磁鐵礦選礦設備干式磁選機的研制

進口鐵礦石價格不斷攀升以及新建選礦規(guī)模越來越大，極大地刺激了國內(nèi)鐵礦石生產(chǎn)，也迫使人們對生產(chǎn)中各個環(huán)節(jié)成本更加關注。目前國內(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，如果是低品位磁鐵礦，解離出來的脈石會更多。研制新型高效的磁鐵礦選礦設備，將這部分脈石充分拋出以進一步降低磨礦成本，是整個鐵礦行業(yè)的客觀需求，也是磁鐵礦選礦設備研制生產(chǎn)單位的任務。

一、細碎磁鐵礦選礦設備

隨著“多碎少磨、以碎代磨”認識的不斷深入，人們不斷加大對破碎環(huán)節(jié)設備和生產(chǎn)工藝的研究與改進，國內(nèi)包括鞍鋼調(diào)軍臺、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口圓錐破碎機代替國產(chǎn)圓錐破碎機，并采用更加合理的篩分設備與之配套，均取得了滿意的細碎效果。

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

1、磁鐵礦選礦設備

我國于20世紀80年代研制成功適于預選強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備進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，目前國內(nèi)絕大部分選廠老師了已經(jīng)采用細碎設備對礦石進行細碎處理。但從細碎后預選作業(yè)情況看，除少數(shù)選廠對細碎后磁鐵礦進行預選拋尾后，包括鞍鋼集團大弧山、弓長嶺、齊大山以及胡家廟選礦廠，本鋼集團南芬選礦廠、賈家堡子鐵礦，太鋼峨口鐵礦、尖山鐵礦，包鋼集團公司選礦廠等眾多選廠都未對細碎后鐵礦石進行分選處理，而是將細碎鐵礦直接給入磨機。

采用細碎預選工藝的選廠，其預選主要有兩種，其一為磁滾筒（或以磁滾筒為基礎的干選機）干式預選，其二為以BKY型預選磁選機為主的濕式預選。磁滾筒干式預選，通常采用兩段預選或者細化篩分粒級、分級分選，也有的采用一次磁滾筒預選、一次粗粒跳汰掃選方式進行預選作業(yè)。這種干式、一次粗粒跳汰掃選方式進行預選作業(yè)。這種干選方式，流程相對復雜，輔助環(huán)節(jié)多、系統(tǒng)能耗高、指標波動大。

北京礦冶研究總院近幾年研制的BKY型預選用筒式磁選機實現(xiàn)了細碎后入磨前石的預選拋尾。該項預選設備解決了常規(guī)濕式磁選設備不能適應細碎后礦石顆粒相對粗大，粒度分布寬，易沉槽堵塞以及筒體、槽體磨損嚴重等缺點，已在多家選廠推廣應用，取得了良好的經(jīng)濟效益。但是該預選磁選機為濕式永磁選設備，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)的推廣應用。

2、干式磁選優(yōu)勢

如果對細碎后礦石進行分選處理，將該部分脈石拋除，可在“多碎少磨、以碎代磨”基礎上進一步減少磨機的無效消耗、增大磨機的有效處理能力。除節(jié)約用水、降低消費外，還減少了水泵、管路、泵池等固定投資以及運轉(zhuǎn)易損件的投資。采用干式預選，可將干式預選環(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輸成本，提高了運輸效率，而且拋除的粗脈石不用進入選礦廠礦庫，可延長越來越緊張的尾礦庫的服務年限并降低泵、管路的磨損。提前拋除細粒尾礦，可減少磨機過磨，對后續(xù)的分選，篩分和細磨都十分有益。因此，細碎后入磨前對礦石進行干式分選處理，正成為選廠的一個重要處理環(huán)節(jié)。

從磨機需求角度考慮，細碎物料球磨機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，改善磨機的磨礦條件，這點是濕式分選方式無法做到的。

二、細碎磁鐵礦專用干選機研制

1、結構特點

細碎磁鐵礦干式磁選機分選物料粒度為25mm甚至12mm以下粗顆粒，粗顆粒中含有部分細粒礦物，同時還含有部分粉礦。這要求干選機無論從分選原理、磁場分布還是具體的結構方面都不同于常規(guī)磁選機以適應細碎磁鐵礦特點。圖1為設備結構，其中1為磁系傳動部件，2為機架，3為筒體傳動部件，4為振動給料器，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。實驗室用XCTG0404型干選機具體技術參數(shù)見下表1。

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

2）雙旋轉(zhuǎn)設計，在筒皮旋轉(zhuǎn)帶動皮帶運動的同時，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)磁選設備，脈石在多次翻轉(zhuǎn)過程中充分拋出。

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

4）滿磁系結構與皮帶輸送方式結合，形成預磁化空間，磁性礦物在進入磁場的過程中被預磁化，磁性顆粒特別是微細粉狀磁性顆粒首先磁化并結合在一起，這對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）采用振動給料機布料方式均勻給料。

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

8）采用變頻調(diào)整技術。皮帶和磁系均設計成可以調(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調(diào)旋轉(zhuǎn)方向和速度。

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

2、分選原理

分選原理示意見圖2。物料通過振動給料器均勻地給到皮帶上，經(jīng)皮帶輸送逐漸進入磁場，在進入磁場的過程中微細粒磁性顆粒首先結成磁鏈，以磁鏈方式進入分選空間。非磁性顆粒不受磁場力作用，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力的作用，其運動軌跡發(fā)生改變。磁性顆粒在高速旋轉(zhuǎn)的動態(tài)磁場中，除隨皮帶向前運動外，自身同時翻轉(zhuǎn)運動，其翻轉(zhuǎn)次數(shù)數(shù)十倍于常規(guī)磁選機。翻轉(zhuǎn)過程能夠?qū)⑿纬傻拇沛?、磁團以及物理性團塊打散，夾雜其中的脈石在團聚—打散—團聚—再打散的過程中從磁團中脫離出來，在重力和離心力的作用下進入非磁性物料斗。而磁性顆粒因受到磁場力的作用，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，磁團打散次數(shù)就越多，脈石夾雜就越小，分選效果就越好。當磁性顆粒隨皮帶運動到達磁性物料斗區(qū)，隨著皮帶運動逐漸遠離磁場，落入磁性物料斗，分選過程完成。

3、磁性顆粒運動狀態(tài)分析

圖3為磁性顆粒運動狀態(tài)示意圖。磁性顆粒在進入磁場后首先被磁化成一個個小磁體。當磁體磁化方向與外部磁場方向存在夾角時，外部磁場就會有翻轉(zhuǎn)力矩作用在磁性顆粒上，磁性顆粒就會在此力矩作用下翻轉(zhuǎn)以保持與外磁場方向一致。其宏觀表現(xiàn)就是在磁場的相互作用下，磁性顆粒被吸向一個磁極，當磁性顆粒被外部筒體的旋轉(zhuǎn)帶到另外一個極性相反的磁極時，磁體在磁場力的作用下對調(diào)兩端位置，此時磁性顆粒本身已經(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程中被釋放并在重力和離心力的作用下逐漸遠離磁場區(qū)域，使得夾雜減少，實現(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，實際上如果磁性顆粒充分地翻轉(zhuǎn)夾雜就不會不斷形成。

圖中V1為磁性顆粒磁翻轉(zhuǎn)速度，V2O為拖動顆粒運動的皮帶線速度（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)議程很復雜，與顆粒尺寸、密度、比磁化系數(shù)、顆粒慣性、磁場強度、磁場旋轉(zhuǎn)頻率等相關。在一定假設條件并簡化的情況下，磁性顆粒翻轉(zhuǎn)頻率f可以認為與磁場旋轉(zhuǎn)頻率相等，即顆粒翻轉(zhuǎn)頻率f可以表達為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)，考慮磁場分布合理性，該數(shù)通常取偶數(shù)。上述公式的一個假設是皮帶彎曲半徑與磁極變曲半徑差別很小，可以認為相等，顆粒半徑遠小于皮帶彎曲半徑。如果磁極和皮帶運動方向一致，n1和n2有一個負值，運動方向相反，n1和n2同取正值。

4、磁場特性

圖4為XCTG0404距離磁極表面不同距離的磁場強度測量曲線（部分磁系），其中1點和5點為加楔中心點。通過分析所測量的磁場強度數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)用于大塊分選的磁滾筒（磁滑輪）相比較，XCTG0404干選機磁場分布比較均勻，特別是12~30mm的區(qū)域磁場更加均勻，20mm磁場強度與平均場強的變化率僅為8.3%，這樣的指標對于細粒磁性物料的分選是十分有利的。

三、選礦試驗

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

遼寧寬甸某礦礦樣，礦樣最大粒度30mm，通過縮分處理后，將部分原礦進行細碎，使其最大粒度為10mm，其中含有部分細粒和粉狀礦物，試驗結果見表3。

張家口礦樣，由于礦樣給礦品位只有11%，屬于貧礦，所以兩種干選設備拋尾率都很高，均超過了50%。但是與傳統(tǒng)CT型干選機相比，XCTG型干選機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%，這說明此種XCTG型干選機分選效率明顯高于以傳統(tǒng)CT型磁滾筒為基礎的干選機。

遼寧寬甸某鐵礦，-30mm和-10mm兩種不同給礦粒度條件下，采用同樣的分選設備分選，其分選指標差距很大，特別是拋尾率相差一部以上，說明-10mm礦物的解離度明顯高于-30mm礦物，即-30mm礦物進一步細碎是很必要的。XCTG干選機在CT型干選機已經(jīng)取得較好指標的情況下，又將拋尾提高了近13%，而尾礦基本沒有變化。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細碎干選機與常規(guī)CT型干選機比較的優(yōu)勢所在。

四、結語

1、采用“多碎少磨、以碎代磨”、強化細碎篩分工藝的鐵礦選廠，細碎磁鐵礦中有大量脈石可以通過磁選設備分離出來。

2、XCTG型干式磁選機分選原理、磁系結構、磁場分布等不同于傳統(tǒng)磁選機，具有磁性鐵礦物回收率高、拋除合格脈石充分、粒度適應性強的特點，可有效地實現(xiàn)細碎磁鐵礦特別是貧磁鐵礦的預選拋尾作業(yè)。

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

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