山东华特主要大类磁选设备最新研发成果简述

2023-11-26贾洪利刘风亮王兆连刘茂堂

现代矿业 2023年10期

贾洪利刘风亮王兆连王磊刘茂堂

（山东华特磁电科技股份有限公司）

我国的铁矿资源储量大，但富矿很少，约占总储量的5%。随着开采强度和规模的扩大，资源品位和开采品位总体呈下降趋势，且通常嵌布粒度细、共生关系复杂，因而选别难度较大，不仅需要有合理的选别工艺，还必须有高效的磁选设备。

1 国内磁选设备现状［1-6］

我国铁矿石受矿石性质影响，对磁选设备的要求越来越高。多年以来，对磁性矿物脱泥、精选，我国一直沿用脱泥槽、磁选柱等设备，耗水量较大，提精控尾效果不尽理想。近几年，随着分选技术的不断提高，新研发的提精降渣磁选机、电磁淘洗精选机开始进入市场，对磁性矿脱泥、精选起到了很好的效果，而且具有浓缩、节水功效，在工艺流程方面，还有减少普通磁选机数量，缩短工艺流程的功效。

提精降渣磁选机可在保证回收率不降低的情况下，提高精矿品位2个百分点以上。提精降渣磁选机可与电磁淘洗精选机组合使用，可替代反浮选工艺流程，避免药剂对环境的污染。

对弱磁性难选矿石，采用浮选工艺易污染环境，有的国内高梯度磁选机分选效果不理想，进口低温超导磁选机价格昂贵，山东华特磁电科技股份有限公司研发的5 T 低温超导磁选机和1.8 T 油水复合冷却立环高梯度磁选机已成功应用于稀土等细粒弱磁性矿石的分选。

立环脉动高梯度磁选机是20 世纪80 年代开始研制的一种用于弱磁性物料分选的磁选设备，目前已成为弱磁性物料分选的主要设备。传统立环高梯度磁选机励磁线圈冷却以水内冷为主，由于流道截面较小，散热量小，磁场很难做得很高，分选腔背景磁场强度一般在1.4 T 以下，且分选环径主要在3 m以下，较难满足对高场强、特大处理量的要求。设备操作以人工操作为主，按照国家智慧矿山发展需求，有待于向智能化方向发展。

尾矿回收机是针对提高资源利用率而发展起来的一种磁性矿物回收设备，以回收粗粒级磁性物料为主，对于细粒级磁性物料的一并回收将成为相关设备厂家研发的重点方向。

2 公司的主要磁选设备

2.1 大筒径永磁湿式预选机

20 世纪，我国的筒式预选机以中小型为主（滚筒直径1.5 m以下），单机处理量小，吨矿处理成本高，工艺布置复杂，不适合大型矿山生产要求。华特磁电从我国铁矿生产实际出发，研制出直径1.8 m 的大筒径永磁湿式预选机，解决了常规磁选设备使用量多、占地面积大、能耗高、工艺布置复杂等问题。该规格磁选机在同等磁包角条件下筒表面分选区更长，在相同磁极宽度情况下磁极数量更多，在磁极数量不变情况下为磁极更宽更高，磁场作用深度更深，设备有效工作空间更大，有效改善了分选指标。该设备的主要技术参数见表1。

该磁选机的磁系采用宽窄磁极分区布置，扫选区采用宽磁极，由铁氧体和钕铁硼组成复合磁系，透磁深度大，有利于减少尾矿中铁矿物的流失；精选区采用小极距、多磁极结构，增加磁性物翻转次数，有利于减少夹杂，提高精矿品位；磁系包角（160°）明显大于普通顺流型磁选机（127°），在相同磁包角情况下滚筒的有效分选长度长，夹杂的脉石更容易脱出，提高了设备的分选效果。

CTY1850 型永磁湿式预选机吨矿耗电量仅0.082 kW，只有直径1.2、1.5 m磁选机的一半左右。

该磁选机在塔东矿业公司的运行表明，与中小型磁选设备相比，在精矿品位相同的情况下，所抛尾矿磁性铁含量降低60%左右；且运行稳定，磁性矿物回收率高，处理量大，运行成本低，工作可靠，维护费用低，工艺布置简化，在同等处理量条件下，占地面积较小，具有广阔的应用前景。

2.2 低温超导磁选机

我国是稀土资源大国，约占全球总量的38%，主要分布在内蒙古的白云鄂博、赣南、粤北、四川和山东等地。含有稀土的近300 种矿物中的绝大部分与其他矿物具有密切的共生或伴生关系，这导致稀土资源品位低，选矿工艺复杂，生产成本高。

华特磁电通过技术攻关，研发出适用于稀土矿石分选的5 T 低温超导磁选机、1.8 T 强制油冷却立环高梯度磁选机等强磁选设备，提高了资源的综合利用率。

2.2.1 同类产品比较

国外生产的低温超导磁选机每年至少需要补充500 L液氦。山东华特和中科院高能所联合研制的具有自主知识产权的低温超导磁选机，首次采用闭式循环制冷技术，不但液氦容量小（国外磁选机一般不小于1 000 L，华特磁选机小于400 L），而且液氦不再向超导磁体外部环境泄漏，实现了液氦零挥发。

国外同类型超导磁选机使用非固定的电流引线，华特磁电研制的低温超导磁选机优化设计了二元电流引线，可以实时调整超导线圈的运行电流，中心磁场可实时连续调整。超导磁体体积小，采用低漏热杜瓦结构，与同类产品相比直径缩小20%以上。

2.2.2 应用效果

2019 年在国内某稀土矿（REO、CaF2品位分别为7.15%、65.28%）采用立环磁选机与超导磁选机串联工艺，磁选后的非磁性矿为萤石精矿，两段磁选所产生的磁性物为稀土富集物，立环磁选机所获得的磁性物REO 品位为13.62%、超导磁选机磁性物REO 品位为6.61%、超导磁选机非磁性物CaF2品位为96.02%、REO品位为0.67%。

经过两道串联强磁选后，最终产品CaF2含量可达到90%以上，REO 含量保证在1%以下，解决了萤石精矿含稀土高的问题。目前该技术与装备已在内蒙古、山东和四川等地选矿厂广泛应用，不仅选矿指标稳定，工艺流程短，减少浮选药剂的使用，减少环境污染，提高资源利用率，还大幅度降低了生产成本。

2.3 提精降渣磁选机

我国的磁铁矿具有贫、细、杂等特点，且大多含硅、硫、磷等杂质，“提铁降杂”已成为提高铁精矿品位的重要手段。提精降渣磁选机采用大包角、多磁极的磁系结构，结合磁搅动装置、多级漂洗水装置、顶部水帘结构以及新型顺流型槽体形式，有效解决了普通磁选机因磁团聚包裹杂质而难以获得高品质铁精矿的问题。与普通磁选机相比，提精降渣磁选机可在保证回收率的前提下，提高精矿品位2个百分点以上。该设备不仅适合磁铁矿的最终精选，而且可用于各中间磁选作业，也可与电磁淘洗精选机配合使用，替代磁铁矿的反浮选除杂，因而具有环境效益。

提精降渣磁选机采用大包角多磁极的磁系设计，选用稀土钕铁硼及铁氧体磁块组成的复合磁系，圆周方向采用N 极和S 极交替排列，磁系采用270°大包角多磁极的磁系结构，与传统磁选机相比，选别带增长，矿物翻滚次数增多，滚筒内部增加磁搅动装置，使矿物在短时间内呈现松散状态，有利于剔除矿物中的夹杂，提高精矿品位。

采用管式给矿箱，通过夹缝式布料和溢流堰的双重作用，使矿物在长度方向布料均匀。采用多道漂洗水帘，利用漂洗水管上特定排布的喷嘴，实现对矿物的漂洗，最大可能地提高精矿品位。

2.3.1 同类产品比较

与普通磁选机相比，提精降渣磁选机采用变截面夹缝给矿管，给矿更均匀。冲洗水增加漂洗水帘，大包角、多磁极结构，物料翻滚次数增加，在保证精矿品位与尾矿品位相同的状态下，提精降渣磁选机台时处理量高，可简化选矿流程，降低生产成本。

在处理量相当情况下，磁选柱、淘洗机的耗水量高于提精降渣磁选机。以处理50 t物料计，淘洗机耗水量为330 m3［1］，提精降渣磁选机仅需75 m3。

目前的脱泥浓缩设备、淘洗磁选机和磁选柱外形尺寸普遍大，最大高度7～8 m 的设备处理量一般不超过100 t/h；提精降渣磁选机最大筒径2 m 时的高度仅为3 m左右，但处理量可达150 t/h以上。

2.3.2 应用效果

（1）本溪某细粒嵌布的磁铁矿石（TFe 品位28.10%）磁性铁占有率达88.44%，将矿石磨至-200目80%，然后采用提精降渣磁选机（318.47 kA/m）进行粗选，获得TFe 品位52.08%、回收率81.23%的粗精矿；然后把粗精矿塔磨机再磨至-600 目85%左右，分别用提精降渣磁选机（398.09 kA/m）1次精选，用普通磁选机进行2 次精选，磁场强度分别为143.31 kA/m 和95.54 kA/m，试验结果见表2、表3。

由表2、表3 可以看出，采用提精降渣磁选机1 次精选和普通磁选机2次精选，最终均能获得铁品位接近64%的铁精矿；普通磁选机2次精选的铁回收率为95.05%，低于提精降渣磁选机精矿回收率0.51 个百分点；提精降渣磁选机的尾矿磁性铁品位更低。因此，应用提精降渣磁选机不仅可以简化工艺流程，还可以提高分选指标［2］。

（2）山东华联矿业股份有限公司用提精降渣磁选机与电磁淘洗精选机组合精选工艺替代反浮选工艺，最终精矿指标65.54%，全铁作业回收率93.39%，磁性铁作业回收率99.31%，精矿合格率95%以上。提精降渣磁选机+电磁淘洗精选机工艺比反浮选工艺精矿品位低0.16 个百分点，但精矿产率高2.84 个百分点，精矿全铁回收率高1.22 个百分点，磁性铁回收率高5个百分点。提精降渣磁选机+电磁淘洗精选机工艺流程短、结构简单、装机功率低636 kW，而且不再需要选矿药剂，避免了废水处理和环境污染［3］。

2.4 大型智能立环高梯度磁选机

立环高梯度磁选机广泛应用于中细粒级赤铁矿、褐铁矿、钛铁矿等弱磁性矿物的分选。随着我国弱磁性矿物资源开发利用规模的不断扩大，中小型立环高梯度磁选机单机处理量小、占地面积大、能耗高、智能化程度低等不足，给大型、智能、高效的立环高梯度磁选机创造了机会。华特磁电相应推出了最大规格LHGC-5000 型立环高梯度磁选机。该设备重点在背景磁感应强度、线圈结构、润滑、自动控制等方面进行了创新。几种大型智能立环高梯度磁选机见表4。

2.4.1 产品特性

（1）线圈散热均衡。立环高梯度磁选机线圈近似于矩形，扁平式结构，冷却路径为两侧分流油冷却或励磁线水内冷，热功率较大。通过多年应用证明，采用全密封大流量外循环油水热交换冷却，流量大，散热速度快，温升不大于25 ℃，热损耗较小。由于采用外置油水热交换器，对水质要求较低，维修简单。通常线圈两端各设进出油管，与油水热交换器及油泵相连，两侧分流冷却，散热效果较好。

针对大型线圈两侧对称分流冷却易出现偏流问题，创新性采用腰鼓形线圈和倾斜流道结构，内设冷却油分流装置和双油口强制流量分配等措施，解决了大型线圈冷却介质易偏流，线圈散热不均难题。

（2）剖分式转环。分选转环是立环高梯度磁选机的核心部件之一，其结构由中轴、辐板、转环骨架等组成。在中小型立环中，通常为一体式圆环结构，能够满足安装移运要求。由于大型立环高梯度磁选机的转环直径大，径向尺寸最大达到5 m，对于限高、限宽的桥梁、涵洞、高速收费处等建筑设施，运输成为了难题。为解决上述问题，通过力学仿真分析，采用了分体式结构，中心对称剖分方式，保证了转环剖分联结强度及装配定位精度，使转环在强磁场状态下受力变形小，磁选盒在分选腔内旋转时能够交替平滑受力，保证转环运转平稳，解决了一体式结构运输超宽、超高的难题。

（3）智能化程度高。通常立环分选腔矿浆液位控制、润滑、排污等依靠人工控制，故障报警多为人工观察判断，工作量大，自动化、智能化程度低。大型智能立环高梯度磁选机采用了先进的分选腔矿浆液位在线自动调节系统，冷却系统超温、渗漏报警，齿轮、轴承自动润滑，传动系统振动自动检测，冲矿水自动过滤排污，励磁软启动等自动控制系统，实现了多点位自动控制功能。

利用物联网、云存储和大数据计算等技术，对设备进行远程智能管控，实现了设备的远程运维、运行参数智能寻优、故障预判、重要维保及故障信息主动推送等功能，对设备进行全生命周期的管理。

2.4.2 同类产品比较

传统的立环高梯度磁选机线圈冷却方式有2种，水内冷和外循环油水热交换冷却。水内冷线圈由于励磁线截面较小，用于冷却水的流道孔小，散热量较小，当磁场提高时，散热能力受到限制。水质不好时，很容易出现流道结垢堵塞等问题。水内冷时冷却水与铜管接触也会引起腐蚀，造成线圈破坏［4］。

华特磁电生产的大型立环高梯度磁选机采用全密封大流量外循环油水热交换冷却技术，两维倾斜流道，双油口强制流量分配等措施，解决了大型线圈冷却介质易偏流、散热不均的难题。与水内冷线圈相比，浸油线圈内部无腐蚀，流量大，温升不大于25 ℃，杜绝了因水质原因造成的水内冷流道结垢、易堵塞问题，可靠性进一步提高。在相同处理量的条件下，分选腔背景磁场可达1.8 T。分选环直径5 m的立环高梯度磁选机与普通分选环直径3 m 的立环高梯度磁选机相比，单机处理能力提高6 倍以上，吨矿电耗降低45%以上，且分选效率及智能化程度进一步提高。

2.4.3 应用效果

华特磁电的大型立环高梯度磁选机在山东、江苏、河北等地的应用表明，单机处理量大、能耗低、单位处理能力占地面积小、工艺布置简单、投资费用省、自动化程度高、操作简单方便，背景磁感应强度可达1.8 T，扩大了应用范围。由于大型转环介质盒厚度增加，弱磁性物分选路径加长，分选效果优于中小立环高梯度磁选机。

2.5 电磁淘洗精选机

电磁淘洗精选机是一种高效剔除磁性矿物中单体脉石及连生体的新型设备，可用于磁性矿物的脱泥、淘洗、精选等，可代替筒式磁选机、磁团聚机、磁选柱等设备。华特磁电的电磁淘洗精选机在提精控尾、稳定溢流、降低能耗等方面有创新成果。

2.5.1 结构特性

华特磁电研发的电磁淘洗精选机设置2 个线圈交替循环控制抛尾，能够通过脉冲磁场，更好地打散磁团微粒，使分离更准确、彻底，有效减少金属流失。

固定磁场线圈采用全密封冷却油冷却，溢流对油腔壳体进行大面积冷却，实现油水复合冷却，散热快速，从而可以增大固定线圈电流，获得较大的磁场调节空间，最终达到增强控尾能力。

矿浆沿给料筒斜切线给入，浆料螺旋下行，以离心“高压”散射方式到达底部，散料均匀，有利于破坏磁团聚，从而提高分选精度。

较大的给料筒筒径，隔离了无磁及弱磁区，更有利于控制金属流失。较大地占用分选筒内溢流区体积，溢流区体积的下降对溢流面起到稳定作用，明显降低水耗。

2.5.2 同类产品比较

电磁淘洗机是20世纪末研发出的一种磁重联选设备，用于控尾的励磁线圈通常采用单个线圈，较易出现尾矿金属流失现象。而华特电磁淘洗精选机采用上下叠放的2个励磁线圈交替工作控尾，能有效降低尾矿磁性物料的流失。

采用离心“高压”散射的给料方式，与普通电磁淘洗机相比，散料更均匀。给料器的筒径加大，大面积隔离了无磁及弱磁区，更有利于控制尾矿品位，减少金属流失。

采用浸油式全密封油冷线圈，与普通电磁淘洗机相比，温度更低，功耗更小。

2.5.3 应用效果

在大孤山球团厂三选作业进行了电磁淘洗精选机与现一段脱水槽对比试验、电磁淘洗精选机与细筛后的原三段选别对比试验。前者在给矿品位41.74%的条件下，淘洗机精矿品位为54.81%、尾矿品位为9.37%、尾矿磁性铁含量为1.19%，脱水槽精矿品位为49.34%、尾矿品位为10.14%、尾矿磁性铁含量为0.98%，淘洗机的选别效率明显高于磁力脱水槽。后者在给矿品位为63.05%的条件下，淘洗机精矿品位达66.08%，高于现场三段脱水槽+四段磁选机精矿品位1.5～2个百分点［5］，也取得了较好的选别效果。

2.6 细粒尾矿回收盘式磁选机

华特磁电研发的细粒尾矿回收用盘式磁选机具有磁场强度较强、磁包角较大，对细粒级磁性物料回收率较高、密封性能优良等特点。

2.6.1 结构特性

该细粒尾矿回收用盘式磁选机设有固定盘及旋转盘，固定盘采用大包角，分别设强磁区、中磁区、弱磁区、无磁区，强磁区吸附尾矿中的磁性物，中磁区过渡，弱磁区集矿，无磁区卸矿。强磁区采用楔块组合磁系，提升了吸附细粒磁性物料的能力；中磁区组合磁系磁场适当减弱，保证了细粒磁性物料沿设计轨迹运动，提高了物料的流动可靠性；弱磁区采用收缩磁系，磁场强度平滑下降，磁区末端收缩变窄，平滑过渡到无磁区，保证磁性物更加集中、精准导流，无漏矿。固定盘外套装旋转盘，并设有多级卸料挡板，阻挡了磁性物的回吸，卸矿干净。旋转盘采用无磁不锈钢多级组合密封，双传动结构，性能可靠。

2.6.2 同类产品比较

华特磁电研制的细粒级尾矿回收用盘式磁选机与同类产品相比，磁场强度高30%以上，包角增加20%以上，增加了中磁区，具有磁场强度高、磁系包角大、磁区过渡平滑、密封性好等特点，回收效果明显高于普通回收机，特别适合细粒磁铁矿粉的回收。

2.6.3 应用效果

该细粒级尾矿回收用盘式磁选机在鞍钢大孤山球团厂的应用表明，尾矿中细粒磁铁矿回收效果良好，尾矿磁性铁品位最低降至0.3%，磁性铁回收率达75%左右［6］，回收效果良好。