磁聚機(jī)在漓渚鐵礦的應(yīng)用分析

舒 偉，羅立群，李炳峰

（1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢430070；2.浙江漓鐵集團(tuán)有限公司選礦廠，浙江 紹興312041）

浙江漓鐵集團(tuán)有限公司是浙江省黑色金屬礦采選規(guī)模最大企業(yè)，屬全國(guó)地方獨(dú)立中型礦山，形成了鐵礦的采礦、選礦、粗精粉加工、氧化球團(tuán)制造、鐵路運(yùn)輸?shù)犬a(chǎn)業(yè)鏈。浙江漓鐵集團(tuán)有限公司選礦廠年處理自產(chǎn)原礦110萬(wàn)t，加工進(jìn)口粗粉50萬(wàn)t，年產(chǎn)品位65%鐵精礦達(dá)80萬(wàn)t。

漓鐵集團(tuán)選礦廠主要產(chǎn)品為全自溶性鐵精礦粉，主要技術(shù)采用自磨－磁選工藝。近幾年來(lái)，為緩解進(jìn)口粗粉對(duì)選礦廠的生產(chǎn)制約，綜合利用資源，公司把有效提高自產(chǎn)鐵精礦品位作為技改方向。生產(chǎn)實(shí)踐表明，生產(chǎn)相同的最終鐵精礦品位時(shí)，若自產(chǎn)鐵精礦品位提高1個(gè)百分點(diǎn)，每日可少加外來(lái)原料200t。

選礦廠提出恢復(fù)使用磁聚機(jī)來(lái)提高鐵精礦品位，著手制作了3臺(tái)Ф1500mm磁聚機(jī)，并對(duì)磁聚機(jī)的操作進(jìn)行了改造，將手工調(diào)節(jié)磁聚機(jī)底流濃度改為自動(dòng)控制，給礦轉(zhuǎn)換裝置改為電動(dòng)控制。經(jīng)過(guò)一年多的生產(chǎn)證明，磁聚機(jī)能提高最終自產(chǎn)鐵精礦品位1.26個(gè)百分點(diǎn)，且操作方便，使用可靠。

1 磁聚機(jī)的結(jié)構(gòu)及分選原理

1.1 磁聚機(jī)的結(jié)構(gòu)

磁團(tuán)聚重力分選機(jī)簡(jiǎn)稱磁聚機(jī)，其實(shí)質(zhì)應(yīng)為重力分選設(shè)備［1］。磁聚機(jī)是依靠磁場(chǎng)力和重力分選復(fù)合作用而達(dá)到分選目的的一種新型選別設(shè)備。漓渚鐵礦選礦廠流程改造采用的磁聚機(jī)規(guī)格為Φ1500mm，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要分為以下幾部分：給礦箱、筒體、分水環(huán)、內(nèi)磁環(huán)、外磁環(huán)、中磁環(huán)、溢流口、平臺(tái)等。

圖1 Φ1500磁聚機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 磁聚機(jī)的分選原理

磁聚機(jī)的分選作用主要有以下兩個(gè)方面：一是在上升旋轉(zhuǎn)水流的作用下，礦漿中比重小的貧細(xì)連生體和脈石上浮，從溢流堰中排出，使精礦得到富集。二是在不均勻磁場(chǎng)的作用下，磁鐵礦顆粒被磁化形成磁絮團(tuán)、磁鏈或細(xì)小磁鐵礦顆粒吸附于粗粒級(jí)磁鐵礦表面，形成磁團(tuán)粒。這些磁絮團(tuán)、磁團(tuán)粒都比單個(gè)顆粒的下沉速度快，因此避免了細(xì)粒級(jí)單體磁鐵礦被上升水流沖入溢流的現(xiàn)象。

同時(shí)，在磁聚機(jī)內(nèi)垂直方向有若干層磁場(chǎng)，礦漿從上部給入，在重力作用下由上向下運(yùn)動(dòng)，從而有若干次團(tuán)聚和松散的作用，當(dāng)?shù)V漿進(jìn)入磁場(chǎng)，產(chǎn)生團(tuán)聚，鐵礦物加速下沉，當(dāng)其脫離磁場(chǎng)，礦粒呈松散狀態(tài)，夾裹在絮團(tuán)中的雜質(zhì)被上升水流沖走，使精礦得到富集，這些作用在常規(guī)的磁、重選設(shè)備中是不具備的［2］。

2 磁聚機(jī)的應(yīng)用分析

2.1 原礦性質(zhì)

浙江漓鐵集團(tuán)有限公司礦石屬矽卡巖型磁鐵礦，金屬礦物以磁鐵礦為主，其次為赤鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦。非金屬礦物以透輝石、石榴石為主，其次有石英、透閃石、綠泥石。礦體圍巖及夾石主要是硅質(zhì)頁(yè)巖包括矽卡巖、砂巖和角巖［3］。

漓渚鐵礦自產(chǎn)礦原礦樣品的化學(xué)多元素分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 自產(chǎn)原礦樣品化學(xué)多元素分析結(jié)果／%

從表1的化學(xué)多元素分析結(jié)果中可以看出，試樣中的全鐵TFe含量為22.06%，F(xiàn)eO含量為7.51%；主要雜質(zhì)SiO2、Al2O3含量分別為32.18%和4.66%；有害成分硫、磷含量也相對(duì)較高，分別為1.13%和0.08%，并有少量鋅元素。

2.2 工藝流程

自制的3臺(tái)磁聚機(jī)安裝在二次磁選作業(yè)之后，二次選別精礦一對(duì)一進(jìn)入磁聚機(jī)選別后，磁聚鐵精礦再進(jìn)入三次磁選機(jī)提高濃度與品位，尾礦水作為二段球磨的補(bǔ)加水，增加磁聚機(jī)改造后的工藝流程圖如圖2所示。

圖2 改造后的工藝流程圖

2.3 主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

為進(jìn)一步考查磁聚機(jī)在工藝流程中的選別效果，對(duì)未使用磁聚機(jī)和使用磁聚機(jī)的工藝流程進(jìn)行了對(duì)比取樣考查。改造前后主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2中平均結(jié)果可知，工藝流程中使用磁聚機(jī)之前，最終精礦鐵品位（TFe）為58.88%，相對(duì)磁聚機(jī)給礦品位，鐵精礦品位增幅為0.44%；而在工藝流程中使用了磁聚機(jī)之后，最終鐵精礦品位達(dá)到60.14%，相對(duì)磁聚機(jī)給礦品位，鐵精礦品位增幅為1.51%。因此，通過(guò)磁聚機(jī)的選別，最終鐵精礦品位提高了1.26個(gè)百分點(diǎn)。

3 磁聚機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)與效益分析

3.1 磁聚機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)分析

漓渚鐵礦礦石屬矽卡巖型磁鐵礦，礦床地質(zhì)品位30.56%，由于礦體內(nèi)含夾石層較多，采礦貧化率較高，采出礦石鐵品位為23.5%左右。磁鐵礦呈細(xì)粒不均勻嵌布，且與脈石礦物互為包裹體存在［4］。為了提高磁鐵精礦的質(zhì)量，漓渚鐵礦采用細(xì)磨細(xì)篩精選工藝，磨礦細(xì)度達(dá)到－0.074mm占80%時(shí)，礦石中的磁鐵礦大部分已解離，但呈包裹體形式的磁鐵礦，在一般的磨礦細(xì)度下是無(wú)法解離的。在弱磁選中，含磁鐵礦包體的脈石混入精礦，影響精礦質(zhì)量的提高。

表2 改造前后主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比結(jié)果／%

磁鐵礦顆粒在磁聚機(jī)磁場(chǎng)中所受的力有機(jī)械力和磁力，其中機(jī)械力為重力與水的阻力等合力［5－7］，參見(jiàn)圖3所示，若僅考慮礦粒的重力、水的阻力和磁力。

則：礦粒在水中受到的重力為式（1）。

礦粒在水中受到的阻力為式（2）。

礦粒在磁聚機(jī)磁場(chǎng)中受到的磁力為式（3）。

由式（1）、式（2）和式（3）推導(dǎo)得出關(guān)于礦粒臨界粒度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系式為式（4）。

由式（4），得到礦粒臨界分離粒度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系見(jiàn)表3。

從表3中的計(jì)算結(jié)果可以看出，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為零時(shí)，即沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)，可以選別的最小粒度為38.6μm；當(dāng)作用于顆粒的磁場(chǎng)強(qiáng)度升至600Oe時(shí)，用磁聚機(jī)可以選別的最小粒度為5.41μm；磁場(chǎng)強(qiáng)度為1200Oe時(shí)，用磁聚機(jī)選別的最小粒度可以達(dá)到為2.71μm，可見(jiàn)磁鐵礦顆粒有磁場(chǎng)作用時(shí)，其可回收的粒度范圍大大縮小，即有利于降低磁鐵礦的回收粒度下限。

圖3 磁鐵礦顆粒在磁聚機(jī)磁場(chǎng)中的受力

表3 臨界分離粒度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系

沒(méi)有磁場(chǎng)或磁場(chǎng)強(qiáng)度為零時(shí)，磁性礦粒和石英均處于分散狀態(tài)，部分脈石（如石英）夾雜在礦粒之間。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度逐漸升高，自由的磁性礦粒會(huì)沿著磁場(chǎng)的方向移動(dòng)，形成鏈狀，如圖4所示。

圖4 磁性顆粒的磁鏈形成機(jī)理示意圖

磁聚機(jī)利用不同大小磁性顆粒的磁團(tuán)聚形成磁鏈，同時(shí)在施加的其它流體動(dòng)力和重力等綜合力破壞磁團(tuán)聚。實(shí)質(zhì)是利用磁聚機(jī)內(nèi)的脈動(dòng)交替磁場(chǎng)和流體動(dòng)力與重力的聯(lián)合作用，在顆粒下降過(guò)程中經(jīng)過(guò)若干層不同磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，受到間歇、脈動(dòng)的磁化作用，反復(fù)分散和團(tuán)聚，不同大小磁性顆粒形成磁鏈與磁團(tuán)聚，參見(jiàn)圖5～7，以將夾雜在絮團(tuán)內(nèi)的貧連生體剔出而分離出來(lái)，從而有效提高精礦品位。

圖5 石英顆粒隨磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的形貌

圖6 不同大小磁性顆粒的磁鏈形貌

當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H＝0mT時(shí)，石英顆粒在不同大小的磁性顆粒間處于分散狀態(tài)。在H＝13mT時(shí)，磁性顆粒和部分富連生體因?yàn)榇帕ξ苿?dòng)形成磁團(tuán)聚或磁鏈，圖5中的5個(gè)石英顆粒沒(méi)有移動(dòng)，而是會(huì)因磁性顆粒的吸引而被夾雜進(jìn)入小的磁鏈中。在H＝22mT時(shí)，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增強(qiáng)，形成了更多的小型磁鏈，因?yàn)槲沛溑c磁鏈彼此相互靠近。5個(gè)石英顆粒沒(méi)有移向磁鏈，在磁鏈形成過(guò)程中，石英顆粒被包裹進(jìn)入磁鏈中。在H＝32mT時(shí)，形成的磁鏈變得更長(zhǎng)，而石英顆粒仍就未動(dòng)，如圖5所示。綜上所述，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大，處于分散狀態(tài)的石英不會(huì)受磁力的影響而定向移動(dòng)。

在H＝0mT時(shí)，不同大小的磁性顆粒和連生體處于自由分散狀態(tài)。在H＝13mT時(shí)，磁性顆粒和部分富連生體因?yàn)榇帕ξ苿?dòng)形成磁團(tuán)聚或磁鏈。在H＝22mT時(shí)，各個(gè)小磁鏈因相互吸引而移動(dòng)靠近，如圖中所示，在此過(guò)程中，連生體會(huì)因磁鏈的形成而被夾雜在磁鏈中。在H＝32mT時(shí)，磁鏈與磁鏈的吸引而形成更大的磁鏈。連生體也會(huì)被包裹在磁鏈中。因此，不同粒度大小的磁性顆粒因磁團(tuán)聚和磁鏈的形成而回收，增加了磁選作業(yè)的回收率［7］，如圖6所示的不同大小磁性顆粒的磁鏈形貌。同時(shí)也需要防止脈石被包裹而帶入新形成的大磁鏈之中，影響磁團(tuán)聚體的總體回收效果［8］。

通過(guò)對(duì)磁系表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定，得到如圖7所示的磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁系表面距離的關(guān)系。從圖中可以看出，距離磁系表面越遠(yuǎn)，磁場(chǎng)強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。在磁聚機(jī)中靠近磁系表面處，磁場(chǎng)強(qiáng)度較大，礦粒的分選效果較好。

圖7 磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁系表面距離的關(guān)系

3.2 應(yīng)用磁聚機(jī)的效益分析

漓鐵集團(tuán)為了保證鐵精礦品位，需要摻和一定比例的進(jìn)口易選礦石。漓渚鐵礦將3臺(tái)Ф1500mm磁聚機(jī)應(yīng)用于生產(chǎn)后，收到了理想的效果。

1）最終自產(chǎn)精礦品位提高1.26個(gè)百分點(diǎn)，可少加外購(gòu)原料或多處理自產(chǎn)礦。若生產(chǎn)相同的最終精礦品位為64.55%的鐵精礦，每日可少加外購(gòu)原料260t，或者多處理自產(chǎn)礦726t，多生產(chǎn)品位64.55%鐵精礦粉232t。按全年330天計(jì)，可節(jié)省粗粉加工量8.3萬(wàn)t，或者多生產(chǎn)鐵精礦粉7.6萬(wàn)t，按每噸鐵精礦粉盈利120元計(jì)算，每年可多盈利912萬(wàn)元。

2）3臺(tái)磁聚機(jī)每小時(shí)多用水260m3／h，每年需增加循環(huán)用水量206萬(wàn)m3／h，每立方米水耗電以0.4kW·h計(jì)算，年多用電82.4萬(wàn)kW·h，折合人民幣53.6萬(wàn)元。

3）增開(kāi)磁聚機(jī)泵，泵功率為55kW·h，每年多用電43.56萬(wàn)kW·h，折合人民幣28.3萬(wàn)元。

4）年增經(jīng)濟(jì)效益為：912－53.6－28.3＝830.1萬(wàn)元。

4 結(jié)論

1）漓鐵集團(tuán)選礦廠利用自產(chǎn)礦石中磁鐵礦粗細(xì)不均勻的嵌布特性，應(yīng)用磁聚機(jī)可有效提高自產(chǎn)礦石最終鐵精礦品位1.26個(gè)百分點(diǎn)。自3臺(tái)Ф1500mm磁聚機(jī)投入生產(chǎn)以來(lái)，既保證了最終鐵精礦品位和鐵精礦細(xì)度達(dá)標(biāo)，又可節(jié)約外來(lái)原料8.3萬(wàn)t，年增經(jīng)濟(jì)效益達(dá)830.1萬(wàn)元。

2）通過(guò)改善磁聚機(jī)濃度操作與給料轉(zhuǎn)換的控制，既方便了操作，又穩(wěn)定了流程，使產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)穩(wěn)定，效果顯著。

3）微觀形貌分析表明：利用磁聚機(jī)內(nèi)的脈動(dòng)交替磁場(chǎng)和流體動(dòng)力與重力的聯(lián)合用，不同大小磁性顆粒形成磁鏈與團(tuán)聚體，剔除雜質(zhì)而提高精礦鐵品位。

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