淺談?dòng)嘘P(guān)磁選柱的相關(guān)研究

安春燕,費(fèi)冬妹,劉文會(huì),劉迎娟（華北理工大學(xué)遷安學(xué)院,河北 唐山 064000）

淺談?dòng)嘘P(guān)磁選柱的相關(guān)研究

安春燕,費(fèi)冬妹,劉文會(huì),劉迎娟
（華北理工大學(xué)遷安學(xué)院,河北 唐山 064000）

磁選柱是一種經(jīng)濟(jì)有效的磁選設(shè)備，它通過(guò)特殊的磁系使被選礦漿內(nèi)顆粒反復(fù)團(tuán)聚和分散，與此同時(shí)，借助于上升水流的淘洗作用，將大部分貧連生體和單體脈石剔除，較大程度的提高了鐵精礦的分選品級(jí)。但隨著我國(guó)鋼鐵冶煉工業(yè)的迅猛發(fā)展，鐵資源這一非可再生資源變得日益緊缺，加之冶煉對(duì)鐵精礦質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，對(duì)于鐵礦這一非可再生資源的精細(xì)分選和有效利用成為了又一新的研究課題。

磁選技術(shù);磁選柱;細(xì)磨工藝

1 磁選技術(shù)的發(fā)展概況

磁選是在不均勻的磁場(chǎng)中利用礦物之間的磁性差異而使不同礦物實(shí)現(xiàn)分離的一種選礦方法，磁選的應(yīng)用則是利用各種礦石或物料的磁性差異，在磁力及其他力的聯(lián)合作用下進(jìn)行選別的過(guò)程。磁選因?yàn)槠涔に嚌崈魺o(wú)污染、成本低廉且易實(shí)現(xiàn), 在很多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。近幾十年來(lái)，磁性分離技術(shù)和磁選設(shè)備都有了長(zhǎng)足的發(fā)展，選礦設(shè)備的發(fā)展特點(diǎn)主要有: 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、處理量大、管理費(fèi)用低、操作維護(hù)方便、提高分離精度、增加處理能力、擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域、降低原材料消耗、采用新型材料和應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)等。隨著磁選設(shè)備研究的進(jìn)一步發(fā)展以及生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，我國(guó)磁鐵礦品位和回收率也達(dá)到了世界先進(jìn)水平。目前就世界范圍看，為獲取高品位的鐵精礦，在磁鐵礦選礦工藝技術(shù)方面所采取的辦法有[1]：

（1）在普通磁選流程中加入細(xì)篩的細(xì)篩細(xì)磨工藝；

（2）弱磁選精礦中的脫硅反浮選工藝；

（3）多段磨礦多段精選工藝。

磁選工藝的的改進(jìn)逐步改善了磁性選礦的效果，但由于磁鐵礦物具有極強(qiáng)的磁性，是極易選礦物，一方面常規(guī)的弱磁選法可以有效而經(jīng)濟(jì)地回收磁鐵礦，但另一方面磁鐵礦的強(qiáng)磁性又使之在常規(guī)弱磁選時(shí)產(chǎn)生極強(qiáng)的團(tuán)聚作用，磁化顆粒之間在其基本的磁力作用下相互吸引，克服介質(zhì)阻力匯聚在一起[2]。

2 磁選設(shè)備的發(fā)展概況

國(guó)外磁選設(shè)備取得了很大的發(fā)展，磁選機(jī)大型化、給礦方式、磁系設(shè)計(jì)、槽體結(jié)構(gòu)等方面成果顯著:實(shí)現(xiàn)設(shè)備大型化,提高了處理能力。同時(shí),我國(guó)磁選機(jī)的研制也得到了蓬勃的發(fā)展。在弱磁場(chǎng)磁選設(shè)備、中磁場(chǎng)磁選設(shè)備和強(qiáng)磁場(chǎng)磁選設(shè)備的研制上都有了顯著的成果并已經(jīng)投入生產(chǎn)。

3 磁選柱及相關(guān)介紹

磁性礦物在離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)存在剩磁,磁性顆粒之間由于存在剩磁而發(fā)生磁團(tuán)聚,對(duì)選別、分級(jí)以及過(guò)濾都有不利影響；在磁選過(guò)程中由于磁性顆粒在外磁場(chǎng)作用下形成磁團(tuán)；在磁團(tuán)內(nèi),除磁性顆粒外,還夾雜低品位的脈石及連生體,降低了精礦的品位。為了解決常規(guī)磁選機(jī)的“磁性?shī)A雜”和“非磁性?shī)A雜”問(wèn)題,鞍山科技大學(xué)研制了磁選柱，磁選柱是一種磁力與重力相結(jié)合的弱磁場(chǎng)磁選機(jī)，在利用磁團(tuán)聚的同時(shí)施加外力破壞磁團(tuán)聚, 能有效解決單體有用礦物與貧連生體的分離問(wèn)題,依靠粗、細(xì)磁性顆粒之間的磁團(tuán)聚與貧連生體和脈石沉降速度不同實(shí)現(xiàn)分選,提高了精礦品位。磁選柱內(nèi)由上至下分布多組線圈，借助直流供電對(duì)線圈由上至下循環(huán)勵(lì)磁，形成時(shí)有時(shí)無(wú)，可調(diào)強(qiáng)弱，不連續(xù)不均勻的弱磁場(chǎng)。其下部進(jìn)水口采用自下而上切向供水，水流在柱體內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，利用水流的剪切力和上升力不斷沖洗被選物料，以此使被選礦漿反復(fù)進(jìn)行團(tuán)聚—分散，磁團(tuán)聚分散時(shí)夾雜在其中的連生體和單體脈石能夠被上升水流沖擊至溢流沿排出，形成磁選柱尾礦（實(shí)際為中礦）；磁團(tuán)聚在重力和磁力的作用下向下運(yùn)動(dòng)，高品位鐵精礦在磁選柱底部聚集并由排礦口排出。物料可在分選筒內(nèi)被多次精選，中貧連生體和單體脈石可被有效地分選出來(lái)，得到的精礦品位較高，同時(shí)磁團(tuán)聚對(duì)細(xì)粒磁鐵礦也有一定捕集作用，故對(duì)磁鐵礦的回收率也較高。磁選柱還能能夠有效地降低SiO2等雜質(zhì)含量。

4 磁選柱的研究概況

傳統(tǒng)的磁團(tuán)聚重選機(jī)和改進(jìn)的永磁筒式磁選機(jī)多數(shù)適合粗選作業(yè)，對(duì)于鐵精礦分選效果普遍不理想，為此鞍山大學(xué)研制了磁選柱，較粗選設(shè)備大大提高了強(qiáng)磁性物料的分選精度。但由于來(lái)料的磁化現(xiàn)象明顯，磁團(tuán)聚引起的磁性和非磁性?shī)A雜使得分選精度難以進(jìn)一步提高。為此，東北大學(xué)研發(fā)了一種脈沖震動(dòng)磁場(chǎng)磁選柱，利用分選腔內(nèi)的震動(dòng)磁場(chǎng)使磁團(tuán)聚發(fā)生張弛交替的抖動(dòng)，以此打散磁團(tuán)聚提高分選精度，但效果分選效果不理想。而后中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所研發(fā)了一種超聲復(fù)合力場(chǎng)磁選機(jī)，將超聲波分散系統(tǒng)與磁選機(jī)相結(jié)合，巧妙地將超聲波分散力與水流沖擊力、重力相結(jié)合，使其聯(lián)合作用，破壞磁團(tuán)聚,提高鐵精礦品級(jí)，該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分選效率高選別效果好，對(duì)被分選對(duì)象局限性小，適應(yīng)性強(qiáng)。

分析了礦物顆粒在磁選柱內(nèi)受到的力的作用，在假定礦漿密度均勻，礦物性質(zhì)穩(wěn)定，礦物顆粒球形，上升水力均勻等情況下，建立了某一粒度的礦粒在磁選柱中某一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型，得到了一定粒度礦粒的運(yùn)動(dòng)和上升水流以及磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)的結(jié)論，雖然模型十分繁瑣，但他的結(jié)論驗(yàn)證了磁選柱的分選原理。由于該文章作者研究的是不同大小的礦粒在磁選柱中的運(yùn)動(dòng)情況，所以假定了礦物性質(zhì)穩(wěn)定，礦物的磁化率相同。但在實(shí)際過(guò)程中礦粒的性質(zhì)并不是相同的，而使用磁選柱的目的就是把單體脈石和貧連生體分離出去。

對(duì)于磁選柱的改良，前人已經(jīng)做過(guò)大量的嘗試和努力，主要思路有兩種，一種思路是在設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)上改進(jìn)，對(duì)來(lái)料先進(jìn)行處理再分選，一種在控制方法上對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，采取基于礦漿濃度檢測(cè)的閉環(huán)控制方式，但控制方法大部分采取PID控制，控制器通過(guò)定時(shí)采樣進(jìn)行PID運(yùn)算對(duì)磁選柱相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，主要通過(guò)溢流礦漿的濃度和底流精礦濃度來(lái)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小和底閥開(kāi)度的大小，但對(duì)于磁選柱這樣的被控對(duì)象，很難找到合適的數(shù)學(xué)模型對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的描述，傳統(tǒng)PID控制器對(duì)此類被控對(duì)象難以達(dá)到較好的控制效果。

由此，磁選柱在實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題：

（1）來(lái)料的剩磁磁化現(xiàn)象嚴(yán)重且不易被打散，分選精度難以進(jìn)一步提高。

（2）系統(tǒng)具有非線性，大慣性和遲滯的特性，傳統(tǒng)PID控制器對(duì)此類被控對(duì)象難以達(dá)到較好的控制效果。

為取得更好的選別效果，改良原有的機(jī)械設(shè)備，利用先進(jìn)的智能控制理論，對(duì)磁選柱進(jìn)行智能控制是將來(lái)磁選柱改良的主要方向。

[1]宣樂(lè)信,曾云南.選礦廠選別作業(yè)自動(dòng)控制的進(jìn)展[J].金屬礦山，2008（01）：7-10.

[2]袁志濤.脈沖振動(dòng)磁場(chǎng)磁選柱的研制及試驗(yàn)研究[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2001.