新型干式磁选机分选品位影响因素试验研究

2020-10-26曹丽英刘文凯汪建新任明明孔令辉

金属矿山 2020年9期

曹丽英刘文凯汪建新张逸任明明孔令辉

（内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古包头014010）

我国铁矿资源储量丰富，占全球铁矿储量的12.40%，但我国铁矿资源多呈“贫、细、杂”等特点［1］，平均铁品位较低，只有不到32%，比世界平均铁品位低11%［2］，其中有大约97%的铁矿石需要进行选矿处理，并且复杂难选的赤铁矿石约占我国铁矿石储量的20.80%以上［3-5］，导致铁矿石分选困难，分选品位低。近年来，随着矿山的大规模开发，高品位铁矿资源日益匮乏，为了保证铁精矿的供应，部分矿山大力开发贫铁矿，但分选品位较低。为了保证向冶炼厂提供高品位铁精矿，同时实现企业效益最大化，对常规的磁选设备提出了更高的要求［6］。

磁选机作为重要的选矿设备，在国内选矿行业得到广泛应用。目前，国内磁选机设备种类繁多，其中，永磁筒式磁选机是磁选工艺中应用最广泛的一种磁选设备［7］。干式磁选机相比湿式磁选机发展较缓慢，在选矿品位上也和湿式磁选机相差较大。但干式磁选机结构简单、生产成本低、运转安全可靠。并且，相较于电磁磁选设备，永磁磁选不需要冷却系统，具有操作维护方便、机体较轻、性能稳定和节省能耗等优点［8-10］。所以在我国干旱少雨，水资源匮乏的西北部地区，如能提高磁选机分选品位，干式永磁筒式磁选机将具有极为广阔的发展前景。

内蒙古包头市固阳县地处我国西北部地区，该地区多为复杂难选的赤铁矿石，原矿与精矿品位低，且在冬季受温度的影响，无法进行湿式磁选，经济效益低，在市场竞争中处于不利地位。面对以上问题，新设计了三级干式永磁筒式磁选机，该设备在传统磁选机的基础上加入了风的因素，提高了物料在分选腔内的松散度，并实现三级分选。多年来，人们对于磁选的研究工作大多侧重于矿物的磁性强弱与磁场条件因素，并取得了不错的研究成果，但对像滚筒转速这类因素却没有足够的重视。本次试验主要研究该磁选机滚筒转速、矿石粒度以及磁场排布顺序对分选品位的影响，为下一步继续深入探究该磁选机的性能提供技术参数。

1 试验矿样及方法

1.1 试样

试验矿样为包头市固阳文圪气选矿厂破碎后的铁矿石，均匀选取原矿后晾晒，用筛网人工筛分到4 mm以下，取样磨细后进行化学多元素分析，结果如表1所示。

由表1可知，试样中TFe品位为13.51%，mFe品位为3.98%，含水量1.70%，SiO2含量为1.38%，属于低品位铁矿石。

1.2 试验方法

试验所用设备为三级筒式磁选机（图1），磁滚筒尺寸为φ600×600 mm，磁系材料为钕铁硼N35，磁包角为210°，磁系固定不动，导流板与磁滚筒表面为不锈钢材料。在磁选作业时，物料通过料斗进入一级分选空间，并在磁滚筒上表面的切线方向受到风的作用进入分选腔内，磁性颗粒在分选腔内受磁场力的作用沿筒壁做圆周运动，运动到磁滚筒下表面时，磁场力减弱至消失，在磁滚筒离心力的作用下，一级精矿沿分料板进入精矿箱，未能分选出的磁性颗粒到下一级继续分选。

该磁选机配套设备主要有电动机、变频器、除尘器等。通过不同孔径的筛网控制入选物料的粒度；风速通过人工控制阀门调节；通过变频器调节电动机转速实现磁滚筒转速的设定，并由测速仪进行实际测量。每一组试验都要统计记录给矿量、出料量，磁选完成后对尾矿箱与精矿箱内物料进行称重并取样，以分析计算品位、回收率等指标。

2 试验结果及分析

2.1 磁辊排布顺序及滚筒转速对磁选指标的影响

2.1.1 磁辊排布为高中低时不同转速的干式磁选试验

通过前期设备性能的检测与实际工况要求，确定了转速工作范围。使用-4 mm的原矿物料进行干式磁选试验，干式磁选机三级磁滚筒磁场强度由上到下依次为0.23 T、0.17 T、0.11 T。在风速为5 m/s，磁辊转速分别为80、100、120、140、160 r/min的条件下进行磁选试验，将三级精矿物料均匀混合并取样分析，结果如表2所示。

由表2可知，在滚筒磁场强度按照高中低方式排布，风速为5 m/s时，随着磁滚筒转速升高，磁选精矿中TFe品位呈先升高后降低的趋势，尾矿TFe品位先降低后升高。在滚筒转速达到120 r/min时，磁选精矿TFe品位最高，为33.59%，而尾矿TFe品位最低，为10.24%。综合考虑，确定磁辊高中低排布时滚筒最佳转速为120 r/min。

2.1.2 磁辊排布为低中高时不同转速的干式磁选试验

将三级磁滚筒调换位置，使磁选机由上至下磁滚筒磁场强度分别为0.11 T、0.17 T、0.23 T。在风速为 5 m/s，磁辊转速分别为80、100、120、140、160 r/min的条件下进行磁选试验，结果如表3所示。

由表3可知，在滚筒磁场强度按低中高方式排布，风速为5 m/s时，随着滚筒转速的增加，磁选精矿中TFe品位逐渐升高，在滚筒转速达到140 r/min时，经磁选后精矿中TFe品位最高可达29.92%，此时尾矿中TFe品位为11.32%，继续增加滚筒转速，精矿TFe品位降低，尾矿TFe品位升高。综合考虑，确定磁辊低中高排布时滚筒最佳转速为140 r/min。

结合表2、表3的结果分析可知，高中低磁场排布方式的精矿产率整体上要高于低中高磁场排布方式，而高中低排布方式的精矿TFe品位并没有因为产率的增加而导致精矿TFe品位下降，反而要高于低中高排布方式的精矿TFe品位。相较于低中高磁场排布方式，高中低磁辊排布方式时，在一级分选腔内磁性粒子浓度相对较高，在高磁场的作用下，一级分选腔成为粒子最容易发生磁化的空间；磁团或磁链的产生是影响精矿品位的主要因素，在二、三级分选腔，磁团聚体在滚筒转速、风速和自身重力的作用下，与筒壁、导流板的碰撞次数增多，能够最有效地破坏磁团聚体，使更多的磁性粒子分选出来，因此分选指标更好。

对两组试验中精矿与尾矿的TFe品位数值进行绘图分析，结果如图2所示。

由图2可知，无论是高中低还是低中高磁场排布，随着滚筒转速的提高，精矿中TFe品位都呈现逐渐升高的趋势，精矿TFe品位达到最大值以后，继续增加滚筒转速，精矿TFe品位逐渐下降，尾矿TFe品位升高。由于原矿物料品位低，夹杂的石英、蛭石和泥沙等复杂脉石较多，在分选过程中，颗粒在分选腔内受到磁场作用，发生磁化的颗粒与其它脉石颗粒相互作用产生磁团聚现象，因磁团聚夹裹的脉石矿物增多导致精矿TFe品位偏低。随着磁滚筒转速的提高，离心力变大，能够有效地增加磁团聚体和导流板、滚筒表面的碰撞次数，破坏磁团聚体的形成；同时，提高转速使粒子进入分选腔内的初速度增加，粒子更加活跃，在分选腔内的碰撞现象加剧，外层磁性粒子参与分选的数量增多。但是，当滚筒转速过大时，粒子受到的离心力等外力大于磁场力，导致部分磁性粒子不易吸附，尾矿TFe品位升高，所以在保证磁团聚现象不明显的前提下，适当提高磁场强度和转速，将有利于提高分选指标。

2.2 入料粒度对干式永磁磁选产品指标的影响

采用不同孔径大小的筛网将原矿物料人工筛分为-4 mm、-2 mm、-1 mm 3种粒级。干式磁选机三级磁滚筒磁场强度由上到下依次为0.23 T、0.17 T、0.11 T，在风速为5 m/s，磁辊转速120 r/min的条件下进行磁选试验，结果如表4所示。

由表4可知，随着入料粒度的减小，磁选精矿中TFe品位呈升高趋势，在入料粒度-1 mm时，精矿TFe品位最高可达35.40%，比相同条件下-4 mm物料的精矿TFe品位提高约2%，但其回收率和产率却较低，且尾矿中TFe品位也较高。

由于原矿物料脉石夹杂严重，当入选粒度降低，就会剔除更多的脉石颗粒，提高精矿中TFe品位，而且降低原矿粒度能够增加磁滚筒的使用寿命。试验中磁选机入料口通风是为了提高物料在选腔内的松散度，使磁性颗粒能够充分参与磁选，但对于小颗粒，风量过大会增加颗粒进入分选腔内的初速度，使一些物料受到大于磁场力的作用，快速地通过分选腔，不能完全参与分选，导致尾矿TFe品位升高，因此最佳入料粒度的确定需要结合风速的大小。考虑到在实际生产中精矿回收率以及降低粒度在磁选过程中的粉尘问题，确定此风速条件下最佳入料粒度为-2 mm。