干式強(qiáng)磁板式磁選機(jī)的研制和試驗(yàn)研究*

辛 青 王兆連 劉風(fēng)亮 李玉永 王承圣 莫子雨 馬曉永

(山東華特磁電科技股份有限公司 山東濰坊 262600)

隨著工業(yè)的發(fā)展,非金屬原料得到越來越廣泛的應(yīng)用,對(duì)其質(zhì)量的要求也不斷提高,我國很多非金屬礦往往由于Fe2O3含量超標(biāo),無法有效利用,嚴(yán)重影響礦山綜合經(jīng)濟(jì)效益,因此,新型高效的除鐵提純?cè)O(shè)備越來越受到礦山企業(yè)的歡迎。

石英砂、長石等是重要的非金屬礦物,隨著新材料和新技術(shù)的不斷發(fā)展,非金屬礦物得到了廣泛的應(yīng)用。其中石英砂和長石應(yīng)用最多且用量最大,它們的生產(chǎn)加工工藝相似,分為干法生產(chǎn)和濕法生產(chǎn)兩種。其中濕法生產(chǎn)的主要設(shè)備為棒磨機(jī)和石碾等,在整個(gè)濕法生產(chǎn)線生產(chǎn)過程中經(jīng)常與磁性物接觸,除了原礦中的氧化鐵以外,還增加了大量的機(jī)械鐵,雖然機(jī)械鐵磁性較強(qiáng),但由于粒度較細(xì),所以仍需較高的磁場強(qiáng)度的磁選機(jī)來清除。

目前常用的除鐵方法主要有以下兩種:

(1)采用數(shù)根交錯(cuò)排列的永磁棒。此種磁選機(jī)需要專人不間斷地清理磁棒上吸附的鐵雜質(zhì),工人勞動(dòng)強(qiáng)度極大,且除鐵效果極不穩(wěn)定。

(2)使用永磁筒式磁選機(jī)。此種磁選機(jī)磁場強(qiáng)度弱,僅能除去一部分強(qiáng)磁性鐵,不能將產(chǎn)品中的全部鐵除凈。

針對(duì)工業(yè)礦物中的弱磁性物質(zhì)進(jìn)行除鐵,最常用的方式為采用濕式強(qiáng)磁磁選機(jī)。在進(jìn)行強(qiáng)磁除鐵時(shí),需通過礦漿的方式對(duì)工業(yè)礦物原料進(jìn)行輸送和除鐵分選,會(huì)消耗大量的水資源并造成一定的環(huán)境污染。而且現(xiàn)有濕式強(qiáng)磁磁選機(jī)在收集分離出的磁性物質(zhì)時(shí),會(huì)采用清水沖洗的方式將磁性物質(zhì)從輸送帶上沖洗匯集到出鐵口。如將含磁性物質(zhì)的沖洗水直接排放則會(huì)污染環(huán)境,若進(jìn)一步進(jìn)行處理則會(huì)增加生產(chǎn)成本,降低其生產(chǎn)效率。

因此,研發(fā)出一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、能耗低、除鐵效果好且對(duì)環(huán)境污染小的干式強(qiáng)磁板式磁選機(jī)已迫在眉睫。

1 干式強(qiáng)磁板式磁選機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

干式強(qiáng)磁板式磁選機(jī)主要由振動(dòng)給料機(jī)、強(qiáng)磁磁系、卸鐵裝置、輸送帶、驅(qū)動(dòng)滾筒、清掃輥、出料口、出鐵口、機(jī)架等部分組成,如圖1所示。

圖1 干式強(qiáng)磁板式磁選機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 工作原理

干式強(qiáng)磁板式磁選機(jī)處理的是干礦,分選過程不需要用水。通過振動(dòng)給料機(jī)或者一種勻料設(shè)備均勻給料至物料輸送帶,干礦直接落至物料輸送帶上層表面,對(duì)物料輸送帶上的磁性物質(zhì)進(jìn)行受力分析,磁性物質(zhì)受到豎直向下的重力、物料輸送帶的支持力、強(qiáng)磁磁系的磁力以及輸送帶給的摩擦力,由于強(qiáng)磁磁系對(duì)磁性物質(zhì)的吸引力使得摩擦力大于重力沿輸送帶的分力,因此磁性物質(zhì)能夠被吸附于輸送帶表面并跟隨輸送帶向尾部移動(dòng);而非磁性物質(zhì)未受到強(qiáng)磁磁系的磁力作用,因此重力作用在非磁性物質(zhì)上的分力大于摩擦力,在重力的作用下,可使得非磁性物質(zhì)較為快速自然地沿物料輸送帶下落,而干礦中的磁性物質(zhì)被強(qiáng)磁磁系吸附于物料輸送帶表面并向尾部的方向輸送。強(qiáng)磁磁系和物料輸送帶傾斜斜角度為35°～45°,便于物料滑落。通過驅(qū)動(dòng)輥筒帶動(dòng)輸送帶轉(zhuǎn)動(dòng),給到物料輸送帶上的物料通過強(qiáng)磁場區(qū)時(shí)被吸附至帶面,隨著物料輸送帶轉(zhuǎn)動(dòng)至卸鐵位置,通過卸鐵裝置將磁性礦物匯集到出鐵口,非磁性礦物通過物料的自重和大的傾斜角度自流到出料口。

2 創(chuàng)新點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)

(1)處理物料為干礦,分選過程不需要用水,減少水資源污染和二次水處理。

(2)磁系結(jié)構(gòu)采用Ansys限元軟件進(jìn)行模擬仿真計(jì)算,優(yōu)化磁路結(jié)構(gòu),將磁系設(shè)計(jì)為板式結(jié)構(gòu),平板式磁路設(shè)計(jì),磁塊同極相對(duì),磁場強(qiáng)度高、梯度大,磁系表面磁場強(qiáng)度可達(dá)到1.7 T(見圖2)。

圖2 Ansys軟件磁系模擬仿真圖

(3)強(qiáng)磁磁系傾斜角度為35°～45°可調(diào)。大的傾斜角度可提高物料的流動(dòng)性,可有效避免細(xì)粒級(jí)礦物的粘礦現(xiàn)象,提高分選效率,減少礦物損失,具體可根據(jù)不同的物料性質(zhì)、選礦指標(biāo)等選擇合適的傾斜角度。

(4)物料輸送帶上不需要布置若干刮板,通過卸鐵裝置清理磁性礦物。該物料輸送帶采用復(fù)合材料制作,輸送帶兩側(cè)設(shè)計(jì)直擋邊和裙邊結(jié)構(gòu)兩種,該輸送帶一面是毛面,與輥筒直接接觸,可增大摩擦力,防止打滑;與礦物接觸的一面是光滑面,礦物流動(dòng)性好。擋邊結(jié)構(gòu)粘接牢固,不易開裂、脫落。

(5)卸鐵裝置可以轉(zhuǎn)動(dòng)傳送帶裝置上的刮板,刮板與物料輸送帶表面緊貼著,傳送帶通過兩個(gè)托輥支撐,其中一個(gè)托輥通過減速電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng),傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向,電機(jī)采用變頻電機(jī),可實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)帶與物料輸送帶同步運(yùn)動(dòng)。卸鐵裝置也可以是一個(gè)過渡磁系,通過磁系的磁感應(yīng)強(qiáng)度來卸鐵。

(6)通過清掃輥來清除輸送帶表面附著的細(xì)粉狀物料,減少礦物損失,提高分選效率。

3 試驗(yàn)礦樣及方法

3.1 試樣介紹

石英砂是一種堅(jiān)硬、耐磨、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的硅酸鹽礦物,其主要礦物成分是二氧化硅,石英砂的顏色為乳白色或無色半透明狀。石英砂常用規(guī)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。石英砂巖是固結(jié)的碎屑巖石,石英碎屑含量達(dá)95%以上,來源于各種巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖,重質(zhì)礦物較少,伴生礦物為長石、云母和粘土礦物。石英巖分為沉積成因和變質(zhì)成因兩種,前者碎屑顆粒與膠結(jié)物的界限不明顯,后者指變質(zhì)程度深、質(zhì)純的石英巖礦石。脈石英是由熱液作用形成,幾乎全部由石英組成,呈致密塊狀。石英砂是重要的工業(yè)礦物原料,非化學(xué)危險(xiǎn)品,廣泛用于玻璃、鑄造、陶瓷及防火材料、冶煉硅鐵、冶金熔劑、冶金、建筑、化工、塑料、橡膠、磨料、濾料等行業(yè)。這次試驗(yàn)礦樣為河北省邯鄲市某公司石英砂,原礦粒度為20～40目,Fe2O3含量為0.146%,該石英含有少量黑云母和氧化鐵等其他礦物,試驗(yàn)?zāi)康氖墙档褪⒅蠪e2O3的含量,提高石英白度,要求Fe2O3含量≤0.08%。

3.2 試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)采用干式強(qiáng)磁板式磁選機(jī),磁系采用高性能釹鐵硼磁塊,磁場強(qiáng)度高、梯度大,物料輸送帶表面磁場強(qiáng)度可達(dá)1.3 T;磁板傾斜角35°～45°可調(diào)。試驗(yàn)設(shè)備為SGB-0320,磁板有效尺寸為300 mm×2 000 mm,取30 kg礦樣用該設(shè)備試驗(yàn),數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表1可以看出,石英砂原礦Fe2O3的含量為0.146%,經(jīng)過SGB-0320設(shè)備一遍磁選Fe2O3的含量降至0.096%,二遍磁選Fe2O3的含量降至0.085%,三遍磁選Fe2O3的含量降至0.074%,客戶要求Fe2O3的含量≤0.08%,試驗(yàn)達(dá)到客戶指標(biāo)要求,并且綜合產(chǎn)率為54.33%。

試驗(yàn)設(shè)備采用磁板有效尺寸為300 mm×2 000 mm,按照試驗(yàn)三遍推算,工業(yè)用機(jī)選用兩臺(tái)SGB-2530干式強(qiáng)磁板式磁選機(jī)串聯(lián),即可達(dá)到指標(biāo)要求。

4 結(jié)語

(1)干選用強(qiáng)磁板式磁選機(jī)采用高場強(qiáng)、大傾斜角度、獨(dú)特的卸礦方式,可實(shí)現(xiàn)0～1 mm 非金屬礦的干式選別作業(yè),能夠?qū)Ω闪线M(jìn)行磁選分離。近年來,憑借其優(yōu)異的選礦性能,在長石、霞石、石英砂、高嶺土、鋰輝石等非金屬礦除鐵提純中得到越來越廣泛的應(yīng)用,提高了非金屬礦資源的有效利用率和礦山經(jīng)濟(jì)效益。

(2)河北省邯鄲市某公司石英砂,原礦粒度為20～40目,Fe2O3的含量為0.146%,通過采用試驗(yàn)用機(jī)SGB-0320。由試驗(yàn)可知:原礦Fe2O3的含量為0.146%,通過三遍磁選得到合格產(chǎn)品,Fe2O3的含量降至0.074%,達(dá)到客戶要求Fe2O3的含量≤0.08%,并推薦工業(yè)用機(jī)型號(hào)為SGB-2530,兩臺(tái)串聯(lián)使用,即可達(dá)到指標(biāo)要求。

(3)干式強(qiáng)磁板式磁選機(jī)是一種高效的除鐵提純?cè)O(shè)備,可減少水資源的污染和二次處理,降低投資成本,增加選礦效益。該產(chǎn)品的研發(fā)成功將進(jìn)一步減少環(huán)境污染,提高產(chǎn)品質(zhì)量,進(jìn)一步推動(dòng)企業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展,對(duì)中國乃至世界礦產(chǎn)資源的有效利用起到積極作用。

(4)干選用強(qiáng)磁板式磁選機(jī)也為干旱缺水地區(qū)開創(chuàng)了新的工藝路線。根據(jù)相關(guān)的資料分析結(jié)果顯示,磁力應(yīng)用設(shè)備增長速度保守預(yù)計(jì)為22.87%,如果每年有20%的磁選礦廠應(yīng)用該設(shè)備,每臺(tái)平均價(jià)格為50萬元,按公司每年150 臺(tái)計(jì)算,可增加產(chǎn)值7 500 萬元,增加利潤1 500萬以上,經(jīng)濟(jì)效益可觀。