HTDZ系列特大型智能电磁浆料高梯度磁选机的研制与应用*

王宝春 王 前 贺广超 王娟娟 马晓永 赵文普

(1 山东华特磁电科技股份有限公司 山东 潍坊 262600)

(2 山东省磁力应用技术装备重点实验室 山东 潍坊 262600)

随着国民经济的发展,非金属矿物材料被广泛应用于各个行业,同时用户对质量级别要求也越来越高。杂质含量的多少决定了非金属矿物材料的等级,特别是含铁量的高低最为重要,因此在非金属矿加工过程中一般都需要进行除铁作业。磁选是非金属矿除铁应用最广泛和最有效的物理方法,国内外不同企业已开发出多种磁选设备,其中电磁浆料高梯度磁选机是用于钾钠长石、高岭土、石英砂等非金属矿提纯除杂最为常用的强磁选设备。

为了满足用户对优质非金属矿物材料的需求,山东某股份有限公司依托油水复合冷却等核心专利技术,对HTDZ型电磁浆料高梯度磁选机进行技术创新和优化改进,成功研制出了HTDZ-1500、HTDZ-2000等大型和特大型智能油水复合冷却周期式电磁浆料高梯度磁选机。

1 大型化的优势分析和技术改进

1.1 优势分析

周期式电磁浆料高梯度磁选机的大型化和智能化可以提高设备的处理能力,减少设备和配套设施的投资,节能降耗,节省运行成本,提高选矿厂的经济效益;减少装机数量及厂房占用面积,实现设备集中控制和自动化管理,优化工艺流程,推动整个选矿厂设备和工艺流程的技术进步。

1.2 技术改进

在国内外,电磁浆料磁选机用分选腔直径划分型号,在国内主要有:500型、750型、1000型和1200型;国外主要以美国艺利公司为代表,型号分为:100型、200型、400型、800型和1000型。目前电磁浆料磁选机以中小型为主,近几年我国一些公司经过多年潜心研究,在传统小型设备成功应用的基础上,融入先进的加工制造和智能控制技术,成功研制出HTDZ-1500大型和HTDZ-2000 特大型电磁浆料磁选机,主要技术改进包括以下几方面:

(1)优化进料结构。利用多管路多点进浆技术,将碟型物料分配器中的矿浆分成多路进行匀料后,再经过磁极头进入到分选腔。

(2)改进磁极结构。磁极头采用锥型结构,减小磁极对冲洗水的阻力,提高了介质冲洗效果。磁极头设有筒型环状物料通道,使矿浆达到二次匀料,使矿浆均匀通过分选腔。

(3)优化线圈励磁方式。采用电流快速跟随算法和有源逆变技术,对励磁电流进行精确控制,解决了线圈大型化后升、退磁速度慢、工作效率低的问题。

(4)优化磁介质搭配。在搭配时采用分组隔断方案,避免磁介质产生磁短路,减少磁介质对矿浆的流动阻力,增加了矿浆的通过性。

(5)应用物联网技术进行智能管理。应用物联网技术通过传感器将设备使用现场信息和运行参数进行实时传输,在远程中央监控制室内进行集中监视和控制,构成了远程设备DCS集散控制系统。能够实时动态显示设备运行参数,对使用设备进行数据分析、故障诊断及处理,保证设备始终在最优工作状态下运行。

2 能耗分析

2.1 理论计算

电磁浆料磁选机的励磁线圈可简化成载流螺旋管,为方便建立数学模型计算励磁功率与线圈内径的关系,简化模型如图1所示。

图1 简化模型图

励磁线圈用截面积为s的电磁线绕制,内径为r,总高度为h,单位长度内的匝数为n。忽略绕线螺距,近似地看成是一系列圆线圈紧密地并排起来组成,线圈中心点为O。

2.1.1 简化模型励磁功率的计算

根据毕奥—萨伐尔定律经推导,求得O 点磁场强度B即[7]:式中:ρ——电阻率,Ω·m;

l——励磁绕线的总长度,mm。

由式(1)与式(2)的励磁功率为:

根据图1可以知道,当α=β时,由三角函数关系换算得出:

2.1.2 简化模型处理量的计算

设分选腔的半径与线圈内径相等为r,矿浆流过分选腔h所用时间为t,1 h矿浆通过量为Q,则可得出以下关系式:

2.2 能耗对比

在电磁浆料磁选机工作时,励磁线圈和冲矿水泵的耗能占较大的成本。该类设备在运行期间,进料时线圈通电励磁,停止给矿后励磁停止,冲矿水泵工作完成卸矿,根据生产经验,每小时的耗能计算公式为:

式中:P——线圈励磁功率,k W;P1——水泵功率,k W。

由式(5)与式(7)可知,设备励磁功率P与分选腔半r2成正比,设备的处理量Q 与分选腔半径r3成正比。式(8)除以式(7)可得出,吨耗能关系为:

由式(9)可知,随着分选腔直径增加,设备处理每吨矿石的能耗与直径成反比,这是电磁浆料磁选机大型化节约能耗的理论依据。根据式(8)计算耗能参数见表1,吨矿石能耗见图2。

表1 耗能参数表

从表1和图2可以看出,在磁场强度相同时,HTDZ-520、HTDZ-1000、HTDZ-2000型吨矿石能耗分别为11.5 k W·h/t、4.82 k W·h/t和2.1 k W·h/t,HTDZ-2000比520型节能约81.7%,HTDZ-2000比HTDZ-1000型节能56.3%。通过数据对比随着设备的大型化,每吨矿石的耗能呈下降趋势,明显降低了选矿厂的生产成本,增加了企业经济效益。

图2 能耗对比图

3 大型智能电磁浆料磁选机的应用

3.1 在高岭土综合利用中的应用

福建厦门某公司的高岭土主要成分为多水高岭石、高岭石,脉石矿物主要为石英、钛铁矿、褐铁矿以及少量黄铁矿。该公司采用HTDZ-2000特大型智能电磁浆料高梯度磁选机作为高岭土除铁提纯设备。其现场安装见图3,提纯工艺见图4。高岭土Fe2O3含量由0.86%降低为0.46%,白度由75%提高到86%,日产精矿量600 t。HTDZ-2000型的处理量是HTDZ-1000型的4 倍,HTDZ-1000 型设备的励磁功率为115 k W,HTDZ-2000型的励磁功率为240 k W,每小时节省功耗为220 k W,按照一年工作320天,每天运行20 h,可节约能耗1 408 000 k W·h(不含附属设备节约能耗)。

图3 HTDZ-2000型浆料磁选机现场

图4 高岭土提纯工艺

首台HTDZ-2000型浆料磁选机成功应用后,该公司又采购3台HTDZ-1500型电磁浆料磁选机用来处理-26目+140目高岭土尾砂。采用“擦洗—磨矿—分级—重选—磁选(板式磁选机—立环高梯度磁选机—电磁浆料磁选机)—浮选”工艺进行除铁提纯,

精砂产品Fe2O3含量为0.005 2%,达到光伏玻璃用砂的质量标准。HTDZ-1500浆料磁选机现使用如图5所示。HTDZ-2000型与HTDZ-1500型浆料磁选机良好的除铁效果、稳定的选矿指标、低耗能的优势,为企业带来了可观的经济效益。

图5 HTDZ-1500型浆料磁选机现场图

3.2 在长石矿除铁中的应用

福建泉州某公司采用2台HTDZ-1500大型电磁浆料磁选机用于长石除铁提纯,经20目滚筒筛后矿浆质量浓度为30%,测得物料白度为11%,经平板磁选机去除磁性铁及部分弱磁性杂质后,矿浆质量浓度为27%,物料白度为26%,再经2道立环高梯度磁选机,矿浆质量浓度为20%,物料白度为48%。最后通过电磁浆料磁选机进行精选作业,获得白度为63%的长石精矿,化学多元素分析结果见表2。HTDZ-1500大型电磁浆料磁选机使用现场照片见图6。

表2 长石精矿化学多元素分析结果(质量%)

图6 设备现场照片

3.3 在石英砂提纯中的应用

广东湛江某石英砂厂的生产原料主要矿物杂质为少量的赤铁矿、钛矿物、长石、云母等。生产流程为破碎、磨矿、脱泥、分级、磁选。通过筒式磁选机去除机械铁;用2台LHGC-3000型1.4 T 立环高梯度磁选机串联进行强磁选粗选;再通过HTDZ-1500型1.5 T电磁浆料磁选机精选作业。其生产工艺流程简图见图7,设备现场安装图见图8。该生产线已稳定运行2年多,年产Fe2O3含量小于0.008 5%石英砂精矿70万t,产品质量稳定,取得了良好的经济效益和社会效益。

图7 生产流程图

图8 广东湛江设备应用现场

综上所述,可以得出以下结论:

(1)全新一代HTDZ系列特大型周期式电磁浆料磁选机代表着高产量、高效率与智能化。其显著提升了设备生产效率和自动化水平,推动非金属选矿厂的技术进步,实现了高作业率、低成本生产,将选矿行业转变成高精尖产业。

(2)吨耗能关系式为设计研发提供了理论依据,通过对比HTDZ-2000 型比HTDZ-520 型节能81.7%,比1000型节能56.3%。

(3)通过技术创新和工艺创新对电磁浆料磁选机不断优化,建立完善的理论计算体系,并利用先进的物联网智能控制技术,研制成功了HTDZ-1500和HTDZ-2000大型电磁浆料磁选机,在高岭土、长石、石英砂等非金属矿除铁提纯中成功应用,占领广阔的市场并取得了良好的经济效益。