煤用回收凈化介質(zhì)磁選機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀及分析

劉 鵬，李 涵

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京 100083；2.煤炭工業(yè)鄭州設(shè)計(jì)研究院有限公司,河南 鄭州 450000)

礦業(yè)縱橫

煤用回收凈化介質(zhì)磁選機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀及分析

劉 鵬1，李 涵2

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京 100083；2.煤炭工業(yè)鄭州設(shè)計(jì)研究院有限公司,河南 鄭州 450000)

本文通過我國重介質(zhì)選煤工業(yè)中幾種應(yīng)用廣泛的典型煤用濕式永磁磁選機(jī)的回收效凈化效果和主要性能對比，考察了國內(nèi)煤用濕式回收凈化重介質(zhì)永磁磁選機(jī)的應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上指出了國內(nèi)煤用濕式回收凈化重介質(zhì)磁選機(jī)在應(yīng)用和研究方面存在構(gòu)件使用壽命短、磁系設(shè)計(jì)創(chuàng)新不足及NdFeB磁體裝配困難、關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)對工藝變化的適應(yīng)性弱、研究偏重應(yīng)用等一些問題，并相應(yīng)提出其今后會朝大型化、專用化、深層次、多角度發(fā)展的趨勢。

選煤；重介質(zhì)；凈化回收；永磁磁選機(jī)

重介質(zhì)選煤技術(shù)憑借其分選精度高、原煤適應(yīng)性強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)自動化等諸多優(yōu)勢得以大規(guī)模推廣應(yīng)用，已逐漸成為各主要產(chǎn)煤國煤炭洗選加工的主導(dǎo)工藝[1]；而在重介質(zhì)選煤工藝中，磁選機(jī)是實(shí)現(xiàn)重介質(zhì)回收凈化的關(guān)鍵設(shè)備之一。國標(biāo)GB50539-2005《煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：分選每噸煤的磁鐵礦粉技術(shù)耗量應(yīng)符合下列規(guī)定:塊煤<0.8kg；混煤、末煤<2.0kg[2]。而煤用回收凈化介質(zhì)磁選機(jī)在應(yīng)用中普遍存在重介質(zhì)損失的問題，增加了選煤成本。重介質(zhì)損失(一般簡稱介耗)分為技術(shù)和管理兩大類。技術(shù)損失指系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)中允許的最大介質(zhì)損失量，即各產(chǎn)品帶介損失和磁選尾礦帶介損失。管理損失指介質(zhì)在儲運(yùn)和生產(chǎn)過程中的跑、冒、滴、漏等引起的介質(zhì)流失[3]。除操作參數(shù)和管理方面外，磁選機(jī)亦是困擾選煤工作者的一個問題。筆者通過簡要分析我國選煤中幾種應(yīng)用廣泛的典型回收凈化重介質(zhì)的永磁磁選機(jī)的應(yīng)用分析，期望向煤用回收介質(zhì)磁選機(jī)的研究提供些參考。

1 典型煤用回收介質(zhì)磁選機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀

永磁磁選機(jī)運(yùn)行成本低，節(jié)能降耗顯著，而近幾十年來永磁材料迅速發(fā)展，造成國內(nèi)外回收凈化磁鐵礦粉介質(zhì)的磁選設(shè)備迅速向永磁化。筒式磁選機(jī)憑借其結(jié)構(gòu)簡單、處理量大、精礦濃度高和尾礦損失量小等突出優(yōu)點(diǎn)，成為目前選煤廠進(jìn)行磁性介質(zhì)回收普遍選用的磁選設(shè)備。

一般煤用回收介質(zhì)的永磁筒式磁選機(jī)具有濕式給料、旋轉(zhuǎn)筒式結(jié)構(gòu)、磁系封裝于筒體內(nèi)部、槽內(nèi)分選等特征。煤用回收介質(zhì)磁選機(jī)主要有磁系、筒體、槽體、支架及傳動機(jī)構(gòu)等組成，參見圖1[4-5]，其中磁系是其核心。永磁圓筒連續(xù)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程中將依靠磁力與其他機(jī)械力的競爭而吸附在筒表面的磁性物帶出磁場實(shí)現(xiàn)分離。據(jù)槽體結(jié)構(gòu)，磁選機(jī)分為順流式、半逆流式和逆流式3種，逆流式主要作用是提高回收率[6]，應(yīng)用中多數(shù)選煤廠采用了逆流式。永磁磁選機(jī)在重介質(zhì)選煤工藝的重介質(zhì)回收凈化方面起著不可或缺的作用，國內(nèi)外對永磁磁選機(jī)回收凈化重介質(zhì)進(jìn)行了很多報道：國內(nèi)側(cè)重于應(yīng)用性[7-12]，而國外則側(cè)重于理論分析[13-14]。

圖1 常用脫介磁選機(jī)的組成示意圖

鑒于永磁磁選機(jī)的研發(fā)起步較晚，國外永磁筒式磁選機(jī)在磁介質(zhì)介質(zhì)回收方面應(yīng)用臺數(shù)較多，其又以藝?yán)?Eriez)磁選公司生產(chǎn)的永磁筒式磁選機(jī)在我國選煤廠中應(yīng)用最廣。文獻(xiàn)[10，15]分別報道了該公司HMDA 型磁選機(jī)在新興選煤廠和泉店選煤廠的應(yīng)用：在新興選煤廠磁性物回收率達(dá)到99.70%～99.95%，噸煤介質(zhì)消耗為1.47kg/t。在泉店選煤廠精煤磁選機(jī)磁性物回收率為99.88%，尾礦中的磁性物含量為0.025%～0.07%。此機(jī)型主要技術(shù)特點(diǎn)：磁系由各向異性Erium25 磁性材料按一定方向組合成一體，磁系采用138°包角；筒體采用雙層不銹鋼筒皮結(jié)構(gòu)，韌性和耐磨性較強(qiáng)；逆流式槽體結(jié)構(gòu)全部采用不銹鋼板焊接。

此外ERIEZ-Climax半逆流式磁選機(jī)在選煤廠也有應(yīng)用報道[16]，對滾筒等易磨損部件和槽體排料等進(jìn)行改造后，同樣入洗量噸煤介耗也由0.56kg降為0.37kg。

早期國產(chǎn)應(yīng)用多的煤用回收介質(zhì)的永磁磁選機(jī)是沈陽礦山機(jī)器廠生產(chǎn)的相關(guān)系列產(chǎn)品，仍在我國部分選煤廠使用[11-12]。文獻(xiàn)[11]報道CTN1021、CTN1024南桐選煤廠的應(yīng)用，CNT型全逆流式磁選機(jī)改善了南桐選煤廠介質(zhì)回收系統(tǒng)的工藝效果，噸原煤介耗由5.52kg降到1.27kg。此機(jī)型技術(shù)特點(diǎn)：磁系采用銣鐵硼材料，筒體表面平均磁感強(qiáng)度0.26T(掃選區(qū)0.3T)；筒體采用雙層不銹鋼，外層材質(zhì)為高耐磨抗腐蝕不銹鋼；槽體材質(zhì)為不導(dǎo)磁耐磨不銹鋼，槽體下部設(shè)置排粗機(jī)構(gòu)，可不停機(jī)排出25mm的非磁性粗顆粒；介質(zhì)回收率達(dá)99%。

煤科總院唐山分院也相繼研發(fā)了一系列不同型號的回收介質(zhì)的永磁筒式逆流式磁選機(jī)，文獻(xiàn)[7]報道了TDC1030磁選機(jī)在介休寶平選煤廠的應(yīng)用：入選原煤1500t/d時，介耗為2.25t；磁選尾礦磁性物含量為0.06～0.40kg/m3，噸原煤介耗低于1.5kg。此機(jī)型主要技術(shù)特點(diǎn)：磁系包角137°；筒表面場強(qiáng)均值為175mT，峰值可達(dá)194mT；多磁極整體充磁式磁系由鐵氧體材料制成的11個磁極組成；各磁極單獨(dú)封裝，整體充磁，外包裹不銹鋼盒，避免磁組脫落；槽體延長并上翹槽底結(jié)構(gòu)，卸礦間隙較大；滾筒轉(zhuǎn)速為8～10r/min。

而文獻(xiàn)[17]則報道了唐山院研發(fā)的另一種選煤廠重介質(zhì)的回收的逆流式磁選機(jī)HMDC系列，應(yīng)用較多的是HMDC1050×3000和HMDC1200×3000。HMDC1050×3000磁選機(jī)在山西某旋流器重介焦煤選煤廠的應(yīng)用：在入料磁性物含量增加30%的工況下，磁選尾礦中磁性物含量穩(wěn)定在0.05～0.15g/L。HMDC1200×3000磁選機(jī)在遼寧某淺槽重介動力煤選煤廠的應(yīng)用：磁選尾礦中磁性物含量由原來的1.31g/L下降并穩(wěn)定到0.3g/L以下。

撫順隆基電磁科技有限公司HMDS在選煤廠應(yīng)用中報道也較多，文獻(xiàn)[8-9]HMDS逆流式磁選機(jī)在桃山選煤廠、王樓礦選煤廠的應(yīng)用：HMDS使桃山選煤廠全廠介耗降低到1.8kg/t，磁選尾礦帶走介質(zhì)量1.15kg/t；在王樓礦選煤廠實(shí)際生產(chǎn)中磁介質(zhì)回收率99.7%以上，磁選尾礦磁性物含量0.026～0.038g/L。此機(jī)型主要技術(shù)特點(diǎn)：磁系采用稀土材料釹鐵硼；雙層筒皮設(shè)計(jì)，在主滾筒外加一層耐磨、耐腐蝕不銹鋼筒皮；磁包角138°；槽體全部采用耐磨、耐腐蝕不銹鋼，并增加入料溢流；采用螺桿調(diào)整磁系的磁偏角。

目前我國在重介選煤中典型的回收凈化介質(zhì)永磁磁選機(jī)應(yīng)用對比情況參見表1，主要技術(shù)特點(diǎn)對比參見表2。這幾種系列化生產(chǎn)的機(jī)型在國內(nèi)選煤廠使用廣泛，基本代表了我國選煤廠磁選回收凈化介質(zhì)的技術(shù)水平。此外，礦冶研究總院也成功研制了XCTN及2XCTN系列用于磁介質(zhì)回收的磁選機(jī)，且在淮南礦業(yè)集團(tuán)等一批重介選煤廠應(yīng)用[18]；德國Humboldt公司有用于回收重介質(zhì)的PER-MAX606型等；山東華特磁電有限公司近年來也研發(fā)了煤用回收介質(zhì)磁選機(jī)。國內(nèi)某些選煤廠也有雙滾筒的應(yīng)用[12，18]，文獻(xiàn)[12]介紹了成莊礦選煤廠應(yīng)用W.D.S雙滾筒磁選機(jī)回收磁介質(zhì)的情況：單臺磁選回收率99.8%，系統(tǒng)介耗由2.5kg降至1.7kg。

2 應(yīng)用現(xiàn)狀及技術(shù)分析

評價一臺回收介質(zhì)磁選機(jī)效果的指標(biāo)是磁性物回收率和煤泥凈化率，除操作參數(shù)和管理因素外，磁選機(jī)對這兩個指標(biāo)影響甚大，尤其磁選機(jī)技術(shù)參數(shù)是決定磁性物回收效果的關(guān)鍵參數(shù)之一；對表1、表2分析可得以下內(nèi)容。

1)磁系及用材：按磁系特征可分為擠壓式、整體封裝充磁式和傳統(tǒng)粘結(jié)分體充磁式等，后兩種形式在我國選煤廠介質(zhì)回收中應(yīng)用較多[19]。雖然煤用回收介質(zhì)磁選機(jī)的磁系已實(shí)現(xiàn)永磁化，普遍采用稀土永磁材料，但還并未全部采用釹鐵硼材料，有的磁系仍由銣鐵硼和高性能鐵氧體混合組成。

2)磁極數(shù)目和場強(qiáng)：通常磁極極性排列徑向交替、軸向相同，且多對稱布置在滾筒豎直中心兩側(cè)。磁極數(shù)目變化較大(3～22之間)；實(shí)踐中常使用如6、7、11、13等少數(shù)幾種。無論采用混合磁系，還是釹鐵硼磁系，其表面場強(qiáng)均小于0.33T，多在0.2T左右。

3)磁包角：磁包角與磁極數(shù)目、磁極寬度和磁極間隙有關(guān)，原來磁包角常為110～135°，而隨單機(jī)處理量增加，筒徑變大，及磁極數(shù)和磁體尺寸變化，多采用135°、137°、138°等。

4)筒體轉(zhuǎn)速：磁選機(jī)通常推薦的轉(zhuǎn)速為：筒徑1050mm， 轉(zhuǎn)速為20r/min；筒徑1200mm，轉(zhuǎn)速為17r/min[12]。目前生產(chǎn)中應(yīng)用的回收介質(zhì)磁選機(jī)的轉(zhuǎn)速一般介于6～13r/min。

5)入料要求和處理量變化：給礦濃度20%以下或多為0.6mm以下粒度級，據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況調(diào)整，但入料粒度上限和單機(jī)處理量有增大的趨勢。

6)滾筒及槽體：單滾筒為主，也有雙滾筒應(yīng)用，使用雙層不銹鋼耐磨耐腐蝕材料提高壽命；槽體耐磨耐腐蝕材料，對槽體尺寸結(jié)構(gòu)、給料和排料裝置進(jìn)行改進(jìn)，如排料端滾筒上的刮皮已被高壓噴水裝置代替。

7)其他參數(shù)如磁偏角和排礦間隙等：磁偏角為10～20°，多為15°；排礦間隙大小，某些選煤廠實(shí)踐之后認(rèn)為30～35mm磁性物回收率較好。

8)國內(nèi)外對比：國內(nèi)煤用磁選機(jī)研發(fā)單位較多，成就很大，磁系設(shè)計(jì)理論、機(jī)理研究及應(yīng)用方面仍落后國外[20-22]，參見表3。

3 存在問題與發(fā)展趨勢

3.1 存在問題

現(xiàn)有煤用回收介質(zhì)磁選機(jī)在重介質(zhì)選煤中發(fā)揮著重要作用，仍有一些問題。

1)回收介質(zhì)磁選機(jī)加工制造材質(zhì)上不去，維修頻繁增加了保養(yǎng)成本和難度，另一方面磁選機(jī)磁系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新不足。采用釹鐵硼材料后，加工制造難度大、成本高；尤其擠壓磁系的裝配要求較高工藝復(fù)雜，影響推廣。

2)重介選煤工藝選煤比例提高，規(guī)模擴(kuò)大，入選物料的物性變化大，磁選機(jī)相關(guān)技術(shù)參數(shù)須調(diào)整，給現(xiàn)有磁選機(jī)帶來很多挑戰(zhàn)性問題。

3)對回收介質(zhì)磁選機(jī)相關(guān)的研究應(yīng)用性研究較多，理論或機(jī)理研究較少。

4)磁選尾礦中磁鐵礦粉的凈化回收研究較少，重視程度不夠。

3.2 發(fā)展趨勢

煤用回收介質(zhì)磁選機(jī)的技術(shù)性能與選煤廠更高使用要求間的矛盾仍較突出，為解決上述問題，滿足選煤廠的使用要求，煤用回收介質(zhì)磁選機(jī)可能在以下幾個方向做些工作。

1)仍朝大型化和專用化方向發(fā)展。隨著國家產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，入選規(guī)模不斷擴(kuò)大，設(shè)備的不斷更新、大型化，選煤工藝和入料物性的變化對磁選機(jī)的要求越來越高，考慮運(yùn)行成本和經(jīng)濟(jì)效益，大型化和專用化是其必然趨勢，需煤用回收介質(zhì)磁選機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。

2)由于過粗和過細(xì)均不利于磁介質(zhì)的回收，回收介質(zhì)磁選機(jī)可能向中高場強(qiáng)方向發(fā)展，尤其是中場強(qiáng)的磁選機(jī)。而對于磁尾礦中磁介質(zhì)的回收，可應(yīng)用高梯度磁選進(jìn)行磁選尾礦中磁介質(zhì)的回收，是煤用回收介質(zhì)磁選機(jī)或高梯度磁選在選煤中的一個方向。

3)加強(qiáng)磁介質(zhì)的磁性的變化研究，從其磁性質(zhì)入手探求對磁系設(shè)計(jì)及介質(zhì)回收效果的影響，為回收介質(zhì)磁選機(jī)磁系設(shè)計(jì)優(yōu)化、工藝參數(shù)優(yōu)化等提供理論支持。

4)在實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用性研究的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)磁選理論或機(jī)理研究，利用交叉學(xué)科理念，實(shí)現(xiàn)磁系設(shè)計(jì)的突破，降低加工制造的成本和難度，研制新型煤用回收介質(zhì)磁選機(jī)。

[1] 劉燕華,劉彥凱,徐春江,等.磁力設(shè)備在選煤中的應(yīng)用[J].選煤技術(shù),2010(2)：69-71．

[2] 中國煤炭建設(shè)協(xié)會.GB50359-2005煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2005.

[3] 馮雷中,朱春生,孫建軍.煤用磁選機(jī)的應(yīng)用與管理[J].選煤技術(shù),2010(1)：44-47．

[4] Dworzanowski M.Optimizing the performance of wet drum magnetic separators [J].Journal of the South African Institute of Mining & Metallurgy，2010，110(11):643-653.

[5] 李桂華,楊軍偉,孫士新,等.影響煤用磁選機(jī)分選效果的因素[J].選煤技術(shù),2011(1):7-10.

[6] 司旦旦.磁力設(shè)備在選煤中的應(yīng)用分析[J].機(jī)電信息,2013(18):36-37.

[7] 李思,梁金剛,臧占全,等.TDC1030磁選機(jī)在介休寶平選煤廠的應(yīng)用[J].選煤技術(shù),2009(2):24-26.

[8] 何佳偉,張成武.HMDS高效逆流式磁選機(jī)在桃山選煤廠的應(yīng)用[J].煤炭加工與綜合利用,2010(5)：12-14.

[9] 王偉,王占山,龍祿財(cái),等.HMDS磁選機(jī)在王樓礦選煤廠的應(yīng)用[J].煤炭加工與綜合利用,2011(3)：46-48.

[10] 王玉萍.HMDA型重介質(zhì)磁選機(jī)在新興選煤廠的應(yīng)用[J].民營科技,2011(1):19-22.

[11] 張永平,王永生.新型磁選機(jī)在南桐選煤廠的應(yīng)用[J].選煤技術(shù),2007(2):31-32.

[12] 李雄鷹.W.D.S雙滾筒高效磁選機(jī)在成莊選煤廠的應(yīng)用[J].煤炭工程,2004(9):48-50.

[13]Napier-munnTJ，KojovicT，ScottIA，etal.Somecausesofmediumlossindensemediumplants[J].MineralsEngineering,1995，8(6):659-678.

[14]SripriyaR，DuttaA，DhallPK，etal.Ananalysisofmediumlossesincoalwashingplants[J].InternationalJournalofMineralProcessing，2006,(80):177-188.

[15] 張蕾,陳建中,沈麗娟,等.泉店選煤廠降低介耗的研究[J].煤炭加工與綜合利用,2011(4):20-22.

[16] 常春明.ERIEZ—Climax磁選機(jī)在寺河礦選煤廠的應(yīng)用[J].選煤技術(shù),2010(4):46-47.

[17] 劉燕華,紫金榮.HMDC高場強(qiáng)磁選機(jī)的研制[C].2012年全國選煤學(xué)術(shù)會論文集,2012.

[18] 陳雷.重介質(zhì)選煤工藝磁性介質(zhì)回收技術(shù)研究[J].礦冶,2002,11(4):28-31.

[19] 劉燕華,許春江,丁勇,等.煤用磁選機(jī)的應(yīng)用及評述[J].選煤技術(shù),2007(4):143-145.

[20]RaynerJG，Napier-MunnTJ.Themechanismofmagneticscaptureinthewetdrummagneticseparator[J].Mineralsengineering，2000，13(3):277-285.

[21]RaynerJG，Napier-MunnTJ.Amathematicalmodelofrecoveryofdensemediummagneticsinthewetdrummagneticseparator[J].Internationaljournalofmineralprocessing，2003，69(1):157-173.

[22]MeyerEJ，CraigIK.Thedevelopmentofdynamicmodelsforadensemediumseparationcircuitincoalbeneficiation[J].MineralsEngineering，2010,(23):791-805.

Application present situation and analyses of heavy medium recovery and purification by permanent magnetic separator in coal preparation

LIU Peng1，LI Han2

(1.School of Chemical and Environmental Engineering，China University of Mining and Technology(Beijing)，Beijing 100083，China；2.Coal Industry Zhengzhou Design and Research Institute Co.，Ltd.，Zhengzhou 450000，China)

Through comparisons of the performance and efficiency of several typical wet permanent magnetic separators which are widely used in China’s heavy medium coal preparation industry，application status of heavy medium recovery and purification by domestic wet permanent magnetic separators was investigated in the article.Based on these analyses this article points out some application and research problems including short life span of components，lack of magnetic system designing innovation and difficulties in assembling NdFeB magnet，weak flexibility of the key technical parameters to process change，more emphasis on application.And trends of the future development toward large scale，specificalization，depth，multi angle are accordingly put forward.

coal preparation；heavy medium；purification and recovery；permanent magnetic separators

2014-01-17

河南省杰出青年基金項(xiàng)目資助(編號：114100510007)

劉鵬，男，研究生，主要從事礦物資源綜合加工技術(shù)方面的研究。E-mail：llp080@126.com。

TD45

A

1004-4051(2015)01-0138-04