煤用回收净化介质磁选机的应用现状及分析

刘 鹏，李 涵

(1.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京 100083；2.煤炭工业郑州设计研究院有限公司,河南 郑州 450000)

矿业纵横

煤用回收净化介质磁选机的应用现状及分析

刘 鹏1，李 涵2

(1.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京 100083；2.煤炭工业郑州设计研究院有限公司,河南 郑州 450000)

本文通过我国重介质选煤工业中几种应用广泛的典型煤用湿式永磁磁选机的回收效净化效果和主要性能对比，考察了国内煤用湿式回收净化重介质永磁磁选机的应用技术现状，在此基础上指出了国内煤用湿式回收净化重介质磁选机在应用和研究方面存在构件使用寿命短、磁系设计创新不足及NdFeB磁体装配困难、关键技术参数对工艺变化的适应性弱、研究偏重应用等一些问题，并相应提出其今后会朝大型化、专用化、深层次、多角度发展的趋势。

选煤；重介质；净化回收；永磁磁选机

重介质选煤技术凭借其分选精度高、原煤适应性强、易于实现自动化等诸多优势得以大规模推广应用，已逐渐成为各主要产煤国煤炭洗选加工的主导工艺[1]；而在重介质选煤工艺中，磁选机是实现重介质回收净化的关键设备之一。国标GB50539-2005《煤炭洗选工程设计规范》中规定：分选每吨煤的磁铁矿粉技术耗量应符合下列规定:块煤<0.8kg；混煤、末煤<2.0kg[2]。而煤用回收净化介质磁选机在应用中普遍存在重介质损失的问题，增加了选煤成本。重介质损失(一般简称介耗)分为技术和管理两大类。技术损失指系统工艺设计中允许的最大介质损失量，即各产品带介损失和磁选尾矿带介损失。管理损失指介质在储运和生产过程中的跑、冒、滴、漏等引起的介质流失[3]。除操作参数和管理方面外，磁选机亦是困扰选煤工作者的一个问题。笔者通过简要分析我国选煤中几种应用广泛的典型回收净化重介质的永磁磁选机的应用分析，期望向煤用回收介质磁选机的研究提供些参考。

1 典型煤用回收介质磁选机的应用现状

永磁磁选机运行成本低，节能降耗显著，而近几十年来永磁材料迅速发展，造成国内外回收净化磁铁矿粉介质的磁选设备迅速向永磁化。筒式磁选机凭借其结构简单、处理量大、精矿浓度高和尾矿损失量小等突出优点，成为目前选煤厂进行磁性介质回收普遍选用的磁选设备。

一般煤用回收介质的永磁筒式磁选机具有湿式给料、旋转筒式结构、磁系封装于筒体内部、槽内分选等特征。煤用回收介质磁选机主要有磁系、筒体、槽体、支架及传动机构等组成，参见图1[4-5]，其中磁系是其核心。永磁圆筒连续旋转，旋转过程中将依靠磁力与其他机械力的竞争而吸附在筒表面的磁性物带出磁场实现分离。据槽体结构，磁选机分为顺流式、半逆流式和逆流式3种，逆流式主要作用是提高回收率[6]，应用中多数选煤厂采用了逆流式。永磁磁选机在重介质选煤工艺的重介质回收净化方面起着不可或缺的作用，国内外对永磁磁选机回收净化重介质进行了很多报道：国内侧重于应用性[7-12]，而国外则侧重于理论分析[13-14]。

图1 常用脱介磁选机的组成示意图

鉴于永磁磁选机的研发起步较晚，国外永磁筒式磁选机在磁介质介质回收方面应用台数较多，其又以艺利(Eriez)磁选公司生产的永磁筒式磁选机在我国选煤厂中应用最广。文献[10，15]分别报道了该公司HMDA 型磁选机在新兴选煤厂和泉店选煤厂的应用：在新兴选煤厂磁性物回收率达到99.70%～99.95%，吨煤介质消耗为1.47kg/t。在泉店选煤厂精煤磁选机磁性物回收率为99.88%，尾矿中的磁性物含量为0.025%～0.07%。此机型主要技术特点：磁系由各向异性Erium25 磁性材料按一定方向组合成一体，磁系采用138°包角；筒体采用双层不锈钢筒皮结构，韧性和耐磨性较强；逆流式槽体结构全部采用不锈钢板焊接。

此外ERIEZ-Climax半逆流式磁选机在选煤厂也有应用报道[16]，对滚筒等易磨损部件和槽体排料等进行改造后，同样入洗量吨煤介耗也由0.56kg降为0.37kg。

早期国产应用多的煤用回收介质的永磁磁选机是沈阳矿山机器厂生产的相关系列产品，仍在我国部分选煤厂使用[11-12]。文献[11]报道CTN1021、CTN1024南桐选煤厂的应用，CNT型全逆流式磁选机改善了南桐选煤厂介质回收系统的工艺效果，吨原煤介耗由5.52kg降到1.27kg。此机型技术特点：磁系采用铷铁硼材料，筒体表面平均磁感强度0.26T(扫选区0.3T)；筒体采用双层不锈钢，外层材质为高耐磨抗腐蚀不锈钢；槽体材质为不导磁耐磨不锈钢，槽体下部设置排粗机构，可不停机排出25mm的非磁性粗颗粒；介质回收率达99%。

煤科总院唐山分院也相继研发了一系列不同型号的回收介质的永磁筒式逆流式磁选机，文献[7]报道了TDC1030磁选机在介休宝平选煤厂的应用：入选原煤1500t/d时，介耗为2.25t；磁选尾矿磁性物含量为0.06～0.40kg/m3，吨原煤介耗低于1.5kg。此机型主要技术特点：磁系包角137°；筒表面场强均值为175mT，峰值可达194mT；多磁极整体充磁式磁系由铁氧体材料制成的11个磁极组成；各磁极单独封装，整体充磁，外包裹不锈钢盒，避免磁组脱落；槽体延长并上翘槽底结构，卸矿间隙较大；滚筒转速为8～10r/min。

而文献[17]则报道了唐山院研发的另一种选煤厂重介质的回收的逆流式磁选机HMDC系列，应用较多的是HMDC1050×3000和HMDC1200×3000。HMDC1050×3000磁选机在山西某旋流器重介焦煤选煤厂的应用：在入料磁性物含量增加30%的工况下，磁选尾矿中磁性物含量稳定在0.05～0.15g/L。HMDC1200×3000磁选机在辽宁某浅槽重介动力煤选煤厂的应用：磁选尾矿中磁性物含量由原来的1.31g/L下降并稳定到0.3g/L以下。

抚顺隆基电磁科技有限公司HMDS在选煤厂应用中报道也较多，文献[8-9]HMDS逆流式磁选机在桃山选煤厂、王楼矿选煤厂的应用：HMDS使桃山选煤厂全厂介耗降低到1.8kg/t，磁选尾矿带走介质量1.15kg/t；在王楼矿选煤厂实际生产中磁介质回收率99.7%以上，磁选尾矿磁性物含量0.026～0.038g/L。此机型主要技术特点：磁系采用稀土材料钕铁硼；双层筒皮设计，在主滚筒外加一层耐磨、耐腐蚀不锈钢筒皮；磁包角138°；槽体全部采用耐磨、耐腐蚀不锈钢，并增加入料溢流；采用螺杆调整磁系的磁偏角。

目前我国在重介选煤中典型的回收净化介质永磁磁选机应用对比情况参见表1，主要技术特点对比参见表2。这几种系列化生产的机型在国内选煤厂使用广泛，基本代表了我国选煤厂磁选回收净化介质的技术水平。此外，矿冶研究总院也成功研制了XCTN及2XCTN系列用于磁介质回收的磁选机，且在淮南矿业集团等一批重介选煤厂应用[18]；德国Humboldt公司有用于回收重介质的PER-MAX606型等；山东华特磁电有限公司近年来也研发了煤用回收介质磁选机。国内某些选煤厂也有双滚筒的应用[12，18]，文献[12]介绍了成庄矿选煤厂应用W.D.S双滚筒磁选机回收磁介质的情况：单台磁选回收率99.8%，系统介耗由2.5kg降至1.7kg。

2 应用现状及技术分析

评价一台回收介质磁选机效果的指标是磁性物回收率和煤泥净化率，除操作参数和管理因素外，磁选机对这两个指标影响甚大，尤其磁选机技术参数是决定磁性物回收效果的关键参数之一；对表1、表2分析可得以下内容。

1)磁系及用材：按磁系特征可分为挤压式、整体封装充磁式和传统粘结分体充磁式等，后两种形式在我国选煤厂介质回收中应用较多[19]。虽然煤用回收介质磁选机的磁系已实现永磁化，普遍采用稀土永磁材料，但还并未全部采用钕铁硼材料，有的磁系仍由铷铁硼和高性能铁氧体混合组成。

2)磁极数目和场强：通常磁极极性排列径向交替、轴向相同，且多对称布置在滚筒竖直中心两侧。磁极数目变化较大(3～22之间)；实践中常使用如6、7、11、13等少数几种。无论采用混合磁系，还是钕铁硼磁系，其表面场强均小于0.33T，多在0.2T左右。

3)磁包角：磁包角与磁极数目、磁极宽度和磁极间隙有关，原来磁包角常为110～135°，而随单机处理量增加，筒径变大，及磁极数和磁体尺寸变化，多采用135°、137°、138°等。

4)筒体转速：磁选机通常推荐的转速为：筒径1050mm， 转速为20r/min；筒径1200mm，转速为17r/min[12]。目前生产中应用的回收介质磁选机的转速一般介于6～13r/min。

5)入料要求和处理量变化：给矿浓度20%以下或多为0.6mm以下粒度级，据实际生产情况调整，但入料粒度上限和单机处理量有增大的趋势。

6)滚筒及槽体：单滚筒为主，也有双滚筒应用，使用双层不锈钢耐磨耐腐蚀材料提高寿命；槽体耐磨耐腐蚀材料，对槽体尺寸结构、给料和排料装置进行改进，如排料端滚筒上的刮皮已被高压喷水装置代替。

7)其他参数如磁偏角和排矿间隙等：磁偏角为10～20°，多为15°；排矿间隙大小，某些选煤厂实践之后认为30～35mm磁性物回收率较好。

8)国内外对比：国内煤用磁选机研发单位较多，成就很大，磁系设计理论、机理研究及应用方面仍落后国外[20-22]，参见表3。

3 存在问题与发展趋势

3.1 存在问题

现有煤用回收介质磁选机在重介质选煤中发挥着重要作用，仍有一些问题。

1)回收介质磁选机加工制造材质上不去，维修频繁增加了保养成本和难度，另一方面磁选机磁系结构设计创新不足。采用钕铁硼材料后，加工制造难度大、成本高；尤其挤压磁系的装配要求较高工艺复杂，影响推广。

2)重介选煤工艺选煤比例提高，规模扩大，入选物料的物性变化大，磁选机相关技术参数须调整，给现有磁选机带来很多挑战性问题。

3)对回收介质磁选机相关的研究应用性研究较多，理论或机理研究较少。

4)磁选尾矿中磁铁矿粉的净化回收研究较少，重视程度不够。

3.2 发展趋势

煤用回收介质磁选机的技术性能与选煤厂更高使用要求间的矛盾仍较突出，为解决上述问题，满足选煤厂的使用要求，煤用回收介质磁选机可能在以下几个方向做些工作。

1)仍朝大型化和专用化方向发展。随着国家产业政策的调整，入选规模不断扩大，设备的不断更新、大型化，选煤工艺和入料物性的变化对磁选机的要求越来越高，考虑运行成本和经济效益，大型化和专用化是其必然趋势，需煤用回收介质磁选机进行结构参数优化。

2)由于过粗和过细均不利于磁介质的回收，回收介质磁选机可能向中高场强方向发展，尤其是中场强的磁选机。而对于磁尾矿中磁介质的回收，可应用高梯度磁选进行磁选尾矿中磁介质的回收，是煤用回收介质磁选机或高梯度磁选在选煤中的一个方向。

3)加强磁介质的磁性的变化研究，从其磁性质入手探求对磁系设计及介质回收效果的影响，为回收介质磁选机磁系设计优化、工艺参数优化等提供理论支持。

4)在实验和应用性研究的基础上，加强磁选理论或机理研究，利用交叉学科理念，实现磁系设计的突破，降低加工制造的成本和难度，研制新型煤用回收介质磁选机。

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Application present situation and analyses of heavy medium recovery and purification by permanent magnetic separator in coal preparation

LIU Peng1，LI Han2

(1.School of Chemical and Environmental Engineering，China University of Mining and Technology(Beijing)，Beijing 100083，China；2.Coal Industry Zhengzhou Design and Research Institute Co.，Ltd.，Zhengzhou 450000，China)

Through comparisons of the performance and efficiency of several typical wet permanent magnetic separators which are widely used in China’s heavy medium coal preparation industry，application status of heavy medium recovery and purification by domestic wet permanent magnetic separators was investigated in the article.Based on these analyses this article points out some application and research problems including short life span of components，lack of magnetic system designing innovation and difficulties in assembling NdFeB magnet，weak flexibility of the key technical parameters to process change，more emphasis on application.And trends of the future development toward large scale，specificalization，depth，multi angle are accordingly put forward.

coal preparation；heavy medium；purification and recovery；permanent magnetic separators

2014-01-17

河南省杰出青年基金项目资助(编号：114100510007)

刘鹏，男，研究生，主要从事矿物资源综合加工技术方面的研究。E-mail：llp080@126.com。

TD45

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1004-4051(2015)01-0138-04