永磁强磁预选及永磁高梯度磁选技术研究
磁选是一种分选铁矿石的有效手段,在铁矿选矿中发挥着极为关键的作用。磁选设备与技术的发展是铁矿选矿技术发展的基础,大型化与永磁化是磁选设备发展的主题。自从Nd-Fe-B永磁材料问世以来,永磁磁选设备得到了迅速的发展。为了提高赤铁矿资源的利用效率,降低赤铁矿加工成本,节能降耗,针对赤铁矿石永磁强磁预选及永磁高梯度磁选的相关工艺和设备进行研究,具有巨大的现实意义。
针对国内大量未开发利用的鞍山式贫赤铁矿,本文研制了φ350mm×1100mm干式永磁强磁预选机,其主要结构包括永磁辊、星形布料装置、皮带输送系统、分料斗、驱动电机与控制系统。永磁辊磁系采用高性能永磁材料Nd-Fe-B口导磁材料DT5A,极距40mm,通过挤压式磁路设计,磁系表面的磁场强度可达771.9kA/m。对磁辊的磁场特性进行测试结果表明,距离皮带0～10mm以内磁场强度下降非常迅速,平均磁场梯度最高可达5.41×104kA/m2,15mm以后下降缓慢,磁场梯度可达2.39×104kA/m2,距离皮带表面20mm时磁场强度仍达159.2kA/m。圆周方向上磁场强度变化均匀。
Slon立环脉动高梯度磁选机在鞍山式赤铁矿的高效分选过程中发挥了重要的作用,但存在着能耗高、结构复杂、维修操作不方便等缺点,鉴于此本文研制了Φ600mm永磁高梯度磁选机,该设备由永磁圆筒、槽体、给矿槽、卸矿装置、机架、传动装置和变频调速装置组成,传动功率3.0kW。永磁圆筒内的磁系采用附有聚磁介质的闭合磁系,使用改进型钕铁硼永磁材料N35,3组磁极沿轴向交替排列,极间使用辅助磁极以提高磁场作用深度,背景磁场强度可达596.8kA/m。聚磁介质使用Φ2mm的导磁不锈钢棒,分选区的磁场强度达到756.0kA/m以上,距离筒皮0～10mm以内磁场强度下降非常迅速,平均磁场梯度达到3.18×
105kA/m2,15mm以后下降缓慢,磁场梯度为1.59×105kA/m2,35mm以后磁场强度降至159.2kA/m以下。在不同的带速条件下,使用干式永磁强磁预选机对鞍山式贫赤铁矿-75+50mm、-50+20mmu-20+5mm、-5mm各粒级进行预选,一粗一扫两次选别,在入选矿石铁品位17%-18%的情况下,可使精矿铁品位提高5.3～6.8个百分点,回收率大于55%,尾矿铁品位约13%,抛尾产率达到55%以上。
对-20+5mm强磁预选尾矿进行物相分析,结果表明铁主要以赤铁矿和含铁硅
酸盐矿物存在,而赤铁矿中铁的含量仅为8.60%,比原矿大幅下降,硅酸铁中的铁为4.44%。在最佳工作条件下,使用永磁高梯度磁选机对齐大山铁矿选矿分厂的强磁给矿进行分选试验,当原矿铁品位为26.65%时,一次选别得到的精矿铁品位40.21%、回收率78.09%,尾矿品位11.8%；精矿再选得到最终精矿铁品位43.49%、回收率76.86%,尾矿品位11.66%；在与Slon立环脉动高梯度磁选机(背景磁场强度1.0T)构成的两段选别中,得到了精矿品位44.57%、回收率77.34%、尾矿品位11.35%的选别指标,更重要的是Slon立环脉动高梯度磁选机的工作负荷降低了50%,对节能降耗非常有利。矿石颗粒在永磁强磁预选机的永磁辊上主要受磁场力、离心力、重力以及摩擦力作用,随着磁辊的转动做平抛运动,弱磁性颗粒和非磁性颗粒由于受力不同而被分离。以粒度为20mm的赤铁矿颗粒为例,干式永磁强磁预选机距皮带20mm以内平均磁场强度约为318.3kA/m,平均磁场梯度为4.77×104kA/m2,则所受的比磁力为24.5N/kg,约为颗粒自身重量的2.5倍,因此完全能够被磁选机回收。
磁系的磁场特性主要影响颗粒所受的磁力,带速则主要影响颗粒所受的离心力,这两个因素是影响选别效果的关键,另外预选机的选别效果还受入选物料的性质、料层厚度以及机械夹杂等因素的影响。弱磁性矿粒在永磁高梯度磁选机磁场中受磁场力、流体粘滞力、重力(对微细矿粒,重力可以忽略不计)。以粒度为0.15mm的弱磁性赤铁矿颗粒为例,永磁高梯度磁选机圆筒表面背景磁场强度596.8kA/m,平均磁场梯度2.39×105kA/m2,则颗粒所受的比磁力为229N/kg,为颗粒自身重量的22.9倍,与其所受的流体粘滞力的比值为1.44×106,被外磁场捕获的几率很大。影响高梯度磁选机选择性的因素主要有磁介质的匹配与排列形式、载体的性质与矿浆流态、入选物料的分散程度及机械夹杂等。
在永磁高梯度磁选机背景磁场强度一定的情况下,矿石性质、矿浆浓度、筒体转速、卸矿水压及处理量是影响分选指标的主要因素。本文研究的永磁强磁预选技术为我国弱磁性贫赤铁矿的预选抛尾提供了新的设备和工艺,可增加矿山可利用的资源储量、延长了矿山的服务年限,提高了矿石的入磨品位,因此可降低磨矿能耗、提高选矿效率,为贫赤铁矿石的有效利用提供了新的方向；本文研究的永磁高梯度磁选机对高梯度磁选设备的永磁化具有一定的指导意义。
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