國(guó)內(nèi)干式磁選機(jī)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

汪建新，李慧慧

內(nèi)蒙古科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 內(nèi)蒙古包頭 014010

磁 力選礦是以各種礦物的磁性差別為基礎(chǔ)的一種選礦方法[1]，簡(jiǎn)稱(chēng)磁選，是利用磁性粒子和非磁性粒子的比磁化系數(shù)不同，導(dǎo)致它們?cè)诖艌?chǎng)中的受力不同，從而形成不同的粒子運(yùn)動(dòng)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(wú)需用水，節(jié)能環(huán)保，設(shè)備簡(jiǎn)單，更適用于我國(guó)的西部地區(qū)以及鐵礦資源豐富的干旱地區(qū)?，F(xiàn)在按照磁場(chǎng)強(qiáng)度以及適用的情況，對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)的磁選設(shè)備發(fā)展情況做簡(jiǎn)單的介紹。

1 干式弱磁選機(jī)

干式弱磁選機(jī)是指磁場(chǎng)強(qiáng)度低于 0.3 T 的干式磁選機(jī)，用于選別磁場(chǎng)特性強(qiáng)的礦物。

1.1 新型粉礦風(fēng)力干式磁選機(jī)

新型粉礦風(fēng)力干式磁選機(jī)是由山東華特磁電科技研制改進(jìn)的干式細(xì)粒級(jí)物料 (0～ 5 mm) 高級(jí)磁選設(shè)備，結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

圖1 粉礦風(fēng)力干式磁選機(jī)的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of wind-drive dry magnetic separator for fine mineral

物料從給礦口進(jìn)入分選，磁性粒子吸附在磁滾筒上并隨磁滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)到?jīng)]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(fēng)力的作用下直接掉落到尾礦箱。

不同于傳統(tǒng)的入料方式，其采用振動(dòng)給料，可以實(shí)現(xiàn)均勻給料；筒體使用非金屬材料，設(shè)置磁攪動(dòng)裝置；筒體轉(zhuǎn)速可調(diào)；具有風(fēng)力補(bǔ)償裝置，可進(jìn)一步保證粒子在分選腔內(nèi)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(jī)

大塊礦石磁選機(jī)由于能耗低，在選礦廠預(yù)先拋尾方面應(yīng)用比較廣泛。CTDG 系列永磁大塊干式磁選機(jī)以永磁體作為磁場(chǎng)源，在特定的區(qū)域內(nèi)形成非均勻磁場(chǎng)。這種非均勻磁場(chǎng)會(huì)驅(qū)動(dòng)磁性礦物產(chǎn)生與非磁性物料相異的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，從而分離磁性礦物[2]。CTDG 永磁磁選機(jī)采用開(kāi)放性磁系，且磁系中的磁極在同一側(cè)做相鄰配置，磁極采用無(wú)感應(yīng)鐵介質(zhì)。該系列磁選機(jī)磁極有軸向交變和徑向交變 2 種。軸向交變?yōu)檩S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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而避免了礦石粒子被甩掉，但也導(dǎo)致部分非磁性粒子夾雜在里面，影響了分選品位；徑向交變?yōu)閺较蛏洗艠O交替分布，軸向同極性，礦物粒子不僅伴隨著磁滾筒運(yùn)動(dòng)，自身也有翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以甩掉夾雜的非磁性粒子，同時(shí)會(huì)甩掉部分磁性弱的磁性粒子，也會(huì)導(dǎo)致分選品位的下降。

1.3 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)干式磁選機(jī)

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)干式磁選機(jī) (CTX) 由北京君致清公司生產(chǎn)，采用特殊的磁系設(shè)計(jì)，使得磁場(chǎng)強(qiáng)度高低交替，磁性物料在這種磁場(chǎng)中會(huì)發(fā)生快速的磁翻轉(zhuǎn)和磁攪動(dòng)，翻轉(zhuǎn)次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)干式磁選機(jī)，可以有效減小磁團(tuán)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(guī)磁選機(jī)相比，CTX 的磁系為360°，設(shè)計(jì)獨(dú)特，漏磁少，且外筒體的旋轉(zhuǎn)方向可與磁系的旋轉(zhuǎn)方向相同或相反。CTX 磁選機(jī)分選原理和結(jié)構(gòu)如圖 2、3 所示。

圖2 CTX 磁選機(jī)分選原理Fig.2 Separation principle of CTX magnetic separator

1.4 CTF 干式筒式磁選機(jī)

圖3 CTX 磁選機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of CTX magnetic separator

CTF 干式筒式磁選機(jī)主要用于低品位的磁鐵礦入磨前的干式預(yù)選，以及細(xì)粒級(jí)礦物的干選。該磁選機(jī)采用開(kāi)放型磁系，圓周方向 NS 極交替分布。分選時(shí)礦物在磁筒表面翻轉(zhuǎn)，甩掉夾雜的非磁性粒子，有效降低了礦石夾雜現(xiàn)象，提高了分選品位。針對(duì)具有不同性質(zhì)的物料，可對(duì)應(yīng)配置磁極尺寸參數(shù)。根據(jù)礦石性質(zhì)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為 180～500 mT，以滿(mǎn)足不同待選礦物的分選要求。筒體線(xiàn)速度一般為 2.0～3.2 m/s，在細(xì)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(jī)的結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。

圖4 CTF 干式筒式磁選機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of CTF dry drum magnetic separator

1.5 細(xì)碎磁鐵礦專(zhuān)用干選機(jī)

北京礦冶研究總院研制了一種適用于細(xì)粒級(jí)礦物的干式磁選機(jī)，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(xì)粒礦物，同時(shí)還含有部分粉礦)。其結(jié)構(gòu)如圖 5 所示。

圖5 細(xì)碎磁鐵礦專(zhuān)用干選機(jī)結(jié)構(gòu)示意Fig.5 Structural sketch of dry separator specially for fine magnetite

該干式磁選機(jī)采用雙旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，筒體旋轉(zhuǎn)，磁系做與之相反的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；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(mǎn)磁系結(jié)構(gòu)[5]。新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，使其分選指標(biāo)明顯好于傳統(tǒng)的干式磁選機(jī)。

其分選原理圖如圖 6 所示，物料通過(guò)振動(dòng)給料器均勻落到輸送帶上，慢慢進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)，在這個(gè)過(guò)程中，細(xì)小的磁性顆粒結(jié)成磁鏈進(jìn)入磁場(chǎng)。進(jìn)入分選區(qū)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(chǎng)作用而改變運(yùn)動(dòng)軌跡，在隨著輸送帶向前運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還做繞自身的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將之前形成的磁鏈、磁團(tuán)聚等團(tuán)塊打散，將夾雜的礦石粒子拋出，進(jìn)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(yùn)動(dòng)至無(wú)磁場(chǎng)區(qū)域，落入磁性粒子收集箱，完成分選。

圖6 細(xì)碎磁鐵礦專(zhuān)用干選機(jī)分選原理Fig.6 Separation principle of dry separator specially for fine magnetite

2 干式中磁場(chǎng)磁選機(jī)

干式中磁場(chǎng)磁選機(jī)主要指磁場(chǎng)強(qiáng)度在 0.3～ 0.8 T之間的干式磁選機(jī)，其發(fā)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(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。

2.1 筒式永磁中強(qiáng)磁場(chǎng)磁選機(jī)

由長(zhǎng)沙礦冶研究院研制的筒式永磁中強(qiáng)磁場(chǎng)磁選機(jī)適用于分選鈦鐵礦、粗粒錳礦石。該機(jī)采用擠壓式強(qiáng)磁場(chǎng)開(kāi)放磁路，具有較高的磁感應(yīng)強(qiáng)度，磁體表面峰值場(chǎng)強(qiáng)可達(dá) 1.4 T，筒表面峰值場(chǎng)強(qiáng)為 0.8 T[6]。1993年研發(fā)的 PMHIS 系列永磁中強(qiáng)磁場(chǎng)磁選機(jī)在斗南錳礦的分選應(yīng)用中效果良好，可在各錳礦推廣應(yīng)用[7]。

2.2 CTFG 型粉礦干式磁選機(jī)

CTFG 型粉礦干式磁選機(jī)主要由滾筒、精礦刮板、傳動(dòng)帶、尾輪、旋轉(zhuǎn)磁系、振動(dòng)給料機(jī)、磁系傳動(dòng)裝置和滾筒傳動(dòng)裝置、分礦板、機(jī)架等組成[8]，結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以磁系固定，磁滾筒旋轉(zhuǎn)。這種結(jié)構(gòu)設(shè)置可以滿(mǎn)足多種分選需求。

圖7 CTFG 型粉礦干式磁選機(jī)結(jié)構(gòu)示意Fig.7 Structural sketch of CTFG type dry magnetic separator for fine mineral

CTFG 型粉礦干式磁選機(jī)分選原理如圖 8 所示，當(dāng)原礦組成比較復(fù)雜，礦物粒度較細(xì)且要求選別精礦品位較高時(shí)，筒體與磁系反向旋轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)，進(jìn)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(jī)較傳統(tǒng)粉礦干選機(jī)磁翻轉(zhuǎn)次數(shù)提高了 1 倍多，這樣會(huì)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(chǎn)品。

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

2.3 XGTF 型旋轉(zhuǎn)磁系干式磁選機(jī)

XGTF 型旋轉(zhuǎn)磁系干式磁選機(jī)是在傳統(tǒng)干式磁選機(jī)的基礎(chǔ)上增加一個(gè) 360°的磁包角，給磁系一個(gè)與磁滾筒反方向的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)。該磁選機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖 9 所示。

圖9 XGTF 型旋轉(zhuǎn)磁系干式磁選機(jī)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(yùn)動(dòng)，到達(dá)主動(dòng)輥時(shí)，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(xù)向前運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，由于磁系的反向轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致粒子在輸送帶上作翻滾運(yùn)動(dòng)，其翻滾次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)的磁選機(jī)，這樣就可以打破形成的磁鏈、磁團(tuán)體，將夾雜的非磁性粒子拋出，提高了分選效率。

XGTF 型旋轉(zhuǎn)磁系干式磁選機(jī)分選原理如圖 10 所示。其磁系結(jié)構(gòu)采用 360°磁包角，12 對(duì)磁極沿周向交替排布，采用小極面結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)漏磁少，磁場(chǎng)強(qiáng)度高，磁場(chǎng)作用好，可以提高磁翻滾次數(shù)，有效去除雜質(zhì)粒子。

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

3 干式強(qiáng)磁場(chǎng)磁選機(jī)

干式強(qiáng)磁場(chǎng)磁選機(jī)是指磁場(chǎng)強(qiáng)度在 0.8～ 2.0 T 的干式磁選機(jī)，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(qiáng)磁選機(jī)

北京礦冶研究總院研發(fā)的 RTGX 型干式強(qiáng)磁選機(jī)主要應(yīng)用于弱磁性礦的預(yù)選作業(yè)或非金屬礦的除鐵提純作業(yè)。RTGX 型干式磁選機(jī)結(jié)構(gòu)與 CTF 磁選機(jī)結(jié)構(gòu)相似，但是磁系結(jié)構(gòu)升級(jí)為磁場(chǎng)分布更加合理的三面擠壓磁系結(jié)構(gòu)[3]，如圖 11 所示，大大提高了磁場(chǎng)強(qiáng)度。軸向上 NS 極交替分布，磁場(chǎng)強(qiáng)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(méi)有翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，適用于弱磁性粒子的分選。通過(guò)調(diào)節(jié)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(qiáng)磁選機(jī)磁系結(jié)構(gòu)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(guī)格的磁滾筒以及不同磁筒數(shù)量的 RTG 型多筒干式磁選機(jī)，可以滿(mǎn)足不同情況的分選要求。該機(jī)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(qiáng)磁選機(jī)

多筒干式強(qiáng)磁選機(jī)是將多個(gè)磁筒由上至下布置在同一臺(tái)設(shè)備上，物料通過(guò)時(shí)進(jìn)行連續(xù)分選，磁滾筒數(shù)量根據(jù)物料性質(zhì)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(yīng)用中一般選用 2～ 3 個(gè)磁滾筒即可，對(duì)于要求更高的稀有金屬除鐵或多種產(chǎn)品分離時(shí)可采用 4～ 5 個(gè)磁滾筒[10]。各個(gè)磁滾筒的磁場(chǎng)強(qiáng)度不同，根據(jù)分選需要由高到低或由低到高排布。多筒干式強(qiáng)磁選機(jī)主要由振給料器、磁滾筒、箱體、電動(dòng)機(jī)減速器、機(jī)架等部件組成，結(jié)構(gòu)圖如圖 12 所示。

圖12 多筒干式強(qiáng)磁選機(jī)外形結(jié)構(gòu)Fig.12 Profile and structure of multi-drum high-intensity dry magnetic separator

多筒干式強(qiáng)磁選機(jī)的分選原理如圖 13 所示。當(dāng)物料進(jìn)入分選時(shí)，在第 1 個(gè)磁滾筒上，由于磁性粒子和非磁性粒子的受力不同，導(dǎo)致它們分別沿不同的運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)磁性粒子會(huì)落入精礦箱，而弱磁性粒子和非磁性粒子則落到第 2 個(gè)磁滾筒上面，進(jìn)行新一次的分選，直至最后一次分選。

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

多筒干式強(qiáng)磁選機(jī)采用永磁磁體，性能穩(wěn)定，有效降低了耗能；選用擠壓磁系，磁場(chǎng)強(qiáng)度大，梯度大；圓周方向上沒(méi)有磁翻滾現(xiàn)象，可有效防止磁性粒子在翻滾過(guò)程中掉落；干式分選，物料在分選結(jié)束后可直接進(jìn)入下一個(gè)操作流程，不必過(guò)濾烘干；可分選粒度為 -25 mm 的各種粒子；磁滾筒轉(zhuǎn)速可調(diào)，可保證最佳轉(zhuǎn)速

3.3 DPMS 系列永磁筒式強(qiáng)磁選機(jī)

長(zhǎng)沙礦冶研究院開(kāi)發(fā)的可干濕兩用的 DPMS 系列永磁筒式強(qiáng)磁選機(jī)，能處理粒度為 -50 mm 弱磁性礦物，在電耗、水耗、機(jī)重、操作等諸多方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)生了較高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[11]。

3.4 CRIMM 型稀土永磁輥式強(qiáng)磁選機(jī)

CRIMM 型稀土永磁輥式強(qiáng)磁選機(jī)也是由長(zhǎng)沙礦冶研究院研制，可用于各種弱磁性礦石和工業(yè)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(zhì)[12]。

3.5 YCG 系列粗粒永磁輥式強(qiáng)磁選機(jī)

YCG 系列粗粒永磁輥式強(qiáng)磁選機(jī)由中鋼天源研制。該磁選機(jī)由兩部分組成，上部為永磁中磁場(chǎng)磁選機(jī)，下部為粗粒永磁輥式強(qiáng)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(dǎo)磁材料組合而成，輥表磁感應(yīng)強(qiáng)度高達(dá) 1.4～1.5 T，能處理粗粒級(jí)物料[13]，在弱磁性礦石粗粒預(yù)選拋尾方面應(yīng)用較廣，效果較好。該系列的磁選機(jī)可對(duì)赤鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦等弱磁性粒子進(jìn)行有效預(yù)選。

YCG 系列永磁輥式強(qiáng)磁選機(jī)利用礦物的比磁化系數(shù)不同，受到的磁力不同進(jìn)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(jié)構(gòu)，磁輥直徑可達(dá) 600 mm，且可以加長(zhǎng)，大大提高了礦物粒子處理量；特殊的磁路設(shè)計(jì)，漏磁少，磁場(chǎng)穩(wěn)定，磁場(chǎng)深度大，磁輥表面強(qiáng)度高；采用國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)度薄輸送帶，保證了磁場(chǎng)強(qiáng)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(qiáng)磁選機(jī) 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(jié)語(yǔ)

干式磁選應(yīng)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(yè)，以及廢棄物處理作業(yè)等。我國(guó)的礦資源豐富但貧礦資源居多，因此選礦設(shè)備的發(fā)展對(duì)于我國(guó)的鋼鐵行業(yè)發(fā)展非常重要。國(guó)外的選礦設(shè)備發(fā)展較早，相對(duì)比較成熟，國(guó)內(nèi)的選礦設(shè)備發(fā)展起步較晚，但發(fā)展也很快。隨著我國(guó)選礦設(shè)備發(fā)展，選礦品位也日漸提升，近年來(lái)，選礦設(shè)備逐漸細(xì)分化，以適用于粗顆粒和細(xì)顆粒，但是未來(lái)依然要致力于磁選設(shè)備的發(fā)展，繼續(xù)向?qū)Ｓ谢⒐?jié)能化方向發(fā)展，平衡磁系結(jié)構(gòu)和磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)礦石粒子作用之間的關(guān)系，力求更進(jìn)一步地提升選礦品位，更高效地將貧礦資源開(kāi)發(fā)利用，加快我國(guó)鋼鐵行業(yè)的發(fā)展。