洗煤廠磁選機性能分析及試驗研究

王 峰

（西山煤電馬蘭礦選煤廠， 山西 太原 030205）

引言

磁選技術具有結構簡單、投資少、運行成本低、節能、污染少的優點，是回收洗煤系統排出的尾礦的有效手段[1]。礦物根據不同的磁性可分為鐵磁性材料、順磁性材料和抗磁性材料。一般來說，鐵磁礦物可以在弱磁場中分離，反磁礦物很容易通過磁分離技術進行分離，而順磁礦物需要高磁場強度分離，特別是細顆粒的順磁礦物需要在高梯度磁分離器中分離[2]。由于磁鐵礦粉是鐵磁性材料，而煤粉是非磁性材料，因此理論上可以通過低強度磁性分離器來實現磁鐵礦材料的有效分離。事實上，由于分離系統中的循環量過大，致密介質無法被傳統的低強度磁分離器有效地凈化和回收造成介質的大量消耗，增加了重介質選煤廠生產成本[3]。因此，研發一款能夠高效處理磁選尾礦的磁選機具有重要的應用意義。

1 磁選機設計原則

磁性系統是磁性分離器的核心部件，其設計至關重要。在設計磁選機的磁性系統時，主要需考慮以下三個方面：

1）磁場系統應具有適當的徑向梯度和磁場作用深度。滾筒分離器的徑向磁場力最適合于吸附粒子，它將滾筒表面的磁性粒子吸附到放電口。徑向磁場梯度越大，磁場力越大，但磁場的作用深度越小。由于磁場梯度越大，磁場單位距離的磁場強度減小得越快。因此，有必要同時考慮到這兩者[4]。

2）周向磁場梯度應盡可能小。磁場沿鼓周變化，產生周磁場梯度和周磁場力。磁力粒子被力吸附到高場強區域并停留，然后磁性粒子被阻礙放電。當濃度過高時，由于磁場強度較低，吸附在滾筒外層上的磁性顆粒很容易在尾礦中丟失。因此，在設計磁性系統時，應盡量減少周向磁場梯度，使周向磁場力均勻分布，提高分離效率[5]。

3）應根據分離要求確定合理的磁極數量。磁分離器中的磁極的極性沿著滾筒的周長交替排列。磁性粒子通過這些磁極時會多次翻轉，從而擺脫混合在其中的非磁性粒子。磁極數應根據分離要求合理確定。磁系統的磁極越多，磁粒子產生的翻轉就越多。如果主要目標是提高精礦品位，則翻轉有利于提高精礦品位；如果主要目標是提高分離回收率，則兩極的數量不應太多，因為太多的翻轉不利于分離回收率的提升[6]。

2 磁分離器的研制

2.1 磁性系統

磁性系統是磁性分離器的核心部件，其設計至關重要。在設計磁性分離器的磁性系統時，在保證磁鐵礦粉回收的基礎上，盡可能提高磁鐵礦粉的等級。因此，磁系統由兩種方式組成，一種為沿磁盤周向同極徑向異極交替的布置方式，另一種為沿磁盤徑向同極周向異極交替的布置方式，圖1 為磁性系統的示意圖。

圖1 磁盤磁性系統設計圖

2.2 永磁材料選擇

為找到合適的永磁材料，分別對鐵氧體永磁材料和釹鐵硼永磁材料進行磁場模擬，所采用的模擬方法為分布模擬，結果如下頁圖2 所示，鐵氧體相鄰磁盤間大部分區域磁感應強度不超過0.03 T，這是由于鐵氧體永磁材料本身磁性弱所致。為了確保磁選機能夠回收磁選尾礦中的磁性物的有效性，相鄰磁盤間區域磁感應強度應不小于0.03 T，故磁選機磁盤永磁材料選擇為釹鐵硼永磁材料。

圖2 鐵氧體及釹鐵硼磁盤表面磁感應強度分布圖

2.3 磁盤間距設計

采用磁系模擬的方法分別對磁盤間距為50 mm、70 mm、90 mm、110 mm、130 mm 相鄰磁盤中心磁感應強度分布進行測試，其結果如圖3 所示。由圖3 可知，磁盤間距中心最高磁感應強度隨著磁盤間距的增加而逐漸降低，但磁盤間距降低并不會使得相鄰磁盤中心的零磁場區抵消。此外，磁盤間通過的礦漿量隨著磁盤間距的減小而減少。為了平衡磁選機的處理量及相鄰磁盤間的磁感應強度，將相鄰磁盤間距確定為90 mm，此時相鄰磁盤中心最高磁感應強度為0.22 T，處理量可達到400 m3/h。

圖3 不同磁盤間距磁盤中心磁感應強度分布圖

3 磁選機半工業應用研究

在分析出磁選機磁場最優設計后，參考現有盤式磁選機結構，制造了磁選機半工業試驗機。其結構及實物如圖4 所示。

圖4 盤式磁選機結構示意圖及實物圖

影響流化磁選機分離效果的因素有很多。本文選擇磁盤轉速、處理量、溢流堰高度進行磁性分離試驗，研究磁選機的分離性能。當檢查某個因素對分離效應的影響時，該因素將被分配不同的值，而其他因素都被設置為一個固定的值。

3.1 磁盤轉速試驗

固定磁選機入料閥入料量為300 m3/h，將磁盤轉速設置為3 r/min，并以1 r/min 的轉速增量增加至9 r/min，待每次增速后運行穩定，對磁選尾礦進行固體含量和磁性物含量（質量分析）分析，結果如圖5所示。

圖5 磁盤轉速對試驗指標的影響

由圖5 可知，磁選機磁性物回收率隨著磁盤轉速的增加呈先上升后下降趨勢，磁選尾礦磁性物含量隨著磁盤轉速的增加呈先下降后上升趨勢。綜合考慮磁性物回收率和磁選尾礦磁性物含量，磁盤轉速最優為6 r/min，此時磁性物回收率為76.97%。

3.2 處理量試驗

固定磁盤轉速為6 r/min，將入料處理量設置為200 m3/h，并以50 m3/h 的處理量增量增加至500 m3/h。待每次處理量增加后運行穩定，對磁選機入料、磁選精礦及磁選尾礦進行固體含量和磁性物含量分析，試驗結果如圖6 所示。

圖6 處理量對試驗指標的影響

由圖6 可知，磁選機磁性物回收率隨著處理量的增加呈現先上升后下降趨勢；磁選尾礦磁性物含量隨著處理量的增加呈現先下降后上升趨勢。綜合考慮磁性物回收率和磁選尾礦磁性物含量，將處理量固定為400 m3/h，此時磁性物回收率為77.68%。

3.3 溢流堰高度試驗

固定磁盤轉速為6 r/min、處理量為400 m3/h，將溢流堰高度設置為5 cm，并以每次5 cm 的增量增加至30 cm。待每次溢流堰高度增加后運行穩定，對磁選機入料、磁選精礦及磁選尾礦進行固體含量和磁性物含量分析，試驗結果如圖7 所示。

由圖7 可知，磁選機磁性物回收率隨著溢流堰高度的增加呈上升趨勢，到25 cm 后保持在88%以上；磁選尾礦磁性物含量隨著溢流堰高度的增加呈下降趨勢，到25 cm 后保持在0.24%。綜合考慮磁性物回收率和磁選尾礦磁性物含量，最優溢流堰高度為25 cm，此時磁性物回收率為88.83%。

圖7 溢流堰高度對試驗指標的影響

4 結論

本文在明晰磁選機磁性系統設計原則的基礎上，設計了一種新型磁選機的磁系結構。通過分析磁系排布方式、磁塊材料對磁場分布的影響，選擇釹鐵硼永磁材料作為磁選機磁盤永磁材料，采用了沿磁盤周向同極徑向異極交替和沿磁盤徑向同極周向異極交替的方式布置磁極。設計并制作出磁選機半工業試驗機，進而對磁盤轉速、處理量及溢流堰高度進行單因素尋優試驗，實驗表明：將磁盤轉速、槽體內溢流堰高度、處理量分別設定為6 r/min、25 cm、400 m3/h 時，介質回收效果較好，此時磁性物回收率高達88.83%。