jí)人工混合礦筒表面風(fēng)速條件試驗(yàn)結(jié)果（滾筒轉(zhuǎn)速30 r/min，給礦風(fēng)速1.27 m/s）。由圖可知，對(duì)于-0.038+0.015 mm 石英在-0.15+0.074 mm 赤鐵礦表面的黏附，隨著筒表面風(fēng)速由0 m/s 增大到0.38 m/s，黏附現(xiàn)象大幅度緩解，精礦品位由28.51%提高到63.19%，回收率由99.15%降低到86.46%。對(duì)于-0.038+0.015 mm 赤鐵礦在-0.15+0.074 mm 石英表面的黏附，隨著筒表面風(fēng)速由0 m/s 增大到0.8 m/s，精礦品位由46.18%增大到63.49%，回收率由95.27%緩慢降低至90.7%。因此，筒表面風(fēng)速明顯消除了粗顆粒和細(xì)顆粒之間的黏附現(xiàn)象。

圖10 不同粒級(jí)人工混合礦筒表面風(fēng)速條件試驗(yàn)精礦指標(biāo)Fig. 10 Experimental results of surface airflow for mixture of hematite and quartz with different particle size

圖11 為不同粒級(jí)人工混合礦滾筒轉(zhuǎn)速條件試驗(yàn)結(jié)果（給礦風(fēng)速0.18 m/s，給礦風(fēng)速1.27 m/s），由圖可知，對(duì)于-0.038+0.015 mm 石英在-0.15+0.074 mm 赤鐵礦表面的黏附，滾筒轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)負(fù)面影響，滾筒轉(zhuǎn)速的提升不利于精礦品位、回收率的提升。高滾筒轉(zhuǎn)速會(huì)使得徑向氣流方向改變，氣流流動(dòng)趨于精礦槽方向，石英粒度小，在空中懸浮，易跟隨氣流進(jìn)入精礦槽，使得精礦品位降低。對(duì)于-0.038+0.015 mm 赤鐵礦在-0.15+0.074 mm 粗粒石英表面的黏附，滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)分選指標(biāo)的影響較大，滾筒轉(zhuǎn)速的提高，精礦品位提升明顯。當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速?gòu)?0 r/min 提高至150 r/min 時(shí)，回收率僅變化了0.56 百分點(diǎn)，而精礦品位提高了19.43%。由此可見(jiàn)，滾筒轉(zhuǎn)速的提高有利于粗粒石英的拋除，而不利于細(xì)粒石英的拋除。

圖11 不同粒級(jí)人工混合礦滾筒轉(zhuǎn)速條件試驗(yàn)精礦指標(biāo)Fig. 11 Experimental results of rotor speed for mixture of hematite and quartz with different particle size

圖12 為不同粒級(jí)人工混合礦給礦風(fēng)速條件試驗(yàn)結(jié)果（筒表面風(fēng)速0.18 m/s，滾筒轉(zhuǎn)速120 r/min），由圖可知，對(duì)于-0.038+0.015 mm 石英在-0.15+0.074 mm 赤鐵礦表面的黏附，給礦風(fēng)速的適當(dāng)提高對(duì)精礦品位有較好的提升。當(dāng)給礦風(fēng)速?gòu)? m/s 增大至1.27 m/s 時(shí)，回收率有小幅度提高，這是由于氣流的存在有助于礦物分散，可減少因粗粒赤鐵礦被石英包裹而直接進(jìn)入尾礦的現(xiàn)象。然而過(guò)大的給礦風(fēng)速會(huì)使得回收率大幅度下降，當(dāng)給礦風(fēng)速由0 m/s 提升至4.45 m/s 時(shí)，回收率由92.43%降至50.55%，因此氣流流速的控制尤其重要。對(duì)于-0.038+0.015 mm 赤鐵礦在-0.15+0.074 mm 石英表面的黏附，隨著給礦風(fēng)速的提高，精礦品位幾乎不變，回收率持續(xù)降低。當(dāng)給礦風(fēng)速大于1.27 m/s 時(shí)，回收率開(kāi)始大幅度下降，風(fēng)速達(dá)到4.45 m/s時(shí)，回收率僅有46.05%。

圖12 不同粒級(jí)人工混合礦給礦風(fēng)速條件試驗(yàn)精礦指標(biāo)Fig. 12 Experimental results of feed airflow velocity for mixture of hematite and quartz with different particle size

為進(jìn)一步對(duì)不同粒級(jí)混合礦空氣動(dòng)力場(chǎng)的強(qiáng)化效果進(jìn)行討論分析，圖13 給出了空氣動(dòng)力場(chǎng)磁選機(jī)和常規(guī)磁選機(jī)對(duì)不同粒級(jí)混合礦的最佳分選指標(biāo)。從圖中可以看出，與常規(guī)磁選機(jī)相比，空氣動(dòng)力場(chǎng)可以有效緩解-0.038+0.015 mm 石英在-0.15+0.074 mm赤鐵礦表面黏附的情況，在回收率幾乎一致的情況下，空氣動(dòng)力場(chǎng)磁選機(jī)精礦品位提高了近10 百分點(diǎn)。然而，對(duì)于-0.038+0.015 mm 赤鐵礦在-0.15+0.074 mm 石英表面黏附的情況，常規(guī)磁選機(jī)就可以獲得較高的品位和回收率，空氣動(dòng)力場(chǎng)的引入反而導(dǎo)致更多的細(xì)粒赤鐵礦被吹離筒表面進(jìn)而降低精礦回收率。因此對(duì)于微細(xì)粒弱磁性礦物流化分散的同時(shí)，需要更高的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)梯度，才能進(jìn)一步提高分選過(guò)程中的精礦回收率。

圖13 不同粒級(jí)混合礦空氣動(dòng)力場(chǎng)磁選機(jī)和常規(guī)磁選機(jī)分選指標(biāo)對(duì)比Fig. 13 Comparison of separation indexes between conventional magnetic separator and aerodynamic magnetic separator for mixture of hematite and quartz with different particle size

從圖14(a)中可以看出，在-0.15+0.074 mm 赤鐵礦混-0.038+0.015 mm 石英分選過(guò)程中，赤鐵礦受到的磁力大于離心力與曳力之和，由此赤鐵礦在接觸到筒面后附著牢固，對(duì)于石英顆粒，由于粒徑較小，受到的離心力較小，與赤鐵礦間的范德華力大，當(dāng)石英黏附在赤鐵礦表面時(shí)，單靠離心力無(wú)法實(shí)現(xiàn)分離，而引入曳力后，曳力大小與范德華力接近，可強(qiáng)化石英顆粒與赤鐵礦的分離過(guò)程，由此有風(fēng)條件下的分選指標(biāo)要優(yōu)于無(wú)風(fēng)條件。結(jié)合空氣動(dòng)力場(chǎng)磁選機(jī)和常規(guī)磁選機(jī)精礦產(chǎn)品的掃描電鏡圖（SEM）(圖14(c)和(d))可知，常規(guī)磁選機(jī)獲得的精礦產(chǎn)品含有大量石英，石英或單獨(dú)黏附在赤鐵礦表面，或黏附成團(tuán)包裹著赤鐵礦，而空氣動(dòng)力場(chǎng)磁選機(jī)獲得的精礦產(chǎn)品中，石英含量較少，主要以單個(gè)顆粒形式黏附在赤鐵礦表面。

圖14 -0.15+0.074 mm 粒級(jí)赤鐵礦混-0.038+0.015 mm 粒級(jí)石英顆粒受力大小和精礦產(chǎn)品掃描電鏡圖（a—受力大?。籧—常規(guī)磁選機(jī)精礦掃描電鏡；d—空氣動(dòng)力場(chǎng)磁選機(jī)精礦掃描電鏡）；-0.038+0.015 mm 赤鐵礦混-0.15+0.074 mm 石英顆粒受力大小和精礦產(chǎn)品掃描電鏡圖（b—受力大??；e—常規(guī)磁選機(jī)精礦掃描電鏡；f—空氣動(dòng)力場(chǎng)磁選機(jī)精礦掃描電鏡）Fig. 14 The force acting on the mixture of -0.15+0.074 mm hematite and -0.038+0.015 mm quartz (a) and SEM of concentrate of the mixture (c: conventional magnetic separator, d: aerodynamic magnetic separator); The force acting on the mixture of-0.038+0.015 mm hematite and -0.15+0.074 mm quartz (b) and SEM of concentrate of the mixture (e: conventional magnetic separator, f: aerodynamic magnetic separator)

從圖14(b)中可看出，-0.038+0.015 mm 赤鐵礦混-0.15+0.074 mm 石英的分選過(guò)程中，赤鐵礦粒徑較小，受到的磁力偏小，但其值仍大于離心力與曳力的和，可被較好地回收，對(duì)于石英顆粒，由于粒徑較大，受到的離心力較大，范德華力較小，當(dāng)石英顆粒黏附在赤鐵礦表面時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)滾筒轉(zhuǎn)速適當(dāng)提高離心力可較好地將兩者分離，而當(dāng)存在氣流曳力時(shí)，氣流曳力同樣大于范德華力，但是此時(shí)氣流曳力、離心力和重力提供的合競(jìng)爭(zhēng)力與磁力接近，導(dǎo)致部分赤鐵礦因無(wú)法被磁力捕獲而進(jìn)入到尾礦中。結(jié)合空氣動(dòng)力場(chǎng)磁選機(jī)和常規(guī)磁選機(jī)精礦產(chǎn)品的掃描電鏡圖（SEM）(圖14(e)和(f))可知，空氣動(dòng)力場(chǎng)磁選機(jī)和常規(guī)磁選機(jī)獲得的精礦產(chǎn)品幾乎相同，產(chǎn)品中含有極少量的大顆粒石英，細(xì)粒的赤鐵礦黏附在石英表面。

4 結(jié)論

(1)在常規(guī)干式強(qiáng)磁選機(jī)的基礎(chǔ)之上，將密閉筒面替換為多孔筒面，通過(guò)引入筒表面氣流和給礦氣流，研制了一種新型的空氣動(dòng)力場(chǎng)強(qiáng)磁選機(jī)。

(2)新型空氣動(dòng)力場(chǎng)強(qiáng)磁選機(jī)利用氣流對(duì)分選過(guò)程中的微細(xì)顆粒進(jìn)行分散，有效減少了脈石在磁性產(chǎn)品中的夾雜，顯著提高了微細(xì)粒赤鐵礦干式磁選的選擇性。

(3)與常規(guī)干式強(qiáng)磁選機(jī)相比，新型空氣動(dòng)力場(chǎng)強(qiáng)磁選機(jī)一方面強(qiáng)化了-0.038 mm 粒級(jí)赤鐵礦的分選，在精礦回收率相近的情況下，品位提高了20 百分點(diǎn)；另一方面大幅度消弱了-0.038 mm 石英在+0.074 mm赤鐵礦表面的黏附，避免細(xì)粒石英因黏附在赤鐵礦表面而進(jìn)入到精礦中，降低精礦品位。

(4)與常規(guī)干式強(qiáng)磁選機(jī)相比，新型空氣動(dòng)力場(chǎng)強(qiáng)磁選機(jī)同時(shí)也會(huì)增大分選競(jìng)爭(zhēng)力，導(dǎo)致赤鐵礦回收率降低，進(jìn)一步增大磁選機(jī)的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)梯度，是強(qiáng)化回收率的重要保障。