磁选环柱结构改进研究

陈广振 金 镇 王培信 姜呈阳 王 皓

(辽宁科技大学矿业工程学院)

磁选环柱是辽宁科技大学研制的一种新型磁选设备。该设备不仅吸收了磁选柱分选精度高的优点，还克服了磁选柱对给矿粒度要求严格、耗水量偏大等不足，同时突破了磁选柱仅适用于磁铁矿石精选作业的局限性，将应用范围扩大到了粗选作业。

但在实践中发现，磁选环柱应用于磁铁矿石粗选作业时，还存在尾矿品位比磁选机高约1个百分点的问题。为了解决这一问题，辽宁科技大学对磁选环柱进行了结构改进研究。

1 磁选环柱粗选尾矿品位偏高原因分析

磁选环柱主要由采用中心给矿方式的给矿斗、分选筒、溢流管、励磁线圈、尾矿筒、精矿排矿管、尾矿排矿管、精选腔及其给水管、电控装置等构成。其中，尾矿筒以其上边缘为界，将分选筒分为上下两个区域，上部为粗选区，下部为精选区［1-2］。经过现场考察和分析，发现造成磁选环柱粗选尾矿品位偏高的主要原因在于以下两方面:

(1)磁选环柱磁场对磁性颗粒的作用主要集中在磁极头附近，其余空间磁场力作用深度不足，存在磁场力作用薄弱和空白区，致使一部分磁性颗粒因所受磁力太小而流失到尾矿中。

(2)磁选环柱中心附近是磁场力作用最薄弱的区域，采用中心给矿方式易导致部分磁性颗粒直接进入到尾矿中。

2 磁选环柱结构改进措施

针对上述造成磁选环柱粗选尾矿品位偏高的原因，决定采取两方面措施对磁选环柱进行结构改进:一是在粗选区增设筒状聚磁筛网，二是将给矿方式改为周边给矿。

2.1 增设聚磁筛网

聚磁筛网的增设是磁选环柱结构改进的主要措施。聚磁筛网采用导磁材料制成，其筛丝的最佳直径及间距通过试验确定，其下端连接在尾矿筒外边缘精选腔内。增设聚磁筛网的磁选环柱如图1所示。

图1 改进后的磁选环柱

聚磁筛网与磁选环柱磁系在粗选区空间内构成闭合磁路，在设备工作时可将粗选区分散的磁力线聚集在聚磁筛网上，使大部分磁力线处于筛网和磁系之间，从而提高粗选区的磁场强度和磁场梯度，阻止原本可能损失的磁性颗粒进入尾矿筒。具体而言，增设聚磁筛网可以阻止两部分磁性颗粒进入尾矿:一部分是粗选区由上向下运动的磁性颗粒，另一部分是已进入精选区而被上升水流冲出的细粒磁性颗粒。由于这两部分磁性颗粒损失的减少，尾矿品位将得以降低，精矿回收率将得以提高。

2.2 改中心给矿为周边给矿

将给矿方式由中心给矿改为周边给矿，可以使物料先给入聚磁筛网和分选筒壁之间的分选区，从而降低磁性颗粒直接进入尾矿筒的概率。改进后的给矿方式如图1所示。

3 改进后磁选环柱的分选原理及过程

3.1 分选原理

在粗选区，磁性颗粒或磁链所受的磁场力以径向磁场力为主、轴向磁场力为辅，两者的合力指向分选筒内壁。磁性颗粒或磁链在磁场力、有效重力和上升水流动力的联合作用下向分选筒筒壁和聚磁筛网运动，然后向下进入精选环腔;非磁性颗粒在有效重力和上升水流动力的联合作用下旋转向下，穿过聚磁筛网进入尾矿筒成为尾矿［3］。

在精选区，磁性颗粒或磁链继续受到磁场力、有效重力和上升水流动力的联合作用，非磁性颗粒继续受到有效重力和上升水流动力的联合作用。当它们体积相同时，磁性颗粒或以其为主的磁链的沉降速度最大，连生体矿粒或以其为主的磁链的沉降速度次之，脉石的沉降速度最小，此时只要适当控制磁场强度和上升水流速度就可将它们分开。所以，循环下移的磁场力和旋转上升的水流动力是对选别起主要作用的两种力。磁场力所起的主要作用是创造使磁链反复分散—团聚—分散的条件，同时作用于磁链使其逐渐下行，磁链在下行过程中逐渐得到纯化，最后选别出高品位的精矿;旋转上升的水流动力所起的主要作用是从反复分散—团聚—分散的磁链中分离出脉石和贫连生体并将它们带入尾矿筒［4］。

综上所述，磁场力和旋转上升的水流动力的有效配合为磁选环柱获得高品位的铁精矿创造了条件，而通过聚磁筛网产生足够的磁场力及采用周边给矿以降低磁性颗粒直接进入尾矿的概率则为减少磁选环柱的金属损失提供了保障。

3.2 分选过程

图2绘出了改进后磁选环柱在分选过程中的矿浆流态［5］。如图所示，矿浆由周边给矿斗均匀给入粗选区，给矿位置介于聚磁筛网与分选筒内壁之间。磁性颗粒和连生体形成的磁链沿着分选筒壁或聚磁筛网向下运动;非磁性颗粒在水流动力的作用下穿过聚磁筛网进入尾矿筒成为尾矿。磁性颗粒磁链进入精选区后继续向下沉降，并在此过程中经过多次分散—团聚—分散的淘洗，最终成为高品位精矿，从分选筒底部的精矿排矿管排出;从磁链中淘洗出的非磁性颗粒以及贫连生体在上升水流的作用下上升进入尾矿筒，然后与粗选区尾矿一起从尾矿排矿管排出成为最终尾矿。

4 改进后磁选环柱的粗选效果

为了检验改进后的磁选环柱是否能够很好地解决粗选尾矿品位偏高的问题，采用鞍钢大孤山铁矿选矿厂原矿进行了实验室试验，并与未改进的磁选环柱进行了对比。

4.1 矿 样

大孤山铁矿石有用矿物主要为磁铁矿，脉石矿物主要为石英，是典型的磁铁矿石。磁铁矿多为他形－半自形晶，部分为自形晶，且自形晶磁铁矿多呈包裹体产出。矿石铁品位低，铁矿物嵌布粒度细，相对难选［6］。

图2 改进后磁选环柱的矿浆流态

试验矿样取自大孤山铁矿选矿厂一次分级溢流，其铁品位为35.68%，粒度组成见表1。

表1 试样粒度分析结果

4.2 试验装置

4.3 操作参数的选择

在对比试验之前，首先需要确定磁选环柱的操作参数。

实验室条件下，磁选环柱可以调整的操作参数包括励磁线圈电流强度、励磁线圈励磁周期、上升水流速度和给矿浓度。由于励磁线圈电流强度和上升水流速度对磁选环柱的选别指标影响显著，因此本试验着重对励磁线圈电流强度和上升水流速度进行了选择，励磁线圈励磁周期、给矿浓度则根据以往经验分别定为2.4 s、35%。

图3 试验装置

4.3.1 励磁线圈电流强度的选择

在给矿量为200 g、给矿浓度为35%、励磁线圈励磁周期为2.4 s、上升水流速度为3.3 cm/s的条件下，改变励磁线圈电流强度用改进后的磁选环柱进行粗选试验，得出改进后磁选环柱尾矿品位、精矿品位和精矿回收率与励磁线圈电流强度的关系曲线如图4、图5所示。

图4 尾矿品位与励磁线圈电流强度关系曲线

图5 精矿指标与励磁线圈电流强度关系曲线

由图4、图5可以看出，随着励磁线圈电流强度的提高，尾矿品位逐渐下降，精矿品位快速上升后略有下降，精矿回收率快速上升后趋于平稳。根据试验结果，综合考虑尾矿品位、精矿回收率、精矿品位及能耗问题，选择励磁线圈电流强度为3.0 A。

4.3.2 上升水流速度的选择

在给矿量为200 g、给矿浓度为35%、励磁线圈励磁周期为2.4 s、励磁线圈电流强度为3.0 A的条件下，改变上升水流速度用改进后的磁选环柱进行粗选试验，得出改进后磁选环柱尾矿品位、精矿品位和精矿回收率与上升水流速度的关系曲线如图6、图7所示。

图6 尾矿品位与上升水流速度关系曲线

图7 精矿指标与上升水流速度关系曲线

由图6、图7可以看出，随着上升水流速度的增大，尾矿品位先缓慢上升后快速上升，精矿品位先上升后下降，精矿回收率不断下降。根据试验结果，综合考虑尾矿品位、精矿回收率和精矿品位的变化趋势及节水问题，选择上升水流速度为2.7 cm/s。

4.4 对比试验

在给矿量为1 kg、给矿浓度为35%、励磁线圈励磁周期为2.4 s、励磁线圈电流强度为3.0 A、上升水流速度为2.7 cm/s的条件下，分别采用改进前的磁选环柱和改进后的磁选环柱进行粗选试验，试验结果见表2。

由表2可以看到，改进后磁选环柱与改进前磁选环柱相比，在精矿品位基本相同的情况下，尾矿品位降低了2.03个百分点，精矿回收率提高了2.75个百分点，证明磁选环柱增设聚磁筛网和改用周边给矿方式是合理的，有利于该设备选别精度的提高。

表2 改进前后磁选环柱粗选结果对比 %

5 结论

(1)在磁选环柱粗选区增设聚磁筛网可以提高粗选区的磁场作用力，减少磁性颗粒在尾矿中的损失。

(2)将磁选环柱的给矿方式由中心给矿改为周边给矿可避免有些磁性颗粒直接进入尾矿筒，这从另一个方面为提高磁选环柱的回收率创造了有利条件。

(3)实验室试验表明，采取以上两项改进措施后，磁选环柱在对大孤山铁矿石进行粗选时，尾矿品位可降低2.03个百分点，精矿回收率可提高2.75个百分点。

［1］ 冯 泉，郭小飞，袁致涛.磁选技术的现状与发展趋势［J］.现代矿业，2009(9):45-48.

［2］ 陈炳炎，闫 武.铁矿弱磁选设备的研究应用现状与发展方向［J］.矿产综合利用，2007(4):32-34.

［3］ 田成春.磁选环柱在磁选工艺中的应用研究与分析［C］∥第四届全国选矿专业学术年会论文集.长沙:中国金属学会选矿专业委员会，2008:247-251.

［4］ 陈中航，赵通林，陈广振.磁选环柱精选区新型磁系的试验研究［J］.鞍山科技大学学报，2007(1):19-22.

［5］ 陈广振，赵通林，陈中航.新型磁选设备——磁选环柱的研制［J］.金属矿山，2006(11):65-68.

［6］ 陈广振，赵通林，刘秉裕.硤口驿选矿厂二磁精矿磁选柱的试验研究［J］.金属矿山，2002(1):40-42.

［7］ 陈广振.磁选环柱的研制及其试验研究［D］.沈阳:东北大学，2002.