国内干式磁选机的研究现状及发展趋势

汪建新，李慧慧

内蒙古科技大学机械工程学院 内蒙古包头 014010

磁 力选矿是以各种矿物的磁性差别为基础的一种选矿方法[1]，简称磁选，是利用磁性粒子和非磁性粒子的比磁化系数不同，导致它们在磁场中的受力不同，从而形成不同的粒子运动轨迹，将磁性粒子和非磁性粒子分离。磁选主要有湿选和干选 2 种。与湿选相比较而言，干选无需用水，节能环保，设备简单，更适用于我国的西部地区以及铁矿资源丰富的干旱地区。现在按照磁场强度以及适用的情况，对近年来国内的磁选设备发展情况做简单的介绍。

1 干式弱磁选机

干式弱磁选机是指磁场强度低于 0.3 T 的干式磁选机，用于选别磁场特性强的矿物。

1.1 新型粉矿风力干式磁选机

新型粉矿风力干式磁选机是由山东华特磁电科技研制改进的干式细粒级物料 (0～ 5 mm) 高级磁选设备，结构如图 1 所示。

图1 粉矿风力干式磁选机的结构Fig.1 Structure of wind-drive dry magnetic separator for fine mineral

物料从给矿口进入分选，磁性粒子吸附在磁滚筒上并随磁滚筒转动，转到没有磁系的位置，磁性粒子掉落到精矿箱；非磁性粒子则在重力和风力的作用下直接掉落到尾矿箱。

不同于传统的入料方式，其采用振动给料，可以实现均匀给料；筒体使用非金属材料，设置磁搅动装置；筒体转速可调；具有风力补偿装置，可进一步保证粒子在分选腔内被吹散；筒体表面有卸矿装置，可以减少残留在筒体表面的物料。

1.2 大块矿石磁选机

大块矿石磁选机由于能耗低，在选矿厂预先抛尾方面应用比较广泛。CTDG 系列永磁大块干式磁选机以永磁体作为磁场源，在特定的区域内形成非均匀磁场。这种非均匀磁场会驱动磁性矿物产生与非磁性物料相异的运动趋势，从而分离磁性矿物[2]。CTDG 永磁磁选机采用开放性磁系，且磁系中的磁极在同一侧做相邻配置，磁极采用无感应铁介质。该系列磁选机磁极有轴向交变和径向交变 2 种。轴向交变为轴向上磁极异性分布，径向上同极性，物料粒子在磁滚筒表面不做翻转运动，从而避免了矿石粒子被甩掉，但也导致部分非磁性粒子夹杂在里面，影响了分选品位；径向交变为径向上磁极交替分布，轴向同极性，矿物粒子不仅伴随着磁滚筒运动，自身也有翻转运动，可以甩掉夹杂的非磁性粒子，同时会甩掉部分磁性弱的磁性粒子，也会导致分选品位的下降。

1.3 旋转磁场干式磁选机

旋转磁场干式磁选机 (CTX) 由北京君致清公司生产，采用特殊的磁系设计，使得磁场强度高低交替，磁性物料在这种磁场中会发生快速的磁翻转和磁搅动，翻转次数远远高于常规干式磁选机，可以有效减小磁团体和磁性颗粒链，有效分离非磁性粒子，提高选矿品位[3]。与常规磁选机相比，CTX 的磁系为360°，设计独特，漏磁少，且外筒体的旋转方向可与磁系的旋转方向相同或相反。CTX 磁选机分选原理和结构如图 2、3 所示。

图2 CTX 磁选机分选原理Fig.2 Separation principle of CTX magnetic separator

1.4 CTF 干式筒式磁选机

图3 CTX 磁选机结构Fig.3 Structure of CTX magnetic separator

CTF 干式筒式磁选机主要用于低品位的磁铁矿入磨前的干式预选，以及细粒级矿物的干选。该磁选机采用开放型磁系，圆周方向 NS 极交替分布。分选时矿物在磁筒表面翻转，甩掉夹杂的非磁性粒子，有效降低了矿石夹杂现象，提高了分选品位。针对具有不同性质的物料，可对应配置磁极尺寸参数。根据矿石性质，磁场强度为 180～500 mT，以满足不同待选矿物的分选要求。筒体线速度一般为 2.0～3.2 m/s，在细粒提精等工艺条件下可提高至 4.0 m/s 以上[4]。CTF干式筒式磁选机的结构如图 4 所示。

图4 CTF 干式筒式磁选机结构Fig.4 Structure of CTF dry drum magnetic separator

1.5 细碎磁铁矿专用干选机

北京矿冶研究总院研制了一种适用于细粒级矿物的干式磁选机，可以分选物料粒度为 25 mm，甚至 12 mm 以下的粗颗粒 (粗颗粒中含有部分细粒矿物，同时还含有部分粉矿)。其结构如图 5 所示。

图5 细碎磁铁矿专用干选机结构示意Fig.5 Structural sketch of dry separator specially for fine magnetite

该干式磁选机采用双旋转设计，筒体旋转，磁系做与之相反的旋转运动；送料方式采用输送带输送，可以减小筒体磨损；筒体为非金属材料；采用 360°包角满磁系结构[5]。新结构的应用，使其分选指标明显好于传统的干式磁选机。

其分选原理图如图 6 所示，物料通过振动给料器均匀落到输送带上，慢慢进入磁场区，在这个过程中，细小的磁性颗粒结成磁链进入磁场。进入分选区后，非磁性粒子在自身重力和离心力的作用下，落入非磁性收集箱；磁性粒子受到磁场作用而改变运动轨迹，在随着输送带向前运动的同时，还做绕自身的翻转运动，将之前形成的磁链、磁团聚等团块打散，将夹杂的矿石粒子抛出，进入非磁性粒子收集箱，而磁性粒子则吸附在磁滚筒表面，随输送带运动至无磁场区域，落入磁性粒子收集箱，完成分选。

图6 细碎磁铁矿专用干选机分选原理Fig.6 Separation principle of dry separator specially for fine magnetite

2 干式中磁场磁选机

干式中磁场磁选机主要指磁场强度在 0.3～ 0.8 T之间的干式磁选机，其发展比较成熟，主要用于提高磁铁矿的纯度、除铁、去除非金属矿物和破碎矿物的回收，使用方便，结构较为简单。

2.1 筒式永磁中强磁场磁选机

由长沙矿冶研究院研制的筒式永磁中强磁场磁选机适用于分选钛铁矿、粗粒锰矿石。该机采用挤压式强磁场开放磁路，具有较高的磁感应强度，磁体表面峰值场强可达 1.4 T，筒表面峰值场强为 0.8 T[6]。1993年研发的 PMHIS 系列永磁中强磁场磁选机在斗南锰矿的分选应用中效果良好，可在各锰矿推广应用[7]。

2.2 CTFG 型粉矿干式磁选机

CTFG 型粉矿干式磁选机主要由滚筒、精矿刮板、传动带、尾轮、旋转磁系、振动给料机、磁系传动装置和滚筒传动装置、分矿板、机架等组成[8]，结构如图 7 所示。磁系采用稀土材料钕铁硼全周多极磁系，磁系和磁滚筒可以作方向相同或相反的旋转运动，也可以磁系固定，磁滚筒旋转。这种结构设置可以满足多种分选需求。

图7 CTFG 型粉矿干式磁选机结构示意Fig.7 Structural sketch of CTFG type dry magnetic separator for fine mineral

CTFG 型粉矿干式磁选机分选原理如图 8 所示，当原矿组成比较复杂，矿物粒度较细且要求选别精矿品位较高时，筒体与磁系反向旋转，以提高磁极交变频率，使矿物在筒体输送带上获得更加充分的磁翻转，进一步抛除脉石和弱磁性物料，提高精矿铁品位。CTFG 型粉矿干选机较传统粉矿干选机磁翻转次数提高了 1 倍多，这样会使夹杂在磁链中的单体脉石和贫连生体更容易从磁链中脱落而落入尾矿，富集有用产品。

图8 粉矿干式磁选机分选原理Fig.8 Separation principle of dry magnetic separator for fine mineral

2.3 XGTF 型旋转磁系干式磁选机

XGTF 型旋转磁系干式磁选机是在传统干式磁选机的基础上增加一个 360°的磁包角，给磁系一个与磁滚筒反方向的运动，产生一个交变磁场。该磁选机的结构如图 9 所示。

图9 XGTF 型旋转磁系干式磁选机Fig.9 Structural sketch of XGTF type dry magnetic separator with rotary magnetic system

物料落到输送带上，随着输送带向前运动，到达主动辊时，非磁性粒子和弱磁性粒子在重力和离心力的作用下落入尾矿箱，磁性粒子则受到磁力作用跟随输送带继续向前运动，同时，由于磁系的反向转动导致粒子在输送带上作翻滚运动，其翻滚次数远远大于常规的磁选机，这样就可以打破形成的磁链、磁团体，将夹杂的非磁性粒子抛出，提高了分选效率。

XGTF 型旋转磁系干式磁选机分选原理如图 10 所示。其磁系结构采用 360°磁包角，12 对磁极沿周向交替排布，采用小极面结构，极面宽度为 85 mm。磁系材料为 Y30BH 铁氧体，磁极间隙添加辅助磁块[9]。这种特殊的磁系结构漏磁少，磁场强度高，磁场作用好，可以提高磁翻滚次数，有效去除杂质粒子。

图10 XGTF 型旋转磁系干式磁选机分选原理Fig.10 Separation principle of XGTF type dry magnetic separator with rotary magnetic system

3 干式强磁场磁选机

干式强磁场磁选机是指磁场强度在 0.8～ 2.0 T 的干式磁选机，主要用于粒度较大的弱磁性矿物颗粒的分选，如锰矿和褐铁矿。

3.1 RTGX 型干式强磁选机

北京矿冶研究总院研发的 RTGX 型干式强磁选机主要应用于弱磁性矿的预选作业或非金属矿的除铁提纯作业。RTGX 型干式磁选机结构与 CTF 磁选机结构相似，但是磁系结构升级为磁场分布更加合理的三面挤压磁系结构[3]，如图 11 所示，大大提高了磁场强度。轴向上 NS 极交替分布，磁场强度可到 1.0 T 以上；圆周方向上极性相同，所以磁性粒子在磁滚筒表面没有翻转运动，适用于弱磁性粒子的分选。通过调节磁系配比，可以用于粒度为 30～ 60 mm 弱磁性粒子的粗选和粒度为 -3 mm 弱磁性粒子的精选，以及除铁提纯。

图11 RTGX 型干式强磁选机磁系结构示意Fig.11 Structural sketch of magnetic system of RTGX highintensity dry magnetic separator

北京矿冶研究总院研制了不同规格的磁滚筒以及不同磁筒数量的 RTG 型多筒干式磁选机，可以满足不同情况的分选要求。该机采用永磁磁体，配合挤压磁系，可以降低能耗，提高选矿品位。

3.2 多筒干式强磁选机

多筒干式强磁选机是将多个磁筒由上至下布置在同一台设备上，物料通过时进行连续分选，磁滚筒数量根据物料性质和工艺流程而定，在一般的非金属矿除铁和弱磁性矿物分选应用中一般选用 2～ 3 个磁滚筒即可，对于要求更高的稀有金属除铁或多种产品分离时可采用 4～ 5 个磁滚筒[10]。各个磁滚筒的磁场强度不同，根据分选需要由高到低或由低到高排布。多筒干式强磁选机主要由振给料器、磁滚筒、箱体、电动机减速器、机架等部件组成，结构图如图 12 所示。

图12 多筒干式强磁选机外形结构Fig.12 Profile and structure of multi-drum high-intensity dry magnetic separator

多筒干式强磁选机的分选原理如图 13 所示。当物料进入分选时，在第 1 个磁滚筒上，由于磁性粒子和非磁性粒子的受力不同，导致它们分别沿不同的运动轨迹运动，强磁性粒子会落入精矿箱，而弱磁性粒子和非磁性粒子则落到第 2 个磁滚筒上面，进行新一次的分选，直至最后一次分选。

图13 多筒干式磁选机分选原理Fig.13 Separation principle of multi-drum dry magnetic separator

多筒干式强磁选机采用永磁磁体，性能稳定，有效降低了耗能；选用挤压磁系，磁场强度大，梯度大；圆周方向上没有磁翻滚现象，可有效防止磁性粒子在翻滚过程中掉落；干式分选，物料在分选结束后可直接进入下一个操作流程，不必过滤烘干；可分选粒度为 -25 mm 的各种粒子；磁滚筒转速可调，可保证最佳转速

3.3 DPMS 系列永磁筒式强磁选机

长沙矿冶研究院开发的可干湿两用的 DPMS 系列永磁筒式强磁选机，能处理粒度为 -50 mm 弱磁性矿物，在电耗、水耗、机重、操作等诸多方面都具有明显的优势，产生了较高的经济和社会效益[11]。

3.4 CRIMM 型稀土永磁辊式强磁选机

CRIMM 型稀土永磁辊式强磁选机也是由长沙矿冶研究院研制，可用于各种弱磁性矿石和工业物料的干式磁分离，以及钛铁矿、黑钨矿、铬铁矿、锰矿石和氧化铁矿石等的分选，也可以用于磨料、催化剂等去除铁杂质[12]。

3.5 YCG 系列粗粒永磁辊式强磁选机

YCG 系列粗粒永磁辊式强磁选机由中钢天源研制。该磁选机由两部分组成，上部为永磁中磁场磁选机，下部为粗粒永磁辊式强磁辊。磁辊采用挤压磁系，磁系材料选用钕铁硼材料与纯铁导磁材料组合而成，辊表磁感应强度高达 1.4～1.5 T，能处理粗粒级物料[13]，在弱磁性矿石粗粒预选抛尾方面应用较广，效果较好。该系列的磁选机可对赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿等弱磁性粒子进行有效预选。

YCG 系列永磁辊式强磁选机利用矿物的比磁化系数不同，受到的磁力不同进行分选，采用 1 粗 1扫，分选原理如图 14 所示。磁辊采用积木化结构，磁辊直径可达 600 mm，且可以加长，大大提高了矿物粒子处理量；特殊的磁路设计，漏磁少，磁场稳定，磁场深度大，磁辊表面强度高；采用国产高强度薄输送带，保证了磁场强度；采用整体轴承座架式张紧装置和起撬装置，方便更换输送带。

图14 YCG 系列永磁辊式强磁选机 1 粗 1 扫分选原理Fig.14 Separation principle of one roughing and one sweeping by YCG series permanent-magnet roller-typed high-intensity magnetic separator

4 结语

干式磁选应用于铁矿、锰矿、磁黄铁矿、钛铁矿等磁性物料的分选，非金属矿石的除铁提纯作业，以及废弃物处理作业等。我国的矿资源丰富但贫矿资源居多，因此选矿设备的发展对于我国的钢铁行业发展非常重要。国外的选矿设备发展较早，相对比较成熟，国内的选矿设备发展起步较晚，但发展也很快。随着我国选矿设备发展，选矿品位也日渐提升，近年来，选矿设备逐渐细分化，以适用于粗颗粒和细颗粒，但是未来依然要致力于磁选设备的发展，继续向专有化、节能化方向发展，平衡磁系结构和磁场强度对矿石粒子作用之间的关系，力求更进一步地提升选矿品位，更高效地将贫矿资源开发利用，加快我国钢铁行业的发展。