磁鐵礦選礦設(shè)備干式磁選機(jī)的研制

進(jìn)口鐵礦石價(jià)格不斷攀升以及新建選礦規(guī)模越來(lái)越大，極大地刺激了國(guó)內(nèi)鐵礦石生產(chǎn)，也迫使人們對(duì)生產(chǎn)中各個(gè)環(huán)節(jié)成本更加關(guān)注。目前國(guó)內(nèi)多數(shù)選廠都采用“多碎少磨、以碎代磨”多段破碎工藝來(lái)減少入磨粒度以降低磨礦成本。多段破碎后碎礦產(chǎn)品中已有部分脈石解離出來(lái)，如果是低品位磁鐵礦，解離出來(lái)的脈石會(huì)更多。研制新型高效的磁鐵礦選礦設(shè)備，將這部分脈石充分拋出以進(jìn)一步降低磨礦成本，是整個(gè)鐵礦行業(yè)的客觀需求，也是磁鐵礦選礦設(shè)備研制生產(chǎn)單位的任務(wù)。

一、細(xì)碎磁鐵礦選礦設(shè)備

隨著“多碎少磨、以碎代磨”認(rèn)識(shí)的不斷深入，人們不斷加大對(duì)破碎環(huán)節(jié)設(shè)備和生產(chǎn)工藝的研究與改進(jìn)，國(guó)內(nèi)包括鞍鋼調(diào)軍臺(tái)、齊大山選礦廠、太鋼尖山鐵礦選礦廠在內(nèi)的從多大中型選礦廠采用進(jìn)口圓錐破碎機(jī)代替國(guó)產(chǎn)圓錐破碎機(jī)，并采用更加合理的篩分設(shè)備與之配套，均取得了滿意的細(xì)碎效果。

采用“多碎少磨、以碎代磨”工藝，細(xì)碎產(chǎn)品中已有約10%~30%的脈石解離出來(lái)，如果是低品位甚至是超低品位磁鐵礦的話，會(huì)有超過(guò)50%的脈石解離出來(lái)，這需要通過(guò)磁選設(shè)備將解離的脈石拋出。、

1、磁鐵礦選礦設(shè)備

我國(guó)于20世紀(jì)80年代研制成功適于預(yù)選強(qiáng)磁性鐵礦石的大塊干式永磁磁滾筒，包括北京礦冶研究總院的CT系列以及馬鞍山礦山研究院的CTDG系列磁滾筒（磁滑輪）。國(guó)內(nèi)包括大石河、水廠、尖山以及齊大山等眾多鐵礦選廠都在使用這種類型的干式分選設(shè)備進(jìn)行大塊圍巖的拋除作業(yè)以及中碎后產(chǎn)品的磁選分離作業(yè)。

從磁鐵礦選廠的資料看，目前國(guó)內(nèi)絕大部分選廠老師了已經(jīng)采用細(xì)碎設(shè)備對(duì)礦石進(jìn)行細(xì)碎處理。但從細(xì)碎后預(yù)選作業(yè)情況看，除少數(shù)選廠對(duì)細(xì)碎后磁鐵礦進(jìn)行預(yù)選拋尾后，包括鞍鋼集團(tuán)大弧山、弓長(zhǎng)嶺、齊大山以及胡家廟選礦廠，本鋼集團(tuán)南芬選礦廠、賈家堡子鐵礦，太鋼峨口鐵礦、尖山鐵礦，包鋼集團(tuán)公司選礦廠等眾多選廠都未對(duì)細(xì)碎后鐵礦石進(jìn)行分選處理，而是將細(xì)碎鐵礦直接給入磨機(jī)。

采用細(xì)碎預(yù)選工藝的選廠，其預(yù)選主要有兩種，其一為磁滾筒（或以磁滾筒為基礎(chǔ)的干選機(jī)）干式預(yù)選，其二為以BKY型預(yù)選磁選機(jī)為主的濕式預(yù)選。磁滾筒干式預(yù)選，通常采用兩段預(yù)選或者細(xì)化篩分粒級(jí)、分級(jí)分選，也有的采用一次磁滾筒預(yù)選、一次粗粒跳汰掃選方式進(jìn)行預(yù)選作業(yè)。這種干式、一次粗粒跳汰掃選方式進(jìn)行預(yù)選作業(yè)。這種干選方式，流程相對(duì)復(fù)雜，輔助環(huán)節(jié)多、系統(tǒng)能耗高、指標(biāo)波動(dòng)大。

北京礦冶研究總院近幾年研制的BKY型預(yù)選用筒式磁選機(jī)實(shí)現(xiàn)了細(xì)碎后入磨前石的預(yù)選拋尾。該項(xiàng)預(yù)選設(shè)備解決了常規(guī)濕式磁選設(shè)備不能適應(yīng)細(xì)碎后礦石顆粒相對(duì)粗大，粒度分布寬，易沉槽堵塞以及筒體、槽體磨損嚴(yán)重等缺點(diǎn)，已在多家選廠推廣應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但是該預(yù)選磁選機(jī)為濕式永磁選設(shè)備，工作中需要一定的水，這限制了其在缺水地區(qū)或高地區(qū)的推廣應(yīng)用。

2、干式磁選優(yōu)勢(shì)

如果對(duì)細(xì)碎后礦石進(jìn)行分選處理，將該部分脈石拋除，可在“多碎少磨、以碎代磨”基礎(chǔ)上進(jìn)一步減少磨機(jī)的無(wú)效消耗、增大磨機(jī)的有效處理能力。除節(jié)約用水、降低消費(fèi)外，還減少了水泵、管路、泵池等固定投資以及運(yùn)轉(zhuǎn)易損件的投資。采用干式預(yù)選，可將干式預(yù)選環(huán)節(jié)就近布置在破碎站而不是布置在磁選廠中，這樣拋出的合格尾礦就地回填堆放，這樣不僅減少了礦石的運(yùn)輸成本，提高了運(yùn)輸效率，而且拋除的粗脈石不用進(jìn)入選礦廠礦庫(kù)，可延長(zhǎng)越來(lái)越緊張的尾礦庫(kù)的服務(wù)年限并降低泵、管路的磨損。提前拋除細(xì)粒尾礦，可減少磨機(jī)過(guò)磨，對(duì)后續(xù)的分選，篩分和細(xì)磨都十分有益。因此，細(xì)碎后入磨前對(duì)礦石進(jìn)行干式分選處理，正成為選廠的一個(gè)重要處理環(huán)節(jié)。

從磨機(jī)需求角度考慮，細(xì)碎物料球磨機(jī)一般要求入磨濃度高于80%，如果采用干式拋尾，則可以自由控制入磨濃度，改善磨機(jī)的磨礦條件，這點(diǎn)是濕式分選方式無(wú)法做到的。

二、細(xì)碎磁鐵礦專用干選機(jī)研制

1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

細(xì)碎磁鐵礦干式磁選機(jī)分選物料粒度為25mm甚至12mm以下粗顆粒，粗顆粒中含有部分細(xì)粒礦物，同時(shí)還含有部分粉礦。這要求干選機(jī)無(wú)論從分選原理、磁場(chǎng)分布還是具體的結(jié)構(gòu)方面都不同于常規(guī)磁選機(jī)以適應(yīng)細(xì)碎磁鐵礦特點(diǎn)。圖1為設(shè)備結(jié)構(gòu)，其中1為磁系傳動(dòng)部件，2為機(jī)架，3為筒體傳動(dòng)部件，4為振動(dòng)給料器，5為轉(zhuǎn)向輪，6為皮帶，7為分選磁筒，8為上下料斗，9為分礦板。實(shí)驗(yàn)室用XCTG0404型干選機(jī)具體技術(shù)參數(shù)見下表1。

1）采用360°包角滿磁系結(jié)構(gòu)。磁系由12組周向極性交替布置的磁級(jí)組成，采用小極面結(jié)構(gòu)，磁極寬度65mm。各磁極間縫隙加入加楔磁塊以提高磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)深度。磁系采用高磁能積的優(yōu)質(zhì)釹鐵硼材料制成。滿磁系、小極面結(jié)構(gòu)，使磁場(chǎng)梯度大，吸附力強(qiáng)，有利于磁性礦物的充分回收。

2）雙旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，在筒皮旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)皮帶運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，磁系也以較高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。磁性顆粒翻轉(zhuǎn)次數(shù)數(shù)倍于常規(guī)磁選設(shè)備，脈石在多次翻轉(zhuǎn)過(guò)程中充分拋出。

3）采用皮帶輸送物料方式，在降低筒皮磨損的同時(shí)，充分分散物料，同時(shí)也利用被吸附的磁性礦物卸礦。

4）滿磁系結(jié)構(gòu)與皮帶輸送方式結(jié)合，形成預(yù)磁化空間，磁性礦物在進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中被預(yù)磁化，磁性顆粒特別是微細(xì)粉狀磁性顆粒首先磁化并結(jié)合在一起，這對(duì)提高粉礦中磁性物料的回收率起著重要作用。

5）磁筒筒皮采用非金屬材料制成。

6）采用振動(dòng)給料機(jī)布料方式均勻給料。

7）采用筒皮和磁系同時(shí)旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)方式。兩種傳動(dòng)均采用鏈條傳動(dòng)方式，這種傳動(dòng)方式傳動(dòng)平穩(wěn)可靠，噪聲低。

8）采用變頻調(diào)整技術(shù)。皮帶和磁系均設(shè)計(jì)成可以調(diào)速的方式，這樣可以根據(jù)物料性質(zhì)和粒度大小等因素來(lái)調(diào)旋轉(zhuǎn)方向和速度。

采用上述技術(shù)方案的干選機(jī)，分選粗精礦中脈石夾雜少，分選尾礦中磁性鐵含量低，分選指標(biāo)明顯好于傳統(tǒng)干式磁選設(shè)備。

2、分選原理

分選原理示意見圖2。物料通過(guò)振動(dòng)給料器均勻地給到皮帶上，經(jīng)皮帶輸送逐漸進(jìn)入磁場(chǎng)，在進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中微細(xì)粒磁性顆粒首先結(jié)成磁鏈，以磁鏈方式進(jìn)入分選空間。非磁性顆粒不受磁場(chǎng)力作用，在重力和離心力的共同作用下拋入非磁性物料斗。磁性顆粒由于受到磁場(chǎng)力的作用，其運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生改變。磁性顆粒在高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)中，除隨皮帶向前運(yùn)動(dòng)外，自身同時(shí)翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其翻轉(zhuǎn)次數(shù)數(shù)十倍于常規(guī)磁選機(jī)。翻轉(zhuǎn)過(guò)程能夠?qū)⑿纬傻拇沛?、磁團(tuán)以及物理性團(tuán)塊打散，夾雜其中的脈石在團(tuán)聚—打散—團(tuán)聚—再打散的過(guò)程中從磁團(tuán)中脫離出來(lái)，在重力和離心力的作用下進(jìn)入非磁性物料斗。而磁性顆粒因受到磁場(chǎng)力的作用，被吸附在磁筒表面，隨皮帶前行，繼續(xù)參與分選。磁系旋轉(zhuǎn)速度越快、磁極數(shù)越多，磁性顆粒在分選空間的翻轉(zhuǎn)次數(shù)就越高，料層翻轉(zhuǎn)就越劇烈，磁團(tuán)打散次數(shù)就越多，脈石夾雜就越小，分選效果就越好。當(dāng)磁性顆粒隨皮帶運(yùn)動(dòng)到達(dá)磁性物料斗區(qū)，隨著皮帶運(yùn)動(dòng)逐漸遠(yuǎn)離磁場(chǎng)，落入磁性物料斗，分選過(guò)程完成。

3、磁性顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析

圖3為磁性顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)示意圖。磁性顆粒在進(jìn)入磁場(chǎng)后首先被磁化成一個(gè)個(gè)小磁體。當(dāng)磁體磁化方向與外部磁場(chǎng)方向存在夾角時(shí)，外部磁場(chǎng)就會(huì)有翻轉(zhuǎn)力矩作用在磁性顆粒上，磁性顆粒就會(huì)在此力矩作用下翻轉(zhuǎn)以保持與外磁場(chǎng)方向一致。其宏觀表現(xiàn)就是在磁場(chǎng)的相互作用下，磁性顆粒被吸向一個(gè)磁極，當(dāng)磁性顆粒被外部筒體的旋轉(zhuǎn)帶到另外一個(gè)極性相反的磁極時(shí)，磁體在磁場(chǎng)力的作用下對(duì)調(diào)兩端位置，此時(shí)磁性顆粒本身已經(jīng)翻轉(zhuǎn)了180°，隨著筒體的繼續(xù)，磁性顆粒再翻轉(zhuǎn)180°完成一個(gè)翻轉(zhuǎn)周期。在大量翻轉(zhuǎn)的磁性顆粒中間夾雜的脈石在此過(guò)程中被釋放并在重力和離心力的作用下逐漸遠(yuǎn)離磁場(chǎng)區(qū)域，使得夾雜減少，實(shí)現(xiàn)磁性顆粒與非磁性顆粒的有效分離。如果磁性顆粒連續(xù)翻轉(zhuǎn)，夾雜的顆粒將明顯減少，實(shí)際上如果磁性顆粒充分地翻轉(zhuǎn)夾雜就不會(huì)不斷形成。

圖中V1為磁性顆粒磁翻轉(zhuǎn)速度，V2O為拖動(dòng)顆粒運(yùn)動(dòng)的皮帶線速度（即筒體線速度）。令磁性顆粒線速度為V，則V=V2+V1。磁性顆粒本身的翻轉(zhuǎn)議程很復(fù)雜，與顆粒尺寸、密度、比磁化系數(shù)、顆粒慣性、磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)頻率等相關(guān)。在一定假設(shè)條件并簡(jiǎn)化的情況下，磁性顆粒翻轉(zhuǎn)頻率f可以認(rèn)為與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)頻率相等，即顆粒翻轉(zhuǎn)頻率f可以表達(dá)為f=(n1+n2)·N/120，其中n1和n2分別表示磁極和皮帶的旋轉(zhuǎn)速度，N代表分選磁筒中磁極數(shù)，考慮磁場(chǎng)分布合理性，該數(shù)通常取偶數(shù)。上述公式的一個(gè)假設(shè)是皮帶彎曲半徑與磁極變曲半徑差別很小，可以認(rèn)為相等，顆粒半徑遠(yuǎn)小于皮帶彎曲半徑。如果磁極和皮帶運(yùn)動(dòng)方向一致，n1和n2有一個(gè)負(fù)值，運(yùn)動(dòng)方向相反，n1和n2同取正值。

4、磁場(chǎng)特性

圖4為XCTG0404距離磁極表面不同距離的磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量曲線（部分磁系），其中1點(diǎn)和5點(diǎn)為加楔中心點(diǎn)。通過(guò)分析所測(cè)量的磁場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)用于大塊分選的磁滾筒（磁滑輪）相比較，XCTG0404干選機(jī)磁場(chǎng)分布比較均勻，特別是12~30mm的區(qū)域磁場(chǎng)更加均勻，20mm磁場(chǎng)強(qiáng)度與平均場(chǎng)強(qiáng)的變化率僅為8.3%，這樣的指標(biāo)對(duì)于細(xì)粒磁性物料的分選是十分有利的。

三、選礦試驗(yàn)

河北張家口某礦礦樣，最大粒度12mm，XCTG與CT型干選機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

遼寧寬甸某礦礦樣，礦樣最大粒度30mm，通過(guò)縮分處理后，將部分原礦進(jìn)行細(xì)碎，使其最大粒度為10mm，其中含有部分細(xì)粒和粉狀礦物，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

張家口礦樣，由于礦樣給礦品位只有11%，屬于貧礦，所以兩種干選設(shè)備拋尾率都很高，均超過(guò)了50%。但是與傳統(tǒng)CT型干選機(jī)相比，XCTG型干選機(jī)不僅粗精礦品位提高4%，尾礦品位低1.5%，而且廢石拋出率還高10%，這說(shuō)明此種XCTG型干選機(jī)分選效率明顯高于以傳統(tǒng)CT型磁滾筒為基礎(chǔ)的干選機(jī)。

遼寧寬甸某鐵礦，-30mm和-10mm兩種不同給礦粒度條件下，采用同樣的分選設(shè)備分選，其分選指標(biāo)差距很大，特別是拋尾率相差一部以上，說(shuō)明-10mm礦物的解離度明顯高于-30mm礦物，即-30mm礦物進(jìn)一步細(xì)碎是很必要的。XCTG干選機(jī)在CT型干選機(jī)已經(jīng)取得較好指標(biāo)的情況下，又將拋尾提高了近13%，而尾礦基本沒(méi)有變化。在尾礦品位基本不變或者降低的情況下，拋尾率大幅提高，這是新型XCTG細(xì)碎干選機(jī)與常規(guī)CT型干選機(jī)比較的優(yōu)勢(shì)所在。

四、結(jié)語(yǔ)

1、采用“多碎少磨、以碎代磨”、強(qiáng)化細(xì)碎篩分工藝的鐵礦選廠，細(xì)碎磁鐵礦中有大量脈石可以通過(guò)磁選設(shè)備分離出來(lái)。

2、XCTG型干式磁選機(jī)分選原理、磁系結(jié)構(gòu)、磁場(chǎng)分布等不同于傳統(tǒng)磁選機(jī)，具有磁性鐵礦物回收率高、拋除合格脈石充分、粒度適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，可有效地實(shí)現(xiàn)細(xì)碎磁鐵礦特別是貧磁鐵礦的預(yù)選拋尾作業(yè)。

3、XCTG型干式磁選機(jī)不僅可以分選細(xì)碎后的磁鐵礦，也可用于河砂、老尾礦庫(kù)以及鋼渣等中強(qiáng)磁性成分的回收利用。

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