高梯度磁選機(jī)永磁化的研究與進(jìn)展

1、引言

自1968年第一臺(tái)高梯度磁選機(jī)被用于高嶺土工廠除鐵以來(lái)，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(jī)構(gòu)進(jìn)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(dòng)高梯度磁選機(jī)已有800多臺(tái)應(yīng)用于國(guó)內(nèi)的各大赤鐵礦選礦廠，并已出口秘魯?shù)葒?guó)。

在實(shí)際應(yīng)用中，脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)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(tái)SLon-2000型脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)為例，干礦處理量50~80t/h，額定背景磁場(chǎng)強(qiáng)度1.OT，其激磁功率74kW，耗水量達(dá)150~300m3/h。一直以來(lái)，節(jié)能降耗備受各選廠關(guān)注，如果永磁高梯度磁選機(jī)能夠達(dá)到與SLon型脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)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(guó)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(guò)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(chǎng)強(qiáng)度不超過(guò)200mT，這種磁材僅適用于制作強(qiáng)磁性礦物的選別設(shè)備。近幾年來(lái)，為了提高磁選設(shè)備的磁場(chǎng)強(qiáng)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(jì)磁路，開(kāi)發(fā)出了磁場(chǎng)強(qiáng)度為200~800mT的磁選設(shè)備。進(jìn)入2l世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)鋼鐵行業(yè)迅猛發(fā)展，對(duì)鐵精礦的需求急劇增加，但是由于我國(guó)鐵礦礦產(chǎn)資源自身的特點(diǎn)，對(duì)新型磁選設(shè)備尤其是中高磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁選機(jī)的需求量愈來(lái)愈大。永磁高梯度磁選機(jī)把具有良好導(dǎo)磁性能的導(dǎo)磁介質(zhì)和永磁磁系有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)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(chǎng)可以使鋼毛等導(dǎo)磁介質(zhì)磁化達(dá)到飽和，滿足物料分選所需的磁場(chǎng)梯度和磁場(chǎng)力。

在高梯度磁選機(jī)的分選過(guò)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(jìng)爭(zhēng)力。競(jìng)爭(zhēng)力主要為流體粘滯力和重力（對(duì)微細(xì)礦粒，重力可以忽略不計(jì)）。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(chǎng)強(qiáng)；gradH0為場(chǎng)強(qiáng)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(jìng)爭(zhēng)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(dá)到背景磁場(chǎng)強(qiáng)度1.OT，代人以上公式可得磁場(chǎng)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(jī)要求的磁場(chǎng)梯度，可以順利分選弱磁性鐵礦石。

3、永磁高梯度磁選機(jī)的研究與進(jìn)展

(1)永磁帶式高梯度磁選機(jī)

中南大學(xué)馮定五博士研制的永磁帶式高梯度磁選機(jī)主要由永磁磁系、無(wú)端磁介質(zhì)帶、電磁振動(dòng)線圈及機(jī)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(qiáng)度1.1T。磁系上下的磁極間距可調(diào)，使分選空間的場(chǎng)強(qiáng)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(gè)電磁振動(dòng)線圈，其產(chǎn)生的高頻低幅振動(dòng)可使物料分選的選擇性提高。

介質(zhì)帶在傳動(dòng)輪的帶動(dòng)下，沿分選空間循環(huán)通過(guò)。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(guò)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(kāi)分選空間，分選區(qū)內(nèi)補(bǔ)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(dòng)避免分選空間的機(jī)械阻塞，并強(qiáng)化了磁性物料從介質(zhì)中的脫除。

使用該設(shè)備對(duì)某釉料進(jìn)行除鐵試驗(yàn)，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(chǎng)強(qiáng)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(diǎn)的粗粒機(jī)械鐵及部分影響陶瓷白度的弱磁性鐵污染物。該磁場(chǎng)強(qiáng)度屬于中等磁場(chǎng)強(qiáng)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(jī)

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(jī)是一種利用永磁磁力、脈動(dòng)流體力和重力的綜合力場(chǎng)選礦的工業(yè)型設(shè)備。該設(shè)備主要由脈動(dòng)機(jī)構(gòu)，永磁磁系，驅(qū)動(dòng)機(jī)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(dá)到1.OT的背景磁場(chǎng)強(qiáng)度；轉(zhuǎn)環(huán)由導(dǎo)磁不銹鋼焊制而成，又被分成24個(gè)分選室，每個(gè)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(chǎng)的作用下產(chǎn)生很高的磁場(chǎng)梯度，以實(shí)現(xiàn)捕捉礦物的作用；脈動(dòng)機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生的脈動(dòng)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(jī)械夾雜，從而較大幅度地提高磁性精礦品位，緩解礦物對(duì)鋼板網(wǎng)的堵塞。

該樣機(jī)自研制成功后，先后對(duì)遵義錳礦、馬鋼姑山鐵礦以及南京梅山鐵礦的礦樣進(jìn)行了選別試驗(yàn)，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(kuò)大到了0.01~0.8mm，從而簡(jiǎn)化了預(yù)篩設(shè)備，與同類電磁設(shè)備相比有節(jié)能、噸機(jī)生產(chǎn)能力大、設(shè)備造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)；但也具有體積大，給礦口、尾礦溢流口容易堵塞等缺點(diǎn)。

(3)干式永磁高梯度磁選機(jī)

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

該機(jī)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(duì)分選場(chǎng)強(qiáng)的要求，其結(jié)構(gòu)選擇齒狀磁場(chǎng)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(qiáng)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(jìn)入分選空間的物料，隨著磁介質(zhì)的轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)，磁性物料進(jìn)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(guò)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(tuán)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(jī)的分選腔。機(jī)械振動(dòng)則提高了物料分選的選擇性，避免機(jī)械夾雜。

在連州復(fù)合材料廠的鉀長(zhǎng)石除鐵試驗(yàn)中，該設(shè)備使精礦中的Fe203由0.27%降至0.18%，達(dá)到了工業(yè)一級(jí)品的要求，而且運(yùn)行過(guò)程中未出現(xiàn)物料的機(jī)械堵塞，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，但是1.5t/h的處理能力需要進(jìn)一步提高。

(4)PHGM型永磁高梯度磁選機(jī)

鑒于現(xiàn)有的永磁高梯度磁選機(jī)多用于非金屬除鐵，而日益增加的鐵精礦市場(chǎng)又急需高效低耗的永磁高梯度磁選機(jī)，東北大學(xué)礦物加工研究所和沈陽(yáng)選礦機(jī)械研究所聯(lián)合研制了針對(duì)鞍山式赤鐵礦的永磁高梯度磁選機(jī)。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(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)1.25T。

給入的物料隨簡(jiǎn)體一起轉(zhuǎn)動(dòng)，磁性礦物被具有高感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的介質(zhì)棒所吸引攜帶至無(wú)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(dá)1.05H/m，離開(kāi)磁場(chǎng)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(yàn)型的永磁高梯度磁選機(jī)已經(jīng)研制成功，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率僅為2.2kW，整機(jī)總重1193kg。利用該設(shè)備對(duì)鞍山式低品位赤鐵礦石進(jìn)行選別試驗(yàn)，在原礦鐵品位13.04%的情況下，經(jīng)過(guò)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(jìn)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(guò)快導(dǎo)致了選別指標(biāo)有所波動(dòng)。目前正在設(shè)計(jì)PHGM1000型永磁高梯度磁選機(jī)，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(jìn)，有望獲得更好的選別指標(biāo)。

我公司生產(chǎn)的為雙立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)，常用于赤鐵礦選礦設(shè)備、褐鐵礦選礦設(shè)備中，需要的用戶可以與我們聯(lián)系，擁有豐富的選場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)與成功的案例供客戶參考。