大顆粒立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)的研制與工業(yè)應(yīng)用

李澤萍 饒宇歡 解志鋒 丁 利 萬 鵬 熊大和 曾招科

（贛州金環(huán)磁選設(shè)備有限公司，江西 贛州 341000）

磨礦能耗是選礦廠重要的成本來源，實(shí)現(xiàn)“多碎少磨、提高入磨品位”已成為選礦界降本增效的普遍共識。我國鐵礦資源呈現(xiàn)“貧、細(xì)、雜”的特點(diǎn)，在礦石入磨前進(jìn)行預(yù)選拋廢，實(shí)現(xiàn)“能收早收、能拋早拋”，不僅能大大降低企業(yè)能耗，還能提高設(shè)備的生產(chǎn)利用率，達(dá)到降本增效的目的［1-3］。

目前，混合型鐵礦石或弱磁性鐵礦石破碎后若沒有高效預(yù)選拋尾作業(yè)，大量廢石進(jìn)入球磨機(jī)，不僅增加后續(xù)作業(yè)的負(fù)荷，而且導(dǎo)致細(xì)粒尾礦排放量增加，縮短尾礦庫的使用壽命，因此急需適應(yīng)此類礦石粗粒預(yù)選的設(shè)備［4-5］。近年來，高壓輥磨及大顆粒（粒度范圍為2～5 mm）立環(huán)脈動高梯度磁選技術(shù)的迅速發(fā)展，為該類礦石的高效預(yù)選提供了可能。弱磁性礦物的高效預(yù)選，可以大大減少入磨礦量，降低設(shè)備運(yùn)行成本［6-9］；預(yù)選出的粗粒尾礦可分出部分建筑用砂，既減排又增效，還可延長尾礦庫的使用壽命。因此，將高壓輥磨—粗粒濕式強(qiáng)磁預(yù)選工藝應(yīng)用于弱磁性鐵礦石的磨前預(yù)選拋尾具有重要的意義［10-13］。

本文概述了SLon-大顆粒立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)的研制過程，介紹了其工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并以安徽周油坊貧磁鐵礦-鏡鐵礦混合礦石和印度某赤鐵礦為研究對象，開展了SLon-大顆粒立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)應(yīng)用研究，結(jié)果表明設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，選礦指標(biāo)優(yōu)異，可為后續(xù)工業(yè)推廣應(yīng)用提供參考。

1 SLon-大顆粒立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)

1.1 研制

立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)是一種利用磁力、脈動流體力和重力等綜合力場的選礦設(shè)備。傳統(tǒng)SLon立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)用于處理微細(xì)粒級（-1 mm）弱磁性礦物，其中-0.074 mm粒級需占30%以上，相應(yīng)各部分的結(jié)構(gòu)（包括磁介質(zhì)堆、精礦斗、精礦收集槽、尾礦斗等）均按照此適用條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)給料粒度大于1 mm時，磁選機(jī)中的磁介質(zhì)易發(fā)生堵塞，同時物料在礦斗、管道中流動不暢，礦斗快速磨損、磨穿，無法正常生產(chǎn)。

針對實(shí)際生產(chǎn)需求和設(shè)備現(xiàn)狀，贛州金環(huán)磁選設(shè)備有限公司相關(guān)技術(shù)人員對傳統(tǒng)立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)進(jìn)行了技術(shù)改造，研發(fā)了大顆粒立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)。其在保留原有的磁系結(jié)構(gòu)、激磁線圈、轉(zhuǎn)環(huán)部分、傳動機(jī)構(gòu)、脈動機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了磁介質(zhì)堆、精礦斗、精礦收集槽、尾礦斗等，克服了大顆粒物料流動性差、易沉淀堆積、沖刷磨損內(nèi)壁等問題，滿足了大顆粒物料對磁選機(jī)分選通道的所有要求，實(shí)現(xiàn)了對不超過5 mm大顆粒弱磁性物料的預(yù)先拋尾，節(jié)能減排效果顯著，提高了弱磁性貧礦資源的開發(fā)效率。

1.2 結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及工作原理

1.2.1 結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

SLon-大顆粒立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)主要由脈動機(jī)構(gòu)、鐵軛部分、激磁線圈、轉(zhuǎn)環(huán)組件和各種礦斗、水斗組成［14］，且磁介質(zhì)盒均采用導(dǎo)磁不銹鋼材質(zhì)的圓棒或鋼板網(wǎng)，具體結(jié)構(gòu)見圖1。

SLon-大顆粒立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)采用低電壓、大電流、低電流密度的激磁方式，具有磁場穩(wěn)定性高、設(shè)備操作安全方便等特點(diǎn)，作業(yè)率大于98%；磁系設(shè)計(jì)新穎，磁介質(zhì)組合合理，背景磁感應(yīng)強(qiáng)度可高達(dá)1.8 T，能為礦物分選提供持續(xù)的高梯度磁場，礦石分選效率高；轉(zhuǎn)環(huán)立式旋轉(zhuǎn)，反向沖洗磁性產(chǎn)品，粗顆粒礦石不必穿過磁介質(zhì)堆便可沖洗出來，磁介質(zhì)不易堵塞；礦石分選粒度上限可達(dá)5 mm，下限低至2 μm；采用水內(nèi)冷、雙循環(huán)冷卻方式，線圈冷卻速度快，同時配備線圈智能溫控系統(tǒng)和管路清洗系統(tǒng)，便于線圈日常維護(hù)，線圈設(shè)計(jì)使用壽命可達(dá)10 a以上。

1.2.2 工作原理

當(dāng)設(shè)備的激磁線圈通入直流電后，可在分選區(qū)產(chǎn)生感應(yīng)磁場，此時分選區(qū)的磁介質(zhì)表面會產(chǎn)生非均勻磁場（即高梯度磁場）；當(dāng)轉(zhuǎn)環(huán)沿順時針方向旋轉(zhuǎn)時，磁介質(zhì)堆不斷被送入和運(yùn)出分選區(qū)；礦漿緩緩從給礦斗進(jìn)入，沿上鐵軛礦縫隙流經(jīng)轉(zhuǎn)環(huán)。礦漿中的弱磁性顆粒被吸附在磁介質(zhì)堆表面，并隨轉(zhuǎn)環(huán)運(yùn)動至頂部無磁場區(qū)，在垂直沖洗水的沖刷下進(jìn)入磁性產(chǎn)品礦斗，而非磁性顆粒在重力、流體力的作用下穿過磁介質(zhì)堆，沿下鐵軛礦縫流至尾礦斗后外排，從而實(shí)現(xiàn)非磁性顆粒與磁性顆粒的分離。

2 大顆粒立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)的應(yīng)用

2.1 安徽周油坊鏡鐵礦石的濕式預(yù)選

安徽金日晟礦業(yè)周油坊鐵礦石屬于低磷低硫單一酸性氧化鐵礦石，主要為貧磁鐵礦-鏡鐵礦混合礦石，原礦品位低（TFe品位為25%～29%）、嵌布粒度粗細(xì)不均，磁鐵礦、鏡鐵礦主要與脈石礦物共生，礦物種類較簡單，原采用破碎—階段磨礦—弱磁選—重選—階段強(qiáng)磁選—反浮選聯(lián)合工藝處理，流程復(fù)雜，指標(biāo)波動較大。為優(yōu)化工藝流程，實(shí)現(xiàn)降本增效的目標(biāo)，最終確定入磨前先采用贛州金環(huán)大顆粒立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)進(jìn)行預(yù)選拋尾，大大降低后續(xù)作業(yè)的處理量，為獲得良好的選礦技術(shù)指標(biāo)創(chuàng)造條件。

2.1.1 條件試驗(yàn)

2.1.1.1 給礦粒度試驗(yàn)

取-2 mm、-3 mm和-4 mm粒度代表性礦樣若干份，采用2臺SLon-500型大顆粒立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)模擬工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用條件，進(jìn)行2次粗選試驗(yàn)，背景磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為0.7 T、1.0 T，沖次均為200 r/min，棒介質(zhì)直徑均為5 mm，給礦粒度對選別指標(biāo)影響試驗(yàn)結(jié)果見表1。

由表1可知，不論給礦粒度為-2 mm、-3 mm還是-4 mm，經(jīng)過2次粗選，尾礦TFe品位均降至13%以下，并且2次粗精礦累計(jì)回收率大于80%；粒度越粗，尾礦品位和回收率越低。綜合考慮，確定后續(xù)試驗(yàn)給礦粒度為-4 mm。

2.1.1.2 棒介質(zhì)直徑試驗(yàn)

采用2次粗選，背景磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為0.7 T、1.0 T，沖次均為200 r/min，給礦粒度為-4 mm，棒介質(zhì)對選別指標(biāo)影響試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2可知，隨著棒介質(zhì)直徑的增大，2次粗選精礦累計(jì)TFe品位從36.44%升高至37.56%，而TFe回收率從92.07%降低至84.59%。綜合考慮，確定后續(xù)試驗(yàn)棒介質(zhì)直徑為5 mm。

2.1.1.3 背景磁感應(yīng)強(qiáng)度試驗(yàn)

采用2次粗選，沖次均為200 r/min，給礦粒度為-4 mm，棒介質(zhì)直徑為5 mm，背景磁感應(yīng)強(qiáng)度對選別指標(biāo)影響試驗(yàn)結(jié)果見表3。

由表3可知，隨著背景磁感應(yīng)強(qiáng)度的升高，2次粗選精礦累計(jì)TFe品位降低，TFe回收率增大。綜合考慮，確定后續(xù)試驗(yàn)背景磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為0.7 T、1.0 T。

2.1.2 現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)

2020年9月中旬，2臺SLon-3500大顆粒高梯度強(qiáng)磁機(jī)在周油坊鐵礦開始安裝，并于10月初正式投入工業(yè)生產(chǎn)，棒介質(zhì)盒介質(zhì)直徑為5 mm，沖次均為200 r/min，給礦粒度為-4 mm，背景磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為0.7 T、1.0 T，工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果見表4。

由表4可知，工業(yè)試驗(yàn)可獲得與實(shí)驗(yàn)室基本一致的良好選別指標(biāo)，說明將SLon-3500大顆粒高梯度強(qiáng)磁機(jī)應(yīng)用于周油坊鏡鐵礦石的濕式預(yù)選具有較好的效果。

2.2 印度某高品質(zhì)赤鐵礦石的應(yīng)用

印度某鐵礦石屬于高品質(zhì)氧化鐵礦石，主要鐵礦物為赤鐵礦、鏡鐵礦，還含有少量的假象赤鐵礦，礦石嵌布粒度較粗，TFe品位為58%～60%。該廠現(xiàn)有生產(chǎn)工藝簡單，僅有碎礦作業(yè)。為了能在沒有磨選作業(yè)的前提下獲得較高品位的鐵精礦，計(jì)劃采用大顆粒立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)對碎至-5 mm物料進(jìn)行預(yù)選。

2.2.1 實(shí)驗(yàn)室探索試驗(yàn)

2019年末，在印度當(dāng)?shù)厝∫慌写硇缘牡V樣（粒級為-5 mm），模擬工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室探索試驗(yàn)。試驗(yàn)采用SLon-500型大顆粒立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)進(jìn)行1次粗選，礦漿濃度為25%，棒介質(zhì)盒介質(zhì)直徑為6 mm，沖次為200 r/min，背景磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.0 T，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

由表5可知，SLon-500型大顆粒立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)1次選別就可以獲得TFe品位62.98%、TFe回收率82.04%的粗精礦。

2.2.2 工業(yè)試驗(yàn)

2020年7月底，2臺SLon-2000型大顆粒立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)在現(xiàn)場完成安裝，于8月中旬正式投入使用。在給礦粒度為-5 mm，棒介質(zhì)盒介質(zhì)直徑為6 mm，沖次為200 r/min，2次粗選背景磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為0.8 T、1.1 T的情況下，工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果見表6。

由表6可知，2次粗選可獲得TFe品位62.11%、TFe回收率96.37%的綜合粗精礦，指標(biāo)良好；TFe品位26.03%的尾礦的后續(xù)加工工藝研究本文不作介紹。

3 結(jié) 論

（1）贛州金環(huán)對傳統(tǒng)高梯度磁選機(jī)進(jìn)行了多方面的技術(shù)創(chuàng)新，其中大顆粒立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)作為主要成果之一，通過獨(dú)特的設(shè)計(jì)，滿足了大顆粒物料入選對磁選機(jī)分選通道的所有要求，實(shí)現(xiàn)了不超過5 mm大顆粒弱磁性物料的直接預(yù)選，對提高弱磁性貧礦資源的開發(fā)效率和節(jié)能減排具有重要意義。

（2）安徽周油坊鐵礦采用2臺SLon-3500型大顆粒立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)對-4 mm、TFe品位28.01%的礦石進(jìn)行預(yù)選，2次粗選磁場強(qiáng)度分別為0.7 T、1.0 T，棒介質(zhì)直徑為5 mm的條件下，獲得了TFe品位35.06%、TFe回收率93.52%的預(yù)選精礦，拋尾產(chǎn)率達(dá)25.29%，大大降低了后續(xù)磨選作業(yè)的壓力。

（3）印度某高品位赤鐵礦石在給料粒度為-5 mm、TFe品位59.14%的情況下，采用大顆粒立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)2次粗選，背景磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為0.8 T、1.1 T，棒介質(zhì)直徑為 6 mm，獲得了 TFe品位62.11%、TFe回收率達(dá)96.37%的綜合粗精礦，TFe品位26.03%的尾礦的后續(xù)加工工藝研究本文不作介紹。