干式强磁板式磁选机的研制和试验研究*

辛 青 王兆连 刘风亮 李玉永 王承圣 莫子雨 马晓永

(山东华特磁电科技股份有限公司 山东潍坊 262600)

随着工业的发展,非金属原料得到越来越广泛的应用,对其质量的要求也不断提高,我国很多非金属矿往往由于Fe2O3含量超标,无法有效利用,严重影响矿山综合经济效益,因此,新型高效的除铁提纯设备越来越受到矿山企业的欢迎。

石英砂、长石等是重要的非金属矿物,随着新材料和新技术的不断发展,非金属矿物得到了广泛的应用。其中石英砂和长石应用最多且用量最大,它们的生产加工工艺相似,分为干法生产和湿法生产两种。其中湿法生产的主要设备为棒磨机和石碾等,在整个湿法生产线生产过程中经常与磁性物接触,除了原矿中的氧化铁以外,还增加了大量的机械铁,虽然机械铁磁性较强,但由于粒度较细,所以仍需较高的磁场强度的磁选机来清除。

目前常用的除铁方法主要有以下两种:

(1)采用数根交错排列的永磁棒。此种磁选机需要专人不间断地清理磁棒上吸附的铁杂质,工人劳动强度极大,且除铁效果极不稳定。

(2)使用永磁筒式磁选机。此种磁选机磁场强度弱,仅能除去一部分强磁性铁,不能将产品中的全部铁除净。

针对工业矿物中的弱磁性物质进行除铁,最常用的方式为采用湿式强磁磁选机。在进行强磁除铁时,需通过矿浆的方式对工业矿物原料进行输送和除铁分选,会消耗大量的水资源并造成一定的环境污染。而且现有湿式强磁磁选机在收集分离出的磁性物质时,会采用清水冲洗的方式将磁性物质从输送带上冲洗汇集到出铁口。如将含磁性物质的冲洗水直接排放则会污染环境,若进一步进行处理则会增加生产成本,降低其生产效率。

因此,研发出一种结构简单、成本低、能耗低、除铁效果好且对环境污染小的干式强磁板式磁选机已迫在眉睫。

1 干式强磁板式磁选机的结构及工作原理

1.1 结构

干式强磁板式磁选机主要由振动给料机、强磁磁系、卸铁装置、输送带、驱动滚筒、清扫辊、出料口、出铁口、机架等部分组成,如图1所示。

图1 干式强磁板式磁选机结构示意图

1.2 工作原理

干式强磁板式磁选机处理的是干矿,分选过程不需要用水。通过振动给料机或者一种匀料设备均匀给料至物料输送带,干矿直接落至物料输送带上层表面,对物料输送带上的磁性物质进行受力分析,磁性物质受到竖直向下的重力、物料输送带的支持力、强磁磁系的磁力以及输送带给的摩擦力,由于强磁磁系对磁性物质的吸引力使得摩擦力大于重力沿输送带的分力,因此磁性物质能够被吸附于输送带表面并跟随输送带向尾部移动;而非磁性物质未受到强磁磁系的磁力作用,因此重力作用在非磁性物质上的分力大于摩擦力,在重力的作用下,可使得非磁性物质较为快速自然地沿物料输送带下落,而干矿中的磁性物质被强磁磁系吸附于物料输送带表面并向尾部的方向输送。强磁磁系和物料输送带倾斜斜角度为35°～45°,便于物料滑落。通过驱动辊筒带动输送带转动,给到物料输送带上的物料通过强磁场区时被吸附至带面,随着物料输送带转动至卸铁位置,通过卸铁装置将磁性矿物汇集到出铁口,非磁性矿物通过物料的自重和大的倾斜角度自流到出料口。

2 创新点与关键技术

(1)处理物料为干矿,分选过程不需要用水,减少水资源污染和二次水处理。

(2)磁系结构采用Ansys限元软件进行模拟仿真计算,优化磁路结构,将磁系设计为板式结构,平板式磁路设计,磁块同极相对,磁场强度高、梯度大,磁系表面磁场强度可达到1.7 T(见图2)。

图2 Ansys软件磁系模拟仿真图

(3)强磁磁系倾斜角度为35°～45°可调。大的倾斜角度可提高物料的流动性,可有效避免细粒级矿物的粘矿现象,提高分选效率,减少矿物损失,具体可根据不同的物料性质、选矿指标等选择合适的倾斜角度。

(4)物料输送带上不需要布置若干刮板,通过卸铁装置清理磁性矿物。该物料输送带采用复合材料制作,输送带两侧设计直挡边和裙边结构两种,该输送带一面是毛面,与辊筒直接接触,可增大摩擦力,防止打滑;与矿物接触的一面是光滑面,矿物流动性好。挡边结构粘接牢固,不易开裂、脱落。

(5)卸铁装置可以转动传送带装置上的刮板,刮板与物料输送带表面紧贴着,传送带通过两个托辊支撑,其中一个托辊通过减速电机带动转动,传送带转动方向为逆时针方向,电机采用变频电机,可实现传动带与物料输送带同步运动。卸铁装置也可以是一个过渡磁系,通过磁系的磁感应强度来卸铁。

(6)通过清扫辊来清除输送带表面附着的细粉状物料,减少矿物损失,提高分选效率。

3 试验矿样及方法

3.1 试样介绍

石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性质稳定的硅酸盐矿物,其主要矿物成分是二氧化硅,石英砂的颜色为乳白色或无色半透明状。石英砂常用规格有:0.5～1 mm、1～2 mm、2～4 mm、4～8 mm、8～16 mm、16～32 mm、10～20 目、20～40 目、40～80 目、100～120目。石英砂岩是固结的碎屑岩石,石英碎屑含量达95%以上,来源于各种岩浆岩、沉积岩和变质岩,重质矿物较少,伴生矿物为长石、云母和粘土矿物。石英岩分为沉积成因和变质成因两种,前者碎屑颗粒与胶结物的界限不明显,后者指变质程度深、质纯的石英岩矿石。脉石英是由热液作用形成,几乎全部由石英组成,呈致密块状。石英砂是重要的工业矿物原料,非化学危险品,广泛用于玻璃、铸造、陶瓷及防火材料、冶炼硅铁、冶金熔剂、冶金、建筑、化工、塑料、橡胶、磨料、滤料等行业。这次试验矿样为河北省邯郸市某公司石英砂,原矿粒度为20～40目,Fe2O3含量为0.146%,该石英含有少量黑云母和氧化铁等其他矿物,试验目的是降低石英中Fe2O3的含量,提高石英白度,要求Fe2O3含量≤0.08%。

3.2 试验方法及数据分析

试验采用干式强磁板式磁选机,磁系采用高性能钕铁硼磁块,磁场强度高、梯度大,物料输送带表面磁场强度可达1.3 T;磁板倾斜角35°～45°可调。试验设备为SGB-0320,磁板有效尺寸为300 mm×2 000 mm,取30 kg矿样用该设备试验,数据如表1所示。

表1 试验数据

由表1可以看出,石英砂原矿Fe2O3的含量为0.146%,经过SGB-0320设备一遍磁选Fe2O3的含量降至0.096%,二遍磁选Fe2O3的含量降至0.085%,三遍磁选Fe2O3的含量降至0.074%,客户要求Fe2O3的含量≤0.08%,试验达到客户指标要求,并且综合产率为54.33%。

试验设备采用磁板有效尺寸为300 mm×2 000 mm,按照试验三遍推算,工业用机选用两台SGB-2530干式强磁板式磁选机串联,即可达到指标要求。

4 结语

(1)干选用强磁板式磁选机采用高场强、大倾斜角度、独特的卸矿方式,可实现0～1 mm 非金属矿的干式选别作业,能够对干料进行磁选分离。近年来,凭借其优异的选矿性能,在长石、霞石、石英砂、高岭土、锂辉石等非金属矿除铁提纯中得到越来越广泛的应用,提高了非金属矿资源的有效利用率和矿山经济效益。

(2)河北省邯郸市某公司石英砂,原矿粒度为20～40目,Fe2O3的含量为0.146%,通过采用试验用机SGB-0320。由试验可知:原矿Fe2O3的含量为0.146%,通过三遍磁选得到合格产品,Fe2O3的含量降至0.074%,达到客户要求Fe2O3的含量≤0.08%,并推荐工业用机型号为SGB-2530,两台串联使用,即可达到指标要求。

(3)干式强磁板式磁选机是一种高效的除铁提纯设备,可减少水资源的污染和二次处理,降低投资成本,增加选矿效益。该产品的研发成功将进一步减少环境污染,提高产品质量,进一步推动企业技术的快速发展,对中国乃至世界矿产资源的有效利用起到积极作用。

(4)干选用强磁板式磁选机也为干旱缺水地区开创了新的工艺路线。根据相关的资料分析结果显示,磁力应用设备增长速度保守预计为22.87%,如果每年有20%的磁选矿厂应用该设备,每台平均价格为50万元,按公司每年150 台计算,可增加产值7 500 万元,增加利润1 500万以上,经济效益可观。