新型干式永磁磁选机在非金属矿中的应用①

黄俊玮，程晓峰，李洪潮，刘 磊，赵恒勤

（1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州450006；2.国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心，河南 郑州450006；3.自然资源部多金属矿综合利用评价重点实验室，河南 郑州450006）

非金属矿精矿产品一般对纯度、粒度分布、颗粒形状等有特定要求［1］，因此对干式磁选机这一非金属矿重要的选矿设备也有特殊要求，如处理的矿样粒度相对较粗、要求磁场梯度大和分选精度高等。

石榴子石和绿辉石是榴辉岩矿中的主要有用矿物，矿石中两者的矿物含量较高，合计一般可达到60%以上，“重选预选-干式磁选精选”是榴辉岩矿中回收石榴子石和绿辉石的主要选矿工艺［2－3］。喷砂处理是石榴子石和绿辉石的主要用途，一般要求石榴子石和绿辉石精矿产品粒度在0.3～1 mm左右，在此细度下，石榴子石和绿辉石矿物比磁化系数差异较小，采用常规的干式磁选设备难以获得矿物含量大于90%的石榴子石和绿辉石精矿产品。

某低品位磷灰石矿地处缺水的西部戈壁滩，全年平均气温低，浮选工艺难以实现工业化应用。通过详细的工艺矿物学研究，确定采用“破碎-分级-干式磁选”工艺选别该低品位磷矿，该工艺要求干式磁选设备具有较高的分选精度，常规干式磁选机难以满足要求。

根据非金属矿干式磁选的技术特点，通过优化Halbach磁系研制了DPT型干式永磁磁选机，应用该磁选机分选磷灰石矿和榴辉岩矿获得了良好的选别指标。

1 DPT型干式永磁磁选机的研制

1.1 磁系的优化设计

1.1.1 非金属矿干式磁选技术特点

通过试验研究，在干式磁选选别非金属矿过程中发现了以下技术特点：

①非金属矿中目的矿物的化学成分波动较大（如石榴子石就分铁铝榴石、钙铝榴石、镁铝榴石等），导致目的矿物与脉石矿物之间比磁化系数差异在一定范围内波动，对磁选机的分选精度要求较高。

②非金属矿精矿产品对纯度要求相对较高，同时，与湿式磁选相比，干式磁选过程中物料的分散性较差，磁性物和非磁性物的运动轨迹相互干扰，因此要求干式磁选机具有较大的磁场梯度和较高的分选精度。

③干式磁选无冲洗水辅助卸料，矿石中的强磁性矿物容易一直吸附在筒体表面上，造成筒体磨损。

针对上述技术特征，通过优化Halbach磁系，设计了DPT型磁系。

1.1.2 Halbach磁系概述

Halbach永磁阵列是美国著名学者Klaus Halbach于1979年提出的一种磁系结构［4－5］，它将不同磁化方向的永磁体按照一定规律排列，使永磁体一侧磁场得到显著加强而另一侧磁场显著减弱。平面Halbach磁系仿真计算云图如图1所示，可见上侧磁场明显强于下侧。

图1 平面Halbach磁系仿真计算云图

德国KHD公司利用钕铁硼强磁材料，采用Halbach磁系阵列设计开发的PERMOS中场强筒式永磁磁选机，筒体表面磁感应强度达到了560 kA／m，主要用于分选假象赤铁矿等具有中等磁性的矿物，其磁系结构如图2所示。

图2 PERMOS磁选机磁系结构

1.1.3 DPT型磁系设计

设计方案：采用小体积异形磁块排布，磁块呈简化Halbach阵列排布。

基本参数：磁系直径325 mm；11个强磁磁极，磁包角为120°；3个弱磁磁极，磁包角为30°（用于辅助卸料）。

磁块规格：强磁磁极磁块牌号为N48／N45，弱磁磁极磁块牌号为FB5H；轭铁厚度为5 mm间断布置，材质为Q235或304不锈钢。

按照上述参数设计了DPT型磁系，其磁系结构和磁场强度矢量分布分别如图3和图4所示。

图3 DPT型磁系结构

图4 DPT型磁系简化模型磁场强度矢量图

采用N48磁块为主磁极、N45磁块为辅助磁极的磁极组合，磁选机筒体表面最高磁场强度可达650 kA／m，磁场梯度为52 000 kA／m2，可为分选提供较大的磁场力。

1.2 DPT型干式永磁磁选机

根据试验需求，共设计制造了2台DPT型干式永磁磁选机，最高磁场强度分别为550 kA／m和650 kA／m，具体规格参数列于表1，设备结构如图5所示［6］。

表1 DPT型磁选机技术参数

图5 DPT型干式永磁磁选机结构图

该磁选机具有磁场梯度大、分选精度高、卸料方便等优点，适合榴辉岩矿、低品位磷灰石矿等非金属矿的选别。

2 DPT型干式磁选机在非金属矿中的应用

2.1 榴辉岩重选粗精矿的选别

2.1.1 矿样性质

矿样为山东某榴辉岩矿经“磨矿-分级-摇床重选”工艺选别得到的粗精矿产品，粒度0.3～0.6 mm；矿物组成为：石榴子石（绝大部分为铁铝榴石，少量钙铝榴石）矿物含量55%左右，绿辉石矿物含量33%左右，连生体2%左右；杂质（钛铁矿、石英、长石、磷灰石等）含量10%左右。

2.1.2 工艺流程及分选指标

该榴辉岩重选粗精矿干式磁选工艺流程如图6所示，分选指标列于表2。分析表2可知，相对于常规干式永磁磁选机，DPT型干式磁选机能够获得更好的分选指标，同时弱磁磁块的存在能够较好地将强磁性矿物从筒体上卸除，更好地保护筒体。

图6 干式磁选工艺流程

表2 干式磁选分选指标

2.2 某低品位磷灰石矿的选别

2.2.1 矿样性质

某磷灰石矿中主要有利用价值的组分为P2O5，含量为4.77%，其余主要组分含量为MgO 14.54%，SiO241.32%，CaO 21.33%，Fe2O37.06%，Al2O34.43%。

该矿石矿物组成较为简单，主要有用矿物为磷灰石，相对含量为11.77%；主要脉石矿物为透辉石和黑云母，相对含量分别为63.99%和20.60%。

－2 mm原矿样品粒度分析结果表明：磷灰石、透辉石和黑云母粒度均较粗，＋0.075 mm粒级含量分别占84.19%、94.58%和82.45%。

2.2.2 工艺流程及分选指标

工艺矿物学研究结果表明：该磷灰石矿中主要脉石矿物为透辉石和黑云母，两者矿物量合计为84.5%。透辉石、黑云母和磷灰石的比磁化系数分别约为65×10－6cm3／g、（52.6～57.8）×10－6cm3／g和（9.39～19）×10－6cm3／g，透辉石和黑云母的比磁化系数与磷灰石有一定的差距，且3种矿物粒度较粗，可以通过磁选分离。根据以往研究经验，干式磁选过程中粗、细粒相互干扰严重，影响选别指标，可在干式磁选作业前添加分级作业。同时，该矿山地处西部戈壁滩，水资源匮乏、年平均气温低，不适合浮选工艺。因此，确定该矿的选矿原则工艺流程为“破碎-分级-干式磁选”，全流程试验工艺流程如图7所示，试验结果列于表3。

图7 全流程试验工艺流程

表3 全流程试验结果

分析表3可知，应用DPT型干式磁选机选别该低品位磷灰石矿，能够获得良好的选别指标，为该类型磷矿资源的开发利用提供了一条全新的选别思路。

3 结 论

1）根据非金属矿干式磁选的技术特点，通过优化Halbach磁系研制了DPT型干式永磁磁选机，该磁选机筒体表面最高磁场强度为650 kA／m，磁场梯度为52 000 kA／m2，可为分选提供较大的磁场力。该磁选机具有磁场梯度大、分选精度高、卸料方便等优点。

2）应用该磁选机选别山东某榴辉岩重选粗精矿，能够获得矿物含量大于90%的石榴子石精矿和绿辉石精矿，与常规干式磁选机相比，精矿矿物含量提高3～5个百分点。

3）采用“破碎-分级-干式磁选”工艺，配合使用DPT型干式磁选机选别某低品位磷灰石矿，获得了良好的选别指标，为该类型磷矿资源的开发利用提供了一条高效环保的途径。