磁選柱結(jié)構(gòu)改進(jìn)及優(yōu)化研究

朱殿冰，朱巨建，趙通林

(遼寧科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，遼寧 鞍山 114051)

磁選柱結(jié)構(gòu)改進(jìn)及優(yōu)化研究

朱殿冰，朱巨建，趙通林

(遼寧科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，遼寧 鞍山 114051)

摘要：針對磁選柱實(shí)際應(yīng)用中存在磁選柱溢流品位高、耗水量大和難以大型化的問題，通過對磁選柱結(jié)構(gòu)及工作原理的分析，提出了磁選柱結(jié)構(gòu)改進(jìn)及優(yōu)化方案。研究通過引入脫磁過程，優(yōu)化磁選柱的結(jié)構(gòu)，采用脫磁過程和交變磁場聯(lián)合作用，改變了分散磁團(tuán)聚的方式，降低了上升水流速度，單機(jī)處理量可提高3～4倍。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，改進(jìn)及優(yōu)化的磁選柱，具有更高的分選精度，且具有處理量大，耗水量低，對資源的利用率高，對入選的原礦適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：磁選柱；磁團(tuán)聚；勵磁線圈；回收率

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鋼鐵行業(yè)對鐵精礦中硅的含量提出了更高要求，但我國磁鐵礦鐵精礦中硅含量平均在6.3%左右，高于國際4%的標(biāo)準(zhǔn)，因此提鐵降硅工藝技術(shù)在我國迅速發(fā)展，新型磁選設(shè)備層出不窮，其中磁選柱在選礦廠中得到廣泛應(yīng)用，主要用于精選作業(yè)中的提鐵降硅[1]。工業(yè)生產(chǎn)中，效果十分顯著，品位提高幅度一般在2%～7%，且在節(jié)能、降耗，降低精礦成本中發(fā)揮重要作用，自1994年實(shí)際應(yīng)用以來，從主體和操作上得到了不斷的改進(jìn)，但仍存在處理微細(xì)粒磁鐵礦效果不佳、對給礦粒度的要求嚴(yán)格、耗水量偏大、單機(jī)處理量低難以大型化等缺點(diǎn)，因此，磁選柱結(jié)構(gòu)改進(jìn)及優(yōu)化將對降低我國磁鐵礦中硅含量，提高精礦品位，縮短與國際水平的差距具有十分重要的意義。

磁選柱的電磁磁系由至上而下的多組線圈組成，采用從上至下且斷續(xù)周期性變化的供電方式，在磁選柱中形成連續(xù)向下且又上下浮動的磁場力[2]，是一種低弱磁場磁重選礦機(jī)。磁選柱通過多次反復(fù)的磁聚合和分散作用，充分有效地將夾雜的中、貧連生體及單體脈石從磁鐵礦中分離出來，分選低品位磁選精礦效果顯著[3]。磁選柱的結(jié)構(gòu)見圖1。

磁選柱在工業(yè)應(yīng)用中，驗(yàn)證了其分選精度高的優(yōu)點(diǎn)，但也暴露了一些需進(jìn)一步改進(jìn)及克服的缺點(diǎn)。

1)分選微細(xì)顆粒磁鐵礦時，效果不佳。磁選柱中心處的磁場強(qiáng)度僅為8～16kA/m，對微細(xì)磁性顆粒的磁力作用較弱，難以抵消上升水流力的沖刷作用，致使微細(xì)粒磁性顆粒被沖入到尾礦，降低回收率。

圖1磁選柱結(jié)構(gòu)圖

2)對給礦粒度要求比較嚴(yán)格。為了能夠克服粗粒脈石礦物自身的重力將其沖入尾礦，勢必增大上升水流，但同時會把微細(xì)粒磁鐵礦沖入到尾礦，增大了尾礦品位；相反，粗粒脈石礦物會混入到精礦，影響精礦品位。因此，磁選柱要求嚴(yán)格的給礦粒度，通常粒度在-0.2mm左右。

3)耗水量偏高。磁選柱上升水流速度大于尾礦顆粒的沉降速度，造成了耗水量的偏高，尾礦濃度只有1%～5%，處理每噸給礦的用水?dāng)?shù)量為2～4t。

4)單機(jī)處理量低，大型化困難。由于介質(zhì)流態(tài)難以控制，目前最大型號的磁選柱只有直徑600mm的，處理量只能達(dá)到每小時15t左右，對于大型選礦廠，使用時設(shè)備臺數(shù)多，配置困難。

2結(jié)構(gòu)改進(jìn)及優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對磁選柱分選區(qū)易出現(xiàn)磁團(tuán)聚和脈石夾雜的現(xiàn)象，對其分選區(qū)進(jìn)行改進(jìn)，引入了脫磁區(qū)，可以有效地打散磁團(tuán)聚，且由原來的單一穩(wěn)定磁場改為交變磁場，能有效破壞磁團(tuán)聚從而提高精礦品位，對水流的控制要求降低，節(jié)約水資源便于實(shí)現(xiàn)大型化，是一種利用脫磁過程和交變磁場充分分散磁團(tuán)聚去除脈石夾雜，又能有效利用磁團(tuán)聚來提高磁鐵礦回收率的磁重選機(jī)。設(shè)備結(jié)構(gòu)見圖2。

設(shè)備主體由不銹鋼筒體和包裹在外部的勵磁線圈構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單。控制箱是指揮中心，通過它來控制不同線圈的勵磁方式。電控系統(tǒng)由控制電路、驅(qū)動電路和電磁系三部分構(gòu)成[3]。在主機(jī)選別區(qū)內(nèi)分別有若干區(qū)域的聚磁區(qū)和脫磁區(qū)，當(dāng)?shù)V漿進(jìn)入選別區(qū)后，會經(jīng)歷幾次聚磁區(qū)和脫磁區(qū)的作用。經(jīng)過聚磁區(qū)時磁性礦物在磁場力下形成豎直向下移動的磁鏈，利用磁團(tuán)聚有效回收磁鐵礦，非磁性脈石礦物在上水流作用下沖入尾礦，磁鏈在向下移動過程中經(jīng)過脫磁區(qū)時又被交變磁場重新打碎磁鏈在向下移動過程中經(jīng)過脫磁區(qū)時又被交變磁場重新打碎，使包裹在磁鏈中的脈石雜質(zhì)被上升水流淘洗出來，這樣經(jīng)過幾段聚磁、脫磁作用，非磁性介質(zhì)都會很徹底地被上升水流帶到上部形成溢流尾礦，從而得到理想品位的鐵精礦。因此改進(jìn)的磁選柱主要用于精選品位較低磁選礦精礦，效果更好。

圖2改進(jìn)后磁選柱結(jié)構(gòu)

2.1材質(zhì)的確定

筒體必須是非導(dǎo)磁性材料，且為了試驗(yàn)觀察方便外筒和精選筒應(yīng)該是透明的，同時考慮到要易于加工，因此確定外筒和精選筒采用有機(jī)玻璃材質(zhì)。

2.2筒體截面積及其高度的確定

根據(jù)小型試驗(yàn)的需要，并參考小型磁選柱的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，擬定分選腔的面積為10cm2右為宜。根據(jù)有機(jī)玻璃市場現(xiàn)有的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，確定外筒選用內(nèi)徑90mm，外徑100mm，壁厚5mm的有機(jī)玻璃管；精選筒選用內(nèi)徑40mm，外徑50mm，壁厚5mm的有機(jī)玻璃管。計(jì)算出精選筒的截面積為12.56cm2參考小型磁選柱的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及磁鐵礦和分選過程中磁場循環(huán)周期，綜合以上各因素及探索試驗(yàn)的結(jié)果，分別確定外筒、精選筒各自需要的高度為140mm和精選筒的高度為120mm。

2.3磁系設(shè)計(jì)

由電磁學(xué)理論可知，電流強(qiáng)度I，線圈匝數(shù)n及介質(zhì)磁導(dǎo)率μ的多層螺繞環(huán)線圈軸線上P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度計(jì)算見圖3。

根據(jù)小型磁選柱的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，線圈中心磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到15mT左右時，基本上可以滿足分選的目的。采用兩組勵磁線圈形成磁場，線圈套于精選筒外。根據(jù)以上公式和小型磁選柱的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)確定。實(shí)測值與理論值對比見圖4。

根據(jù)實(shí)際需要，精選區(qū)勵磁線圈需要的是軸向磁場梯度較大，線圈高度大，不利于軸向磁場梯度的提高，且由于線圈之間有一定的間隔和分選過程中磁場有一定的作用范圍，故確定勵磁線圈采用1.2mm銅導(dǎo)線，每層20列，共35層；總匝數(shù)為700匝。

Bp=∫r1r2dB=∫r1r212μnI(cosθ1-cosθ2)dr(r2-r1)=12μnIr2-r1L1lnr2+r22+L21r1+r21+L21?è?+L2lnr2+r22+L22r1+r21+L22??÷

圖3計(jì)算簡圖

圖4線圈磁感應(yīng)強(qiáng)度測定值與理論值對比

3實(shí)驗(yàn)研究

3.1參數(shù)水平設(shè)定

勵磁線圈的位置及間距影響磁鐵礦回收率。試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是確定勵磁線圈最佳位置及間距。確定設(shè)備基座為水平0位置，勵磁線圈位置及間距取值范圍見表1。

表1　勵磁線圈位置和間距取值范圍

3.2勵磁線圈位置對選別效果的影響

勵磁線圈位置對選分效果影響試驗(yàn)條件為勵磁線圈的間距為5cm，試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著勵磁線圈位置的下移，磁鐵礦回收率逐漸下降到；石英混入率緩慢上升。優(yōu)先考慮石英混入率大小，確定精選區(qū)勵磁線圈的位置為7.7cm。

3.3勵磁線圈間距對選別效果的影響

精選區(qū)勵磁線圈間距對選分效果影響的試驗(yàn)條件為勵磁線圈位置為7.7cm。由圖5可看出，隨著勵磁線圈間距由4cm逐漸增大到7cm，回收率由99%下降為98.3%；石英混入率由0.7%上升為1.0%。勵磁線圈間距的加大回收率逐漸減少，混入率緩慢增高。優(yōu)先考慮石英混入率大小，應(yīng)確定勵磁線圈的間距為4.0cm。

圖5勵磁線圈間距對選別效果的影響

結(jié)果表明，勵磁線圈位置及間距的改變對磁鐵礦的回收率產(chǎn)生了一定影響。確定選別效果最佳條件為勵磁項(xiàng)圈的位置7.7cm，勵磁線圈的間距4.0cm。

3.4實(shí)驗(yàn)室分選研究

條件實(shí)驗(yàn)確定了最佳的操作參數(shù)范圍，主要分選條件試驗(yàn)。批量試驗(yàn)結(jié)果見表2。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：從溢流的尾礦指標(biāo)看，溢流品位均低于25%，溢流品位大大降低，沒有出現(xiàn)細(xì)粒級精礦進(jìn)入溢流的現(xiàn)象。

4結(jié)論

1)優(yōu)化的磁選柱處理細(xì)粒級礦物，如-200目90%以上礦物，溢流品位明顯降低，可直接拋尾，精礦回收率高，流程得到簡化，無需進(jìn)行濃縮后再磨再選，降低了生產(chǎn)成本，對水的依賴大大降低，有效地節(jié)約了水資源。

表2　礦批量試驗(yàn)選別結(jié)果

2)優(yōu)化的磁選柱采用脫磁過程和交變磁場聯(lián)合作用方案，有效打散磁團(tuán)聚，對水流的控制要求降低，因此便于大型化。實(shí)驗(yàn)室小型設(shè)備可達(dá)到26g/cm2·min以上，較同規(guī)格的磁選柱處理量可提高的3～4倍。

3)優(yōu)化的磁選柱采用空間更大的分選區(qū)，耐沖擊能力強(qiáng)，在給礦略有波動情況下，仍處于良好工作狀態(tài)，精礦品位穩(wěn)定。且精礦品位提高相對較大，尾礦品位降低明顯，選別精度更高。

4)選礦廠實(shí)際礦樣選別試驗(yàn)結(jié)果表明該設(shè)備能夠適應(yīng)不同礦石性質(zhì)的實(shí)際礦樣，并獲得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，適用范圍更廣。

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Study on the structure improvement and optimization of magnetic separation column

ZHU Dian-bing，ZHU Ju-jian，ZHAO Tong-lin

(School of Mining Engineering，University of Science and Technology Liaoning，Anshan 114051，China)

Abstract:Magnetic separation has problems in its opplications with higher overflow grade，larger water nend，difficult to be large-scale.Therefore，after analysis on structure and operation machanism or magnetic separation column，improvement and optimization plans for it was proposed.By introducing de magnetizing and opitimizing the structure of magnetic separation column，the dispersion way of magnetic agglomeration is changed under the combined effect of demagnetizing and periodic magnetic field.Thus，upper water flow rate is reduced and through put of each unit can be improved to be triple or four times of that before.Experimental data show that after improvement and optimization，magnetic separation column has advantages of higher separation accuracy，larger through put，lower water need，higher resource utilization efficiency and stronger adaptability for run-of-mine-ore.

Key words：column magnetic separation；magnetic agglomeration；excitation coil；recovery

收稿日期：2015-07-14

中圖分類號：TD924

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-4051(2016)05-0121-03