SCT型非金屬除鐵磁選機(jī)在石英砂除鐵中的應(yīng)用

馬 超，韓 呈，李逢春，李春雷，任啟樂

（1.中鋼集團(tuán)安徽天源科技股份有限公司，馬鞍山 243000；2.蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)研究院，蚌埠 233010；3.江蘇張家港市錦豐鎮(zhèn)華爾潤(rùn)玻璃產(chǎn)業(yè)股份有限公司，張家港 215600）

石英石亦稱硅石，是一種質(zhì)地堅(jiān)硬、耐磨、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的硅酸鹽類礦物。在自然界中以石英砂巖、石英巖和脈石英存在。石英砂是石英石經(jīng)破碎加工而成的石英顆粒，其主要礦物成分是SiO2，乳白色或無色半透明狀，硬度達(dá)到7，其化學(xué)、熱學(xué)和機(jī)械性能具有明顯的異向性，不溶于酸，微溶于KOH溶液，熔點(diǎn)1 750℃。

石英石原礦中一般會(huì)含有部分鐵雜質(zhì)，光學(xué)儀器成像顯示，石英砂中鐵雜質(zhì)以薄膜鐵形式附于石英表面，或鑲嵌于石英顆粒之間，或存在于石英內(nèi)部雜質(zhì)帶、雜質(zhì)相中，或固溶于基質(zhì)相SiO2晶格中［1］。在開采、破碎、運(yùn)輸過程中也有一部分的鐵雜質(zhì)混入。

其中Fe2O3的含量是衡量石英砂等級(jí)的一個(gè)重要指標(biāo)。玻璃原料硅石中一類玻璃要求石英砂的化學(xué)成份需要達(dá)到以下指標(biāo)：SiO2≥99%，F(xiàn)e2O3≤0.05%；無線電用硅石要求SiO2≥99.5%，F(xiàn)e2O3≤0.01%；石英玻璃用硅石要求SiO2≥99.95%，F(xiàn)e2O3≤0.005%。可見含鐵量越低，石英砂等級(jí)越高。

由于制作高純和超高純石英砂的工藝較為復(fù)雜，需要用到浮選、超聲波和酸浸、絡(luò)合工藝，投入的生產(chǎn)成本較高［2］。而采用磁選作業(yè)就能達(dá)到較低的含鐵量，石英砂產(chǎn)品的生產(chǎn)成本與后續(xù)復(fù)雜工藝相比會(huì)較為低廉，這也是許多石英砂加工企業(yè)廣泛采用的除鐵方法。

SCT型非金屬除鐵磁選機(jī)工業(yè)試驗(yàn)在安徽省鳳陽地區(qū)某石英砂加工廠進(jìn)行。原先采用“破碎—碾磨—篩分—磁選—分級(jí)”工藝流程處理石英砂，磁選作業(yè)主要利用人工在礦漿溜槽內(nèi)放置磁鐵手工除鐵。由于人工除鐵產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，后增加1臺(tái)普通磁選機(jī)進(jìn)行除鐵作業(yè)，但是效果并不理想。因此，現(xiàn)場(chǎng)于2012年初引進(jìn)1套中鋼集團(tuán)安徽天源科技股份有限公司生產(chǎn)的SCT型非金屬除鐵磁選機(jī)進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，并取得了良好的效果。

1 SCT型非金屬除鐵磁選機(jī)結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)

1.1 SCT型非金屬除鐵磁選機(jī)結(jié)構(gòu)

SCT型非金屬除鐵磁選機(jī)是由SCTS預(yù)選系統(tǒng)和SCTN精選系統(tǒng)組合而成。SCTS預(yù)選系統(tǒng)是1臺(tái)順流型低場(chǎng)強(qiáng)濕式永磁筒式磁選機(jī)，SCTN精選系統(tǒng)是1臺(tái)全逆流型中場(chǎng)強(qiáng)濕式永磁筒式磁選機(jī)。礦漿首先進(jìn)入SCTS預(yù)選系統(tǒng)，進(jìn)行預(yù)選作業(yè)，去除粒度較大的鐵雜質(zhì)和比磁化率較大的鐵礦物，預(yù)選后的礦漿進(jìn)入SCTN精選系統(tǒng)進(jìn)行精選作業(yè)，去除粒度較小的鐵雜質(zhì)和比磁化率較小的鐵礦物。

1.2 SCT型非金屬除鐵磁選機(jī)技術(shù)特點(diǎn)

1）采用預(yù)選與精選兩套獨(dú)立選別系統(tǒng) 針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中石英砂原料中含鐵量多少不恒定，含鐵礦物的性質(zhì)不一致，含鐵雜質(zhì)比磁化率波動(dòng)較大的特點(diǎn)，采用1臺(tái)場(chǎng)強(qiáng)較低的SCTS預(yù)選磁選機(jī)進(jìn)行預(yù)處理。由于大顆粒鐵雜質(zhì)和一部分強(qiáng)磁性礦物的比磁化率較高，只需較低的磁感應(yīng)強(qiáng)度就可以產(chǎn)生足夠的吸附磁力，使這部分鐵雜質(zhì)迅速脫離石英砂礦漿，從鐵雜質(zhì)出口排出。經(jīng)過預(yù)處理后的礦漿進(jìn)入1臺(tái)SCTN精選磁選機(jī)進(jìn)行精選處理，由于精選磁選機(jī)的磁感應(yīng)強(qiáng)度較高，可以吸附小顆粒鐵雜質(zhì)和比磁化率較低的鐵礦物，進(jìn)一步去除石英砂礦漿中的鐵雜質(zhì)。

2）針對(duì)石英砂設(shè)計(jì)的專用槽體 由于石英砂粒度較大，沉積速度較快，如果直接使用常規(guī)鐵礦用磁選機(jī)的槽體會(huì)造成淤積、堵塞，需要經(jīng)常停機(jī)清理槽體，無法連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，故需要重新設(shè)計(jì)槽體。預(yù)選系統(tǒng)采用大落差形式的順流槽體，可以最大程度的避免石英砂在槽體內(nèi)的淤積，加快礦漿流速，提高處理量。精選系統(tǒng)采用低阻力全逆流槽體，改善槽體內(nèi)礦漿流動(dòng)狀態(tài)，減少因湍流造成的物料淤積。

3）磁感應(yīng)強(qiáng)度差別化設(shè)計(jì)，階段化處理效果更好 針對(duì)石英砂原料中的鐵雜質(zhì)性質(zhì)不同，比磁化率差距較大，只用1種場(chǎng)強(qiáng)的磁選機(jī)來處理效果并不好，且容易造成堵礦、卸礦困難等現(xiàn)象，影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)率。而采用“弱磁—中磁”的階段性處理在工業(yè)試驗(yàn)中取得了較好的生產(chǎn)指標(biāo)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)也沒有出現(xiàn)不良問題，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)也很好，符合設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)。

2 除鐵工藝研究

2.1 礦石性質(zhì)

石英砂原礦來自安徽省鳳陽地區(qū)，礦床為“沉積—變質(zhì)”礦床，成礦時(shí)代為元古代，主要礦石性質(zhì)為石英巖，礦石呈乳白色，致密堅(jiān)硬，塊狀，油脂光澤，半透明，性脆，粒狀構(gòu)造。原礦中主要的雜質(zhì)為赤鐵礦、褐鐵礦，極少量的磁鐵礦、金紅石和細(xì)條狀白云母。原礦砂化學(xué)成分全分析結(jié)果見表1，經(jīng)破碎碾磨后待磁選的石英砂含鐵量見表2。

表1 原礦砂化學(xué)成分全分析結(jié)果

表2 磁選前石英砂中鐵含量

2.2 磁選除鐵探索實(shí)驗(yàn)

由于石英砂在開采、破碎和運(yùn)輸過程中會(huì)混入一部分機(jī)械鐵和鐵釘、碎鐵片等鐵質(zhì)雜物，這部分鐵雜質(zhì)的粒度較大，比磁化率很高，只需要較低的場(chǎng)強(qiáng)就能夠去除。根據(jù)原礦砂理化性質(zhì)分析，確定進(jìn)行一段磁選預(yù)選和二段磁選精選相結(jié)合的選別作業(yè)，并探索出最佳的磁選條件。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 預(yù)選磁選試驗(yàn)結(jié)果

從原礦濕式磁選的結(jié)果可以分析出，在磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到220mT時(shí)，尾礦鐵品位最高。鐵回收率相比200mT時(shí)提高了3.546%，而相比240mT時(shí)降低了0.252%，由此選定一段預(yù)選系統(tǒng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為220mT。

預(yù)先磁選可以去除大部分的大顆粒機(jī)械鐵雜質(zhì)，但石英砂精礦鐵含量依然沒有達(dá)到產(chǎn)品要求指標(biāo)。因此需要進(jìn)行二段磁選精選作業(yè)，提高磁選場(chǎng)強(qiáng)，以達(dá)到試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)。具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

表4 精選磁選試驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著磁選場(chǎng)強(qiáng)的增加，石英砂鐵含量在不斷的降低，但從經(jīng)濟(jì)性考慮，精選磁選機(jī)的磁感應(yīng)強(qiáng)度選擇550mT較為合適。

而原礦中的赤鐵礦、褐鐵礦屬于弱磁性礦物，需要使用磁感應(yīng)強(qiáng)度1 000～1 500mT的磁選機(jī)才會(huì)有較好的去除效果，目前工業(yè)應(yīng)用中的永磁筒式磁選機(jī)無法做到這么高的磁感應(yīng)強(qiáng)度。

2.3 工藝流程的改進(jìn)

原石英砂廠工藝流程見圖1。

由于原工藝流程中的磁選完全靠人工在礦漿溜槽中擺放磁鐵串來吸附鐵雜質(zhì)，無法做到讓礦漿全部流經(jīng)磁場(chǎng)區(qū)域，并且對(duì)操作人員的技能和責(zé)任心要求較高，所以除鐵效果并不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)同一批次，不同取樣點(diǎn)的產(chǎn)品含鐵量差距懸殊。為了替代人工并提高除鐵效果，改用1臺(tái)普通磁選機(jī)進(jìn)行除鐵工作，但是效果并不理想，并且槽體經(jīng)常淤積，需要經(jīng)常停機(jī)清理，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

該石英砂加工廠于2012年初，引進(jìn)1套中鋼集團(tuán)安徽天源科技股份有限公司生產(chǎn)的SCT型非金屬除鐵磁選機(jī)進(jìn)行除鐵工作，設(shè)備擺放在筒篩之后。過篩的礦漿直接流入SCTS預(yù)選系統(tǒng)，預(yù)處理后的礦漿再直接流入SCTN精選系統(tǒng)再次處理，石英砂精礦最后進(jìn)入水力分級(jí)機(jī)進(jìn)行分級(jí)，得到最終的石英砂產(chǎn)品，產(chǎn)品指標(biāo)較好，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定無故障。改進(jìn)后的工藝流程見圖2。

3 工業(yè)試驗(yàn)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室探索的試驗(yàn)結(jié)果及改進(jìn)后的試驗(yàn)流程，進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)。對(duì)增加SCT非金屬除鐵磁選機(jī)后與原工藝流程人工除鐵后的產(chǎn)品含鐵量進(jìn)行了對(duì)比，取樣化驗(yàn)分析結(jié)果如表5。

表5 取樣化驗(yàn)分析結(jié)果

由表5結(jié)果可知，人工除鐵的精礦品位不穩(wěn)定，波動(dòng)較大，精礦鐵品位最大差值0.053%，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量造成了很大的影響。改用1臺(tái)普通磁選機(jī)替代人工除鐵后，產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性得到了很大改善，精礦品位最大差值0.023%。但是由于普通磁選機(jī)是用于從鐵礦選礦，從礦漿中選取鐵精礦，而用于石英砂選礦是要從石英砂礦漿中除去鐵雜質(zhì)，所以使用效果并不理想，生產(chǎn)指標(biāo)與人工除鐵相近。而SCT型非金屬除鐵磁選機(jī)的精礦產(chǎn)品指標(biāo)較為穩(wěn)定，最大差值為0.008%，平均精礦鐵含量?jī)H為0.020%，提高了產(chǎn)品指標(biāo)，為加工廠帶來了很大的經(jīng)濟(jì)效益。

4 SCT型非金屬除鐵磁選機(jī)優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用前景

1）SCT型非金屬除鐵磁選機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)中工作穩(wěn)定，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)3個(gè)月未出現(xiàn)槽體淤積堵礦的現(xiàn)象，并且由于設(shè)置了2臺(tái)場(chǎng)強(qiáng)不同的磁選機(jī)有針對(duì)性的處理石英砂礦漿，階段性除鐵的效果比1次性處理更好。

2）SCT型非金屬除鐵磁選機(jī)在工業(yè)試驗(yàn)中表明，在同樣給礦條件下，處理后的石英砂中含鐵量可達(dá)0.02%，比普通磁選機(jī)低0.03%。使用效果達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)，解決了用戶產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，并提高了產(chǎn)品品質(zhì)。

3）SCT型非金屬除鐵磁選機(jī)采用永磁結(jié)構(gòu)，無需勵(lì)磁電源激發(fā)工作磁場(chǎng)，較各種電磁式磁選機(jī)節(jié)省工作電耗約60%～80%，符合節(jié)能環(huán)保的生產(chǎn)理念。

4）SCT型非金屬除鐵磁選機(jī)在石英砂除鐵行業(yè)中的成功應(yīng)用，具有一定的參考性，在類似的石英砂加工企業(yè)、玻璃制造企業(yè)可以用作低成本去除石英砂原料中磁性鐵雜質(zhì)的有效處理設(shè)備。

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