SLon大型化立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)在剛果（金）銅鈷礦的試驗(yàn)探索及應(yīng)用

李磊，李雨涵，黃建雄

（贛州金環(huán)磁選設(shè)備有限公司，江西贛州 341000）

我國(guó)是銅和鈷的消費(fèi)大國(guó)，但我國(guó)的銅鈷礦資源匱乏，長(zhǎng)期依賴進(jìn)口,鈷礦是一種重要的戰(zhàn)略物資，耐高溫，穩(wěn)定性良好，具永磁性，是制造耐熱合金、磁性合金和鋰電池不可或缺的原料,主要用于鋰動(dòng)力電池正極材料和磁性材料，廣泛應(yīng)用于航空、航天、電器、機(jī)械制造、化學(xué)和陶瓷工業(yè)。目前已探明世界上資源儲(chǔ)量最大、分布密度最高礦床是橫跨剛果（金）與贊比亞兩國(guó)中非銅鈷礦帶，尤其是剛果（金）是現(xiàn)今全球最大的鈷礦供應(yīng)地［1］。隨著新能源汽車(chē)快速增長(zhǎng)及鈷價(jià)逐年攀升,已在鈷冶煉占據(jù)半壁江山的中國(guó)企業(yè)如華剛礦業(yè)、洛陽(yáng)鉬業(yè)、紫金礦業(yè)、華友鈷業(yè)等一批中資礦業(yè)公司，大量投入人力物力遠(yuǎn)赴非洲剛果（金）收購(gòu)礦山、設(shè)立工廠，以保障原料供應(yīng)，但是鈷資源的開(kāi)發(fā)利用工藝復(fù)雜，尤其是細(xì)粒級(jí)尾礦中的銅鈷礦回收一直是業(yè)界的難點(diǎn)。

1 SLon 系列磁選機(jī)在細(xì)粒級(jí)銅鈷礦選別方面的探索與研究

自2010年起，贛州金環(huán)磁選設(shè)備有限公司一直在進(jìn)行中非銅鈷礦帶尾礦中細(xì)粒級(jí)銅鈷礦磁選回收工藝的探索與試驗(yàn)。

1.1 剛果（金）銅鈷礦原礦物成分分析

中非礦帶剛果（金）原礦礦樣是由多家中資公司提供的綜合礦樣，礦物成分分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 礦物成分分析結(jié)果 /%

1.2 華友鈷業(yè)剛果（金）銅鈷礦磁選試驗(yàn)探索

該礦樣為浮銅尾礦，兩個(gè)礦樣分別標(biāo)注為1#，2#；采用高梯度磁選機(jī)進(jìn)行銅鈷分離，盡量回收鈷，采用強(qiáng)磁一粗一掃選別流程，結(jié)果見(jiàn)表2：

表2 試驗(yàn)條件及結(jié)果/%

2 SLon 系列磁選機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理［2］

2.1 SLon 立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)的結(jié)構(gòu)

設(shè)備主要部件有磁軛鎧裝、勵(lì)磁線圈、機(jī)架、脈動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)環(huán)組件、供水系統(tǒng)和各種礦斗組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 SLon 高場(chǎng)強(qiáng)高梯度磁選機(jī)結(jié)構(gòu)示意

2.2 工作原理

激磁線圈通入直流電，周?chē)a(chǎn)生電磁感應(yīng)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)環(huán)帶動(dòng)分選介質(zhì)進(jìn)入到磁場(chǎng)區(qū)域，其表面產(chǎn)生非均勻的梯度磁場(chǎng)。選礦時(shí)礦漿沿上鐵軛縫隙流經(jīng)轉(zhuǎn)環(huán)，穿過(guò)分選介質(zhì)，礦漿中的磁性顆粒被吸附在磁介質(zhì)表面上，隨著轉(zhuǎn)環(huán)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)被帶至頂部無(wú)磁場(chǎng)區(qū)，被沖洗水沖入磁性產(chǎn)品礦斗；非磁性顆粒在重力和脈動(dòng)流體力的綜合作用下穿過(guò)分選介質(zhì)層，沿下鐵軛縫隙流入非磁性產(chǎn)品礦斗；完成磁性顆粒與非磁性顆粒的分離。

2.3 技術(shù)特點(diǎn)

（1）SLon 立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)使磁性礦物顆粒和非磁性礦物顆粒分別受不同的綜合力場(chǎng)作用；磁性顆粒受電磁力被捕獲，非磁性顆粒受重力與脈動(dòng)流體力，產(chǎn)生脈動(dòng)振動(dòng)，順利通過(guò)分選介質(zhì)層；使磁介質(zhì)不易堵塞，同時(shí)在分選過(guò)程中得到高富集比和高分選效率。

（2）圓型轉(zhuǎn)環(huán)設(shè)計(jì)，持續(xù)將分選介質(zhì)帶入和帶出磁場(chǎng)區(qū)域，轉(zhuǎn)環(huán)頂部采用沖洗水反沖精礦，防止大顆粒礦物堵塞分選介質(zhì)，采用大包角半封閉式垂直磁場(chǎng)高梯度磁系，設(shè)置倒三角型大坡度尾礦斗和高頻脈動(dòng)沖程機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)及優(yōu)化線性排列的磁選棒介質(zhì)，便于磁性礦粒的收集和非磁性礦粒的排出，極大地提高了設(shè)備多粒度多礦中的適應(yīng)性，使設(shè)備性能日臻完美。

隨著礦物對(duì)磁選機(jī)技術(shù)創(chuàng)新要求的不斷增長(zhǎng)，為了降本增效，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外缺乏大型細(xì)粒弱磁性礦石選礦設(shè)備的空白，磁選機(jī)開(kāi)始向著大型化、高場(chǎng)強(qiáng)、智能化、節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展。

3 SLon大型化磁選機(jī)的研制及在剛果（金）銅鈷礦選廠的應(yīng)用

3.1 SLon 磁選機(jī)大型化的研制目標(biāo)

（1）設(shè)備大型化，增大臺(tái)時(shí)處理能力；智能化、自動(dòng)化程度高，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制。

（2）激磁線圈磁場(chǎng)穩(wěn)定，設(shè)計(jì)水循環(huán)系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)；磁介質(zhì)長(zhǎng)期不堵塞、選礦指標(biāo)穩(wěn)定。

3.2 SLon大型化磁選機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)--大型磁系機(jī)構(gòu)

SLon 立環(huán)脈動(dòng)磁選機(jī)大型化的主要設(shè)計(jì)點(diǎn)在改進(jìn)和優(yōu)化磁系結(jié)構(gòu)大型化；如圖2 設(shè)計(jì)，從上向下依次為左、右上磁軛，左、右中鐵軛，激磁線圈和下磁軛，上磁軛的固定由邊緣卡槽和螺栓聯(lián)結(jié)，分選區(qū)域內(nèi)采用弧形月牙板支撐，月牙板的弧形隔離區(qū)域，為分選轉(zhuǎn)環(huán)和分選介質(zhì)的穿越區(qū)［3］。

圖2 大型磁系結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 該磁系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

（1）大型磁系在保證磁場(chǎng)強(qiáng)度的前提下減少了磁頭鐵軛材料用量，同時(shí)該設(shè)計(jì)增加了分選區(qū)域空間，提高了磁選機(jī)處理能力；采用了半包圍組合式的磁系結(jié)構(gòu)，分體式組合底殼，便于設(shè)備的檢修和安裝維護(hù)。

（2）大型的磁系空間可使激磁線圈的外形擴(kuò)大，水內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的線圈銅管內(nèi)徑變大，有效提高冷卻效率，使線圈的熱交換更快，確保設(shè)備具有持續(xù)穩(wěn)定的激磁性能，以保證和滿足微細(xì)粒級(jí)弱磁性礦對(duì)磁場(chǎng)穩(wěn)定性的要求。

（3）同等處理量的情況下大型化設(shè)備比小型設(shè)備能耗更低，圖3 為各型號(hào)SLon 磁選機(jī)能耗對(duì)比情況。大型化設(shè)備的噸礦石能耗顯著下降。

圖3 SLon 磁選機(jī)處理每噸礦石能耗對(duì)比

3.4 SLon-2500（1.3T）磁選機(jī)在紫金剛果（金）穆索諾伊礦業(yè)中應(yīng)用

目前紫金剛果（金）穆索諾伊礦業(yè)使用兩臺(tái)SLon-2500（1.3T）和兩臺(tái)SLon-2250（1.3T）磁選機(jī)進(jìn)行一粗一精選別；浮選尾礦經(jīng)脫泥后用滾筒弱磁選機(jī)選出機(jī)械鐵，銅鈷品位分別為：銅0.7%,鈷0.05%，干礦量：200t/h，礦漿濃度：20%～25%，真密度約2.7t/m3；細(xì)度：-0.074mm占60%；通過(guò)計(jì)算可得出礦漿的體積量約為：

V漿=V礦+V水=（M礦/ρ礦）+｛(M礦/R)-M礦｝

注：V漿- 礦漿體積，M礦- 礦石質(zhì)量，ρ礦- 礦石真密度，R- 礦漿濃度

根據(jù)上述公式和礦石的濃度范圍可計(jì)算得一段強(qiáng)磁粗選的體積量范圍為：

R 為20%時(shí)：V漿=（200/2.7）+｛(200/0.2)-200｝

=874M3

R 為25%時(shí)：V漿=（200/2.7）+｛(200/0.25)-200｝

=674M3

該段選型的兩臺(tái)SLon-2500 機(jī)最大體積處理能力為800M3/h，為了能夠達(dá)到該體積量的處理要求，該項(xiàng)目設(shè)備磁系采用了優(yōu)化的大型化磁系結(jié)構(gòu)，滿足了體積量要求，效果良好。表3 試驗(yàn)指標(biāo)，表4 為實(shí)際生產(chǎn)指標(biāo)和設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)比。

表3 兩臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)SLon-2500 機(jī)試驗(yàn)條件及指標(biāo) /%

表4 現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)生產(chǎn)指標(biāo)和設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)比

入磁選原料銅品位0.54%～0.86%、磁選銅精礦品位2.11%～4.33%、回收率15.79%～36.83%；入磁選原料鈷品位0.036%～0.053%，鈷品位0.22%～0.26%，回收率19.88%～44.46%。

生產(chǎn)指標(biāo)和試驗(yàn)指標(biāo)走勢(shì)高度吻合，并好于設(shè)計(jì)指標(biāo)，隨著入選銅品位的提高，鈷的回收率顯著提高，見(jiàn)圖4。

圖4 生產(chǎn)指標(biāo)和試驗(yàn)指標(biāo)走勢(shì)圖

3.5 SLon-3000（1.3T）磁選機(jī)在華剛剛果（金）SICOMINES 銅鈷礦中應(yīng)用

（1）SICOMINES 銅鈷礦樣進(jìn)行強(qiáng)磁一粗兩掃選別，同場(chǎng)強(qiáng)不同介質(zhì)對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

從表5 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，礦樣直接通過(guò)高場(chǎng)強(qiáng)一粗兩掃流程分選后，Φ2mm 介質(zhì)所得到的強(qiáng)磁精礦Co 的綜合品位為0.63%，產(chǎn)率為36.36%，回收率為56.79%，且尾礦中Co 的品位降低至0.22%左右，指標(biāo)較好。

表5 華剛剛果(金)銅鈷礦磁選試驗(yàn)結(jié)果 /%

（2）華剛剛果(金)SICOMINES 銅鈷礦的設(shè)備使用及流程

經(jīng)過(guò)探索試驗(yàn)，為了實(shí)現(xiàn)微細(xì)粒尾礦中銅鈷礦回收利用工藝的技術(shù)突破，2019年度華剛剛果（金）SICOMINES礦業(yè)公司，購(gòu)買(mǎi)6 臺(tái)SLon-3000（1.3T）大型立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)，用于細(xì)粒級(jí)浮選尾礦中的銅鈷回收，推薦流程見(jiàn)圖5：

圖5 細(xì)粒級(jí)浮選尾礦中的銅鈷回收流程圖

該流程在浮選尾礦中微細(xì)粒鈷礦回收上；實(shí)現(xiàn)了給礦Co品位0.4%，綜合Co精礦品位達(dá)到0.8%，產(chǎn)率38%以上，總回收率60%以上的優(yōu)良指標(biāo)，顯著提高了細(xì)粒弱磁性礦石尤其微細(xì)粒級(jí)銅鈷礦的選礦技術(shù)，效益可期。

4 結(jié)論

（1）經(jīng)過(guò)多批次、多種工藝的工業(yè)化應(yīng)用表明，SLon 系列磁選機(jī)在粗選拋尾、提高精礦品位、細(xì)粒級(jí)尾礦回收等多方面都表現(xiàn)優(yōu)異，產(chǎn)品應(yīng)用面廣，對(duì)品位低、細(xì)粒弱磁性礦選礦適應(yīng)性強(qiáng)，性能卓越。

（2）SLon大型化磁選機(jī)經(jīng)過(guò)不斷優(yōu)化改進(jìn)和完善，在非洲剛果（金）紫金穆索諾伊礦業(yè)和華剛剛果（金）SICOMINES 礦業(yè)的細(xì)粒級(jí)銅鈷礦回收中得到成功應(yīng)用；使我國(guó)對(duì)外投資企業(yè)的細(xì)粒級(jí)磁選關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破性進(jìn)展。也為提高全世界的細(xì)粒弱磁性礦石尤其微細(xì)粒級(jí)銅鈷礦的選礦技術(shù)水平作出積極貢獻(xiàn)。