高梯度磁選機永磁化的研究與進展

1、引言

自1968年第一臺高梯度磁選機被用于高嶺土工廠除鐵以來，這種設(shè)備被廣泛應(yīng)用于鐵礦選礦、非金屬礦深加工以及二次資源的回收和利用等，這導(dǎo)致了大批的科研人員和科研機構(gòu)進行高梯度磁選理論的研究和設(shè)備的研制。其中江西贛州有色冶金研究所的熊大和博士研制的SLon型脈動高梯度磁選機已有800多臺應(yīng)用于國內(nèi)的各大赤鐵礦選礦廠，并已出口秘魯?shù)葒?/p>

在實際應(yīng)用中，脈動高梯度磁選機雖然取得了較好的分選指標(biāo)，但其耗水量、耗電量很高，以一臺SLon-2000型脈動高梯度磁選機為例，干礦處理量50~80t/h，額定背景磁場強度1.OT，其激磁功率74kW，耗水量達150~300m3/h。一直以來，節(jié)能降耗備受各選廠關(guān)注，如果永磁高梯度磁選機能夠達到與SLon型脈動高梯度磁選機近似的選別指標(biāo)，則可以大大降低電耗和水耗。目前磁性材料的發(fā)展使得高梯度磁選設(shè)備的永磁化有了可能。

2、永磁材料在磁選設(shè)備中的應(yīng)用

磁選設(shè)備中使用的永磁材料主要是鍶鐵氧體和燒結(jié)釹鐵硼。國內(nèi)用于磁選設(shè)備的鍶鐵氧體的磁性能一般停留在Y30H-l以下，經(jīng)過磁路組合后，在磁選設(shè)備的有效選別區(qū)域所產(chǎn)生的最高磁場強度不超過200mT，這種磁材僅適用于制作強磁性礦物的選別設(shè)備。近幾年來，為了提高磁選設(shè)備的磁場強度，人們采用了釹鐵硼這種高性能永磁材料和鍶鐵氧體組合設(shè)計磁路，開發(fā)出了磁場強度為200~800mT的磁選設(shè)備。進入2l世紀以來，中國鋼鐵行業(yè)迅猛發(fā)展，對鐵精礦的需求急劇增加，但是由于我國鐵礦礦產(chǎn)資源自身的特點，對新型磁選設(shè)備尤其是中高磁場強度的磁選機的需求量愈來愈大。永磁高梯度磁選機把具有良好導(dǎo)磁性能的導(dǎo)磁介質(zhì)和永磁磁系有機地結(jié)合起來，結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計新穎。研究表明，利用釹鐵硼合金組成的永磁磁系產(chǎn)生的磁場可以使鋼毛等導(dǎo)磁介質(zhì)磁化達到飽和，滿足物料分選所需的磁場梯度和磁場力。

在高梯度磁選機的分選過程中，使磁性礦粒與非磁性礦粒分離的主要條件是磁力大于競爭力。競爭力主要為流體粘滯力和重力（對微細礦粒，重力可以忽略不計）。磁性礦粒所受比磁力為：

fm=u0x0H0gradH0

式中，u0為真空磁導(dǎo)率；x0為礦粒的比磁化系數(shù)；H0為背景場強；gradH0為場強Ho在l方向的梯度。

以粒徑為0.15mm(假設(shè)顆粒為球形)的鞍山式赤鐵礦為例，其真密度p=4.8×l0(3)kg/m3，比磁化系數(shù)為12.7×10(-7)m3/kg，真空磁導(dǎo)率u0=4π×1(-7)，假設(shè)顆粒需要克服的競爭力等于其本身重力的10倍，使用新型釹鐵硼材料N40組成的磁系，達到背景磁場強度1.OT，代人以上公式可得磁場梯度gradH=960mT/mm，使用導(dǎo)磁介質(zhì)后能夠產(chǎn)生滿足高梯度磁選機要求的磁場梯度，可以順利分選弱磁性鐵礦石。

3、永磁高梯度磁選機的研究與進展

(1)永磁帶式高梯度磁選機

中南大學(xué)馮定五博士研制的永磁帶式高梯度磁選機主要由永磁磁系、無端磁介質(zhì)帶、電磁振動線圈及機架組成。磁系由鎧裝NdFeB磁鐵組成，磁能積255kj/m3，剩余磁感應(yīng)強度1.1T。磁系上下的磁極間距可調(diào)，使分選空間的場強可調(diào)，以適應(yīng)不同的應(yīng)用要求。介質(zhì)帶是由鋼毛介質(zhì)編織而成，介質(zhì)帶上裝有兩個電磁振動線圈，其產(chǎn)生的高頻低幅振動可使物料分選的選擇性提高。

介質(zhì)帶在傳動輪的帶動下，沿分選空間循環(huán)通過。物料給入分選空間的介質(zhì)帶上，非磁性物料因重力作用穿過介質(zhì)帶，沿傾斜的溜槽滑入非磁性產(chǎn)品槽，磁性物料則粘附于介質(zhì)帶而隨介質(zhì)帶離開分選空間，分選區(qū)內(nèi)補加漂洗水以清除介質(zhì)中夾雜的非磁性顆粒。正反向沖洗水把磁性物徹底地沖出介質(zhì)帶，電磁線圈產(chǎn)生的振動避免分選空間的機械阻塞，并強化了磁性物料從介質(zhì)中的脫除。

使用該設(shè)備對某釉料進行除鐵試驗，2#和4#鋼毛[2#鋼毛規(guī)格為(60~90)×(30+5)μm，4#鋼毛規(guī)格為(120—150)×(40+5)μm]按1:1質(zhì)量比相匹配作為磁介質(zhì)，在礦漿濃度32.3%、礦漿流速1.2cm/s、介質(zhì)充填率3%、入選釉料含F(xiàn)e2O30.21%，分選場強0.38T的條件下，經(jīng)四次選別，最終精礦含F(xiàn)e2030.13%，累積除鐵率約50%，除去了形成陶瓷斑點的粗粒機械鐵及部分影響陶瓷白度的弱磁性鐵污染物。該磁場強度屬于中等磁場強度，而且由于磁極的體積，影響了它的處理量，再加上磁介質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，限制了它在其他方面尤其是弱磁性鐵礦處理上的應(yīng)用。

(2)雙立環(huán)高梯度磁選機

由馬鞍山礦山研究院研制的YGl-15永磁雙立環(huán)高梯度磁選機是一種利用永磁磁力、脈動流體力和重力的綜合力場選礦的工業(yè)型設(shè)備。該設(shè)備主要由脈動機構(gòu)，永磁磁系，驅(qū)動機構(gòu)及其他配套部件組成。

其中永磁磁系主要由釹鐵硼、鐵氧體磁塊復(fù)合組成，能夠達到1.OT的背景磁場強度；轉(zhuǎn)環(huán)由導(dǎo)磁不銹鋼焊制而成，又被分成24個分選室，每個分選室由導(dǎo)磁鋼板網(wǎng)和非導(dǎo)磁鋼板網(wǎng)相疊充填，在背景磁場的作用下產(chǎn)生很高的磁場梯度，以實現(xiàn)捕捉礦物的作用；脈動機構(gòu)中產(chǎn)生的脈動流體力使礦物在分選區(qū)反復(fù)分選，并始終保持松散狀態(tài)，以利于克服非磁性礦粒的機械夾雜，從而較大幅度地提高磁性精礦品位，緩解礦物對鋼板網(wǎng)的堵塞。

該樣機自研制成功后，先后對遵義錳礦、馬鋼姑山鐵礦以及南京梅山鐵礦的礦樣進行了選別試驗，取得了較好的選別指標(biāo)和選礦效率，而且還將選別粒度范圍擴大到了0.01~0.8mm，從而簡化了預(yù)篩設(shè)備，與同類電磁設(shè)備相比有節(jié)能、噸機生產(chǎn)能力大、設(shè)備造價低等優(yōu)點；但也具有體積大，給礦口、尾礦溢流口容易堵塞等缺點。

(3)干式永磁高梯度磁選機

由長沙礦冶研究院馮定五博士研制的干式永磁高梯度磁選機主要由內(nèi)、外永磁磁系，內(nèi)、外簡體，磁介質(zhì)，磁介質(zhì)振動系統(tǒng)，風(fēng)力分散系統(tǒng)，給料系統(tǒng)，接料斗和機架等組成。

該機內(nèi)、外磁系之間的分選間隙可調(diào)整，以適應(yīng)不同物料對分選場強的要求，其結(jié)構(gòu)選擇齒狀磁場多極永磁磁系，所采用的釹鐵硼永磁體的磁能積為293kj/m3，剩余磁感應(yīng)強度1.1T，內(nèi)、外磁系均為磁鐵鎧裝擠壓磁系，減少了漏磁。磁介質(zhì)選用鋼板網(wǎng)，用于吸附進入分選空間的物料，隨著磁介質(zhì)的轉(zhuǎn)動和振動，磁性物料進入接料斗，而非磁性物料則隨自身的軌跡拋落出去。其中的風(fēng)力分散系統(tǒng)是通過旋轉(zhuǎn)的葉輪產(chǎn)生的離心力把物料甩向周邊的斗壁，物料中的團聚顆粒受撞擊而分散，并在葉輪產(chǎn)生的風(fēng)力作用下送入磁選機的分選腔。機械振動則提高了物料分選的選擇性，避免機械夾雜。

在連州復(fù)合材料廠的鉀長石除鐵試驗中，該設(shè)備使精礦中的Fe203由0.27%降至0.18%，達到了工業(yè)一級品的要求，而且運行過程中未出現(xiàn)物料的機械堵塞，運行平穩(wěn)可靠，但是1.5t/h的處理能力需要進一步提高。

(4)PHGM型永磁高梯度磁選機

鑒于現(xiàn)有的永磁高梯度磁選機多用于非金屬除鐵，而日益增加的鐵精礦市場又急需高效低耗的永磁高梯度磁選機，東北大學(xué)礦物加工研究所和沈陽選礦機械研究所聯(lián)合研制了針對鞍山式赤鐵礦的永磁高梯度磁選機。該設(shè)備采用鐵氧體和釹鐵硼合金復(fù)合磁系，平均磁能積310kj/m3，剩余磁感應(yīng)強度1.18T，感應(yīng)介質(zhì)選用圓柱形的導(dǎo)磁不銹鋼棒，平均感應(yīng)場強1.25T。

給入的物料隨簡體一起轉(zhuǎn)動，磁性礦物被具有高感應(yīng)磁場強度的介質(zhì)棒所吸引攜帶至無磁區(qū)卸礦，而非磁性礦物則被高壓沖洗水直接沖下至尾礦區(qū)。所選用的導(dǎo)磁不銹鋼介質(zhì)磁導(dǎo)率可達1.05H/m，離開磁場區(qū)域后剩磁幾乎為零，另外在豎直方向和筒體外壁雙向給入沖洗水的卸礦方式，既能提高精礦質(zhì)量，又保證了精礦卸礦順利。

PHGM600型試驗型的永磁高梯度磁選機已經(jīng)研制成功，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，電機驅(qū)動功率僅為2.2kW，整機總重1193kg。利用該設(shè)備對鞍山式低品位赤鐵礦石進行選別試驗，在原礦鐵品位13.04%的情況下，經(jīng)過該設(shè)備選別后，分別得到了品位26.05%的精礦和6.4%的尾礦，滿足了進一步處理的工藝要求。但是給礦區(qū)域較大和筒體轉(zhuǎn)速過快導(dǎo)致了選別指標(biāo)有所波動。目前正在設(shè)計PHGM1000型永磁高梯度磁選機，在考慮了上述情況以及處理能力的因素后，磁系組成也得到了改進，有望獲得更好的選別指標(biāo)。

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