國內干式磁選機的研究現狀及發展趨勢

汪建新，李慧慧

內蒙古科技大學機械工程學院 內蒙古包頭 014010

磁 力選礦是以各種礦物的磁性差別為基礎的一種選礦方法[1]，簡稱磁選，是利用磁性粒子和非磁性粒子的比磁化系數不同，導致它們在磁場中的受力不同，從而形成不同的粒子運動軌跡，將磁性粒子和非磁性粒子分離。磁選主要有濕選和干選 2 種。與濕選相比較而言，干選無需用水，節能環保，設備簡單，更適用于我國的西部地區以及鐵礦資源豐富的干旱地區。現在按照磁場強度以及適用的情況，對近年來國內的磁選設備發展情況做簡單的介紹。

1 干式弱磁選機

干式弱磁選機是指磁場強度低于 0.3 T 的干式磁選機，用于選別磁場特性強的礦物。

1.1 新型粉礦風力干式磁選機

新型粉礦風力干式磁選機是由山東華特磁電科技研制改進的干式細粒級物料 (0～ 5 mm) 高級磁選設備，結構如圖 1 所示。

圖1 粉礦風力干式磁選機的結構Fig.1 Structure of wind-drive dry magnetic separator for fine mineral

物料從給礦口進入分選，磁性粒子吸附在磁滾筒上并隨磁滾筒轉動，轉到沒有磁系的位置，磁性粒子掉落到精礦箱；非磁性粒子則在重力和風力的作用下直接掉落到尾礦箱。

不同于傳統的入料方式，其采用振動給料，可以實現均勻給料；筒體使用非金屬材料，設置磁攪動裝置；筒體轉速可調；具有風力補償裝置，可進一步保證粒子在分選腔內被吹散；筒體表面有卸礦裝置，可以減少殘留在筒體表面的物料。

1.2 大塊礦石磁選機

大塊礦石磁選機由于能耗低，在選礦廠預先拋尾方面應用比較廣泛。CTDG 系列永磁大塊干式磁選機以永磁體作為磁場源，在特定的區域內形成非均勻磁場。這種非均勻磁場會驅動磁性礦物產生與非磁性物料相異的運動趨勢，從而分離磁性礦物[2]。CTDG 永磁磁選機采用開放性磁系，且磁系中的磁極在同一側做相鄰配置，磁極采用無感應鐵介質。該系列磁選機磁極有軸向交變和徑向交變 2 種。軸向交變為軸向上磁極異性分布，徑向上同極性，物料粒子在磁滾筒表面不做翻轉運動，從而避免了礦石粒子被甩掉，但也導致部分非磁性粒子夾雜在里面，影響了分選品位；徑向交變為徑向上磁極交替分布，軸向同極性，礦物粒子不僅伴隨著磁滾筒運動，自身也有翻轉運動，可以甩掉夾雜的非磁性粒子，同時會甩掉部分磁性弱的磁性粒子，也會導致分選品位的下降。

1.3 旋轉磁場干式磁選機

旋轉磁場干式磁選機 (CTX) 由北京君致清公司生產，采用特殊的磁系設計，使得磁場強度高低交替，磁性物料在這種磁場中會發生快速的磁翻轉和磁攪動，翻轉次數遠遠高于常規干式磁選機，可以有效減小磁團體和磁性顆粒鏈，有效分離非磁性粒子，提高選礦品位[3]。與常規磁選機相比，CTX 的磁系為360°，設計獨特，漏磁少，且外筒體的旋轉方向可與磁系的旋轉方向相同或相反。CTX 磁選機分選原理和結構如圖 2、3 所示。

圖2 CTX 磁選機分選原理Fig.2 Separation principle of CTX magnetic separator

1.4 CTF 干式筒式磁選機

圖3 CTX 磁選機結構Fig.3 Structure of CTX magnetic separator

CTF 干式筒式磁選機主要用于低品位的磁鐵礦入磨前的干式預選，以及細粒級礦物的干選。該磁選機采用開放型磁系，圓周方向 NS 極交替分布。分選時礦物在磁筒表面翻轉，甩掉夾雜的非磁性粒子，有效降低了礦石夾雜現象，提高了分選品位。針對具有不同性質的物料，可對應配置磁極尺寸參數。根據礦石性質，磁場強度為 180～500 mT，以滿足不同待選礦物的分選要求。筒體線速度一般為 2.0～3.2 m/s，在細粒提精等工藝條件下可提高至 4.0 m/s 以上[4]。CTF干式筒式磁選機的結構如圖 4 所示。

圖4 CTF 干式筒式磁選機結構Fig.4 Structure of CTF dry drum magnetic separator

1.5 細碎磁鐵礦專用干選機

北京礦冶研究總院研制了一種適用于細粒級礦物的干式磁選機，可以分選物料粒度為 25 mm，甚至 12 mm 以下的粗顆粒 (粗顆粒中含有部分細粒礦物，同時還含有部分粉礦)。其結構如圖 5 所示。

圖5 細碎磁鐵礦專用干選機結構示意Fig.5 Structural sketch of dry separator specially for fine magnetite

該干式磁選機采用雙旋轉設計，筒體旋轉，磁系做與之相反的旋轉運動；送料方式采用輸送帶輸送，可以減小筒體磨損；筒體為非金屬材料；采用 360°包角滿磁系結構[5]。新結構的應用，使其分選指標明顯好于傳統的干式磁選機。

其分選原理圖如圖 6 所示，物料通過振動給料器均勻落到輸送帶上，慢慢進入磁場區，在這個過程中，細小的磁性顆粒結成磁鏈進入磁場。進入分選區后，非磁性粒子在自身重力和離心力的作用下，落入非磁性收集箱；磁性粒子受到磁場作用而改變運動軌跡，在隨著輸送帶向前運動的同時，還做繞自身的翻轉運動，將之前形成的磁鏈、磁團聚等團塊打散，將夾雜的礦石粒子拋出，進入非磁性粒子收集箱，而磁性粒子則吸附在磁滾筒表面，隨輸送帶運動至無磁場區域，落入磁性粒子收集箱，完成分選。

圖6 細碎磁鐵礦專用干選機分選原理Fig.6 Separation principle of dry separator specially for fine magnetite

2 干式中磁場磁選機

干式中磁場磁選機主要指磁場強度在 0.3～ 0.8 T之間的干式磁選機，其發展比較成熟，主要用于提高磁鐵礦的純度、除鐵、去除非金屬礦物和破碎礦物的回收，使用方便，結構較為簡單。

2.1 筒式永磁中強磁場磁選機

由長沙礦冶研究院研制的筒式永磁中強磁場磁選機適用于分選鈦鐵礦、粗粒錳礦石。該機采用擠壓式強磁場開放磁路，具有較高的磁感應強度，磁體表面峰值場強可達 1.4 T，筒表面峰值場強為 0.8 T[6]。1993年研發的 PMHIS 系列永磁中強磁場磁選機在斗南錳礦的分選應用中效果良好，可在各錳礦推廣應用[7]。

2.2 CTFG 型粉礦干式磁選機

CTFG 型粉礦干式磁選機主要由滾筒、精礦刮板、傳動帶、尾輪、旋轉磁系、振動給料機、磁系傳動裝置和滾筒傳動裝置、分礦板、機架等組成[8]，結構如圖 7 所示。磁系采用稀土材料釹鐵硼全周多極磁系，磁系和磁滾筒可以作方向相同或相反的旋轉運動，也可以磁系固定，磁滾筒旋轉。這種結構設置可以滿足多種分選需求。

圖7 CTFG 型粉礦干式磁選機結構示意Fig.7 Structural sketch of CTFG type dry magnetic separator for fine mineral

CTFG 型粉礦干式磁選機分選原理如圖 8 所示，當原礦組成比較復雜，礦物粒度較細且要求選別精礦品位較高時，筒體與磁系反向旋轉，以提高磁極交變頻率，使礦物在筒體輸送帶上獲得更加充分的磁翻轉，進一步拋除脈石和弱磁性物料，提高精礦鐵品位。CTFG 型粉礦干選機較傳統粉礦干選機磁翻轉次數提高了 1 倍多，這樣會使夾雜在磁鏈中的單體脈石和貧連生體更容易從磁鏈中脫落而落入尾礦，富集有用產品。

圖8 粉礦干式磁選機分選原理Fig.8 Separation principle of dry magnetic separator for fine mineral

2.3 XGTF 型旋轉磁系干式磁選機

XGTF 型旋轉磁系干式磁選機是在傳統干式磁選機的基礎上增加一個 360°的磁包角，給磁系一個與磁滾筒反方向的運動，產生一個交變磁場。該磁選機的結構如圖 9 所示。

圖9 XGTF 型旋轉磁系干式磁選機Fig.9 Structural sketch of XGTF type dry magnetic separator with rotary magnetic system

物料落到輸送帶上，隨著輸送帶向前運動，到達主動輥時，非磁性粒子和弱磁性粒子在重力和離心力的作用下落入尾礦箱，磁性粒子則受到磁力作用跟隨輸送帶繼續向前運動，同時，由于磁系的反向轉動導致粒子在輸送帶上作翻滾運動，其翻滾次數遠遠大于常規的磁選機，這樣就可以打破形成的磁鏈、磁團體，將夾雜的非磁性粒子拋出，提高了分選效率。

XGTF 型旋轉磁系干式磁選機分選原理如圖 10 所示。其磁系結構采用 360°磁包角，12 對磁極沿周向交替排布，采用小極面結構，極面寬度為 85 mm。磁系材料為 Y30BH 鐵氧體，磁極間隙添加輔助磁塊[9]。這種特殊的磁系結構漏磁少，磁場強度高，磁場作用好，可以提高磁翻滾次數，有效去除雜質粒子。

圖10 XGTF 型旋轉磁系干式磁選機分選原理Fig.10 Separation principle of XGTF type dry magnetic separator with rotary magnetic system

3 干式強磁場磁選機

干式強磁場磁選機是指磁場強度在 0.8～ 2.0 T 的干式磁選機，主要用于粒度較大的弱磁性礦物顆粒的分選，如錳礦和褐鐵礦。

3.1 RTGX 型干式強磁選機

北京礦冶研究總院研發的 RTGX 型干式強磁選機主要應用于弱磁性礦的預選作業或非金屬礦的除鐵提純作業。RTGX 型干式磁選機結構與 CTF 磁選機結構相似，但是磁系結構升級為磁場分布更加合理的三面擠壓磁系結構[3]，如圖 11 所示，大大提高了磁場強度。軸向上 NS 極交替分布，磁場強度可到 1.0 T 以上；圓周方向上極性相同，所以磁性粒子在磁滾筒表面沒有翻轉運動，適用于弱磁性粒子的分選。通過調節磁系配比，可以用于粒度為 30～ 60 mm 弱磁性粒子的粗選和粒度為 -3 mm 弱磁性粒子的精選，以及除鐵提純。

圖11 RTGX 型干式強磁選機磁系結構示意Fig.11 Structural sketch of magnetic system of RTGX highintensity dry magnetic separator

北京礦冶研究總院研制了不同規格的磁滾筒以及不同磁筒數量的 RTG 型多筒干式磁選機，可以滿足不同情況的分選要求。該機采用永磁磁體，配合擠壓磁系，可以降低能耗，提高選礦品位。

3.2 多筒干式強磁選機

多筒干式強磁選機是將多個磁筒由上至下布置在同一臺設備上，物料通過時進行連續分選，磁滾筒數量根據物料性質和工藝流程而定，在一般的非金屬礦除鐵和弱磁性礦物分選應用中一般選用 2～ 3 個磁滾筒即可，對于要求更高的稀有金屬除鐵或多種產品分離時可采用 4～ 5 個磁滾筒[10]。各個磁滾筒的磁場強度不同，根據分選需要由高到低或由低到高排布。多筒干式強磁選機主要由振給料器、磁滾筒、箱體、電動機減速器、機架等部件組成，結構圖如圖 12 所示。

圖12 多筒干式強磁選機外形結構Fig.12 Profile and structure of multi-drum high-intensity dry magnetic separator

多筒干式強磁選機的分選原理如圖 13 所示。當物料進入分選時，在第 1 個磁滾筒上，由于磁性粒子和非磁性粒子的受力不同，導致它們分別沿不同的運動軌跡運動，強磁性粒子會落入精礦箱，而弱磁性粒子和非磁性粒子則落到第 2 個磁滾筒上面，進行新一次的分選，直至最后一次分選。

圖13 多筒干式磁選機分選原理Fig.13 Separation principle of multi-drum dry magnetic separator

多筒干式強磁選機采用永磁磁體，性能穩定，有效降低了耗能；選用擠壓磁系，磁場強度大，梯度大；圓周方向上沒有磁翻滾現象，可有效防止磁性粒子在翻滾過程中掉落；干式分選，物料在分選結束后可直接進入下一個操作流程，不必過濾烘干；可分選粒度為 -25 mm 的各種粒子；磁滾筒轉速可調，可保證最佳轉速

3.3 DPMS 系列永磁筒式強磁選機

長沙礦冶研究院開發的可干濕兩用的 DPMS 系列永磁筒式強磁選機，能處理粒度為 -50 mm 弱磁性礦物，在電耗、水耗、機重、操作等諸多方面都具有明顯的優勢，產生了較高的經濟和社會效益[11]。

3.4 CRIMM 型稀土永磁輥式強磁選機

CRIMM 型稀土永磁輥式強磁選機也是由長沙礦冶研究院研制，可用于各種弱磁性礦石和工業物料的干式磁分離，以及鈦鐵礦、黑鎢礦、鉻鐵礦、錳礦石和氧化鐵礦石等的分選，也可以用于磨料、催化劑等去除鐵雜質[12]。

3.5 YCG 系列粗粒永磁輥式強磁選機

YCG 系列粗粒永磁輥式強磁選機由中鋼天源研制。該磁選機由兩部分組成，上部為永磁中磁場磁選機，下部為粗粒永磁輥式強磁輥。磁輥采用擠壓磁系，磁系材料選用釹鐵硼材料與純鐵導磁材料組合而成，輥表磁感應強度高達 1.4～1.5 T，能處理粗粒級物料[13]，在弱磁性礦石粗粒預選拋尾方面應用較廣，效果較好。該系列的磁選機可對赤鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦等弱磁性粒子進行有效預選。

YCG 系列永磁輥式強磁選機利用礦物的比磁化系數不同，受到的磁力不同進行分選，采用 1 粗 1掃，分選原理如圖 14 所示。磁輥采用積木化結構，磁輥直徑可達 600 mm，且可以加長，大大提高了礦物粒子處理量；特殊的磁路設計，漏磁少，磁場穩定，磁場深度大，磁輥表面強度高；采用國產高強度薄輸送帶，保證了磁場強度；采用整體軸承座架式張緊裝置和起撬裝置，方便更換輸送帶。

圖14 YCG 系列永磁輥式強磁選機 1 粗 1 掃分選原理Fig.14 Separation principle of one roughing and one sweeping by YCG series permanent-magnet roller-typed high-intensity magnetic separator

4 結語

干式磁選應用于鐵礦、錳礦、磁黃鐵礦、鈦鐵礦等磁性物料的分選，非金屬礦石的除鐵提純作業，以及廢棄物處理作業等。我國的礦資源豐富但貧礦資源居多，因此選礦設備的發展對于我國的鋼鐵行業發展非常重要。國外的選礦設備發展較早，相對比較成熟，國內的選礦設備發展起步較晚，但發展也很快。隨著我國選礦設備發展，選礦品位也日漸提升，近年來，選礦設備逐漸細分化，以適用于粗顆粒和細顆粒，但是未來依然要致力于磁選設備的發展，繼續向專有化、節能化方向發展，平衡磁系結構和磁場強度對礦石粒子作用之間的關系，力求更進一步地提升選礦品位，更高效地將貧礦資源開發利用，加快我國鋼鐵行業的發展。