變徑磁選柱結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究①

郭思瑤，趙通林，段 超，張明澤

（1.遼寧科技大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，遼寧 鞍山 114051；2.鞍山市城市發(fā)展中心，遼寧 鞍山 114051）

磁選柱是一種磁鐵礦精選設(shè)備，近些年在磁鐵礦選礦廠應(yīng)用廣泛，為我國(guó)磁鐵礦精礦指標(biāo)的提升做出了重大貢獻(xiàn)［1-2］。磁選柱具有分選精度高的優(yōu)勢(shì)，但在選廠實(shí)際應(yīng)用中也暴露了很多缺陷，如耗水量較大、對(duì)細(xì)粒磁性礦物的回收效果較差、不能直接拋尾、溢流易“跑黑”等［3-4］。自“提鐵降硅”工程提出以來，選礦科技工作者一直致力于高效率選礦工藝與設(shè)備的研究，以便提高鐵精礦品位和回收率，滿足日益增長(zhǎng)的資源需求。為克服磁選柱的不足，對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)研究，主要集中在更好地分散“磁團(tuán)聚”［5］。磁選柱下端分選腔中礦漿濃度更高，磁團(tuán)聚現(xiàn)象更明顯，對(duì)磁性礦物的回收作用更強(qiáng)，但對(duì)脈石礦物的剔除作用也會(huì)相應(yīng)降低。變徑磁選柱的分選區(qū)分為上分選區(qū)和下分選區(qū)，其中下分選區(qū)直徑小于上分選區(qū)直徑，該設(shè)計(jì)能降低上分選區(qū)的水流流速，改善對(duì)細(xì)粒級(jí)的回收效果，解決溢流“跑黑”的問題［3，6-7］，它是一種通過筒體變徑設(shè)計(jì)從而實(shí)現(xiàn)提高精礦品位、金屬回收率并放寬入選物料條件的新型弱磁選設(shè)備。本文通過改變變徑磁選柱的線圈位置、線圈間距以及給礦點(diǎn)位置，分析了變徑磁選柱選別磁性礦物的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)分選效果的影響，確定了變徑磁選柱選別磁性礦物的適宜結(jié)構(gòu)參數(shù)。

1 試驗(yàn)樣品和裝置

1.1 試樣性質(zhì)

試驗(yàn)礦樣取自大孤山選礦廠最后一段磁選的給礦（以下簡(jiǎn)稱大孤山粗精礦），試樣XRF分析結(jié)果如表1所示。

表1 大孤山粗精礦XRF分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

大孤山粗精礦中Fe2O3含量59.02%，SiO2含量29.17%，其中主要礦物為磁鐵礦、赤鐵礦和長(zhǎng)石，主要脈石礦物為石英，此外還含有少量的鎂和鋁等。

大孤山粗精礦粒度分析結(jié)果見圖1。可以看出大孤山粗精礦中+0.125 mm粒級(jí)累計(jì)金屬分布率超過70%，主要顆粒集中在0.125～0.15 mm粒級(jí)。

圖1 大孤山粗精礦粒度分析結(jié)果

1.2 試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)原理

試驗(yàn)設(shè)備為變徑磁選柱。在運(yùn)行過程中，為了便于觀察變徑磁選柱中礦漿內(nèi)磁性顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，分選筒材質(zhì)選用透明的有機(jī)玻璃。變徑磁選柱上分選區(qū)筒體內(nèi)徑為40 mm，下分選區(qū)筒體內(nèi)徑為30 mm。上、下分選區(qū)內(nèi)徑不同，以達(dá)到上、下分選區(qū)內(nèi)水流流速不同的效果［8-9］。變徑磁選柱示意圖見圖2。

圖2 變徑磁選柱示意圖

礦漿從給礦斗給入變徑磁選柱，礦漿內(nèi)的磁性顆粒受到由上至下的磁場(chǎng)力作用，經(jīng)歷反復(fù)的團(tuán)聚-分散-團(tuán)聚，上分選區(qū)筒體內(nèi)徑較大，上升水流作用力較小，分選區(qū)內(nèi)水流流速緩慢，利于充分回收礦漿中的細(xì)粒級(jí)磁性礦物，將尾礦中夾雜的磁性顆粒再次分選出來。相反，下分選區(qū)筒體內(nèi)徑較小，上升水流作用力較大，分選區(qū)內(nèi)水流流速較快，利于精選提高精礦品位。夾雜于其中的單體脈石礦物在由下至上的上升水流的沖洗作用下旋轉(zhuǎn)上升，從上部溢流槽流出成為尾礦產(chǎn)品。磁性礦物顆粒受到向下的重力和磁場(chǎng)力，在二者合力的作用下不斷向下運(yùn)動(dòng)成為高品位精礦，最后從精礦管排出［10-11］。

2 變徑磁選柱結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化

2.1 線圈位置優(yōu)化

考慮變徑位置上、下分選腔的水流速度不同，流體動(dòng)力對(duì)顆粒作用變化較大，這里規(guī)定零參考面為上、下分選區(qū)的變徑交界處，線圈位置是相對(duì)零參考面向下的距離，線圈位置試驗(yàn)范圍為0～40 mm，以10 mm為一個(gè)水平，不同線圈位置對(duì)變徑磁選柱選別效果的影響見圖3。

由圖3可以看出，變徑磁選柱的線圈位置對(duì)精礦回收率和品位有一定影響。隨著線圈位置距零參考面距離增大，精礦回收率呈先揚(yáng)后抑的小幅變化，精礦品位基本為逐漸下降的趨勢(shì)。顆粒通過零參考面時(shí)，作用在磁性顆粒的磁場(chǎng)力能否有效克服水流速度突然增大帶來的介質(zhì)阻力從而進(jìn)入到下分選區(qū)，同時(shí)防止下分選區(qū)內(nèi)的磁性礦物顆粒在上升水流的沖擊作用下進(jìn)入上分選區(qū)，是變徑磁選柱實(shí)現(xiàn)礦物分選的關(guān)鍵。線圈位置距離零參考面越遠(yuǎn)，磁場(chǎng)越弱，容易導(dǎo)致上分選區(qū)的微細(xì)磁性顆粒無法克服水流阻力進(jìn)入下分選區(qū)，從而降低細(xì)粒級(jí)磁鐵礦顆粒的回收率。較佳線圈位置為距離零參考面向下10 mm處。

圖3 線圈位置對(duì)選別的影響

2.2 線圈間距優(yōu)化

線圈間距指每?jī)蓚€(gè)相鄰線圈之間的距離。在一定范圍內(nèi)，線圈間距越大，產(chǎn)品回收率越低，產(chǎn)品品位越高。本試驗(yàn)線圈間距范圍為20～50 mm，以10 mm為一個(gè)變化水平，線圈間距對(duì)變徑磁選柱分選效果的影響見圖4。

圖4 線圈間距對(duì)選別的影響

由圖4可以看出，線圈間距從20 mm擴(kuò)大到40 mm時(shí)，精礦品位從64.07%小幅升高到64.58%，而精礦回收率從97.93%小幅下降到97.32%；線圈間距從40 mm擴(kuò)大到50 mm時(shí)，精礦品位降低了1.05個(gè)百分點(diǎn)。磁性顆粒在分選區(qū)持續(xù)向下移動(dòng)，靠的是線圈對(duì)其產(chǎn)生的磁場(chǎng)力逐個(gè)接力作用。線圈間距過小時(shí)，磁團(tuán)聚的礦物顆粒進(jìn)入下一線圈磁場(chǎng)的作用范圍時(shí)還沒有脫離上一線圈磁場(chǎng)的作用范圍，磁團(tuán)聚打散得不充分，不能夠提高礦物分選指標(biāo)；線圈間距變大時(shí)，磁團(tuán)聚的顆粒離開上一個(gè)線圈磁場(chǎng)有效作用范圍過程中，磁場(chǎng)力逐漸減小，在水流沖擊作用下磁團(tuán)聚逐漸松散，磁團(tuán)聚中夾雜的脈石礦物和受磁場(chǎng)力作用弱的連生體顆粒有較大概率脫出，有利于精礦品位提高，但對(duì)回收率不利［13］；線圈間距過大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生沒有磁場(chǎng)作用的空區(qū)，弱化分選作用。確定變徑磁選柱適宜的線圈間距為40 mm。

2.3 給礦位置優(yōu)化

變徑磁選柱的給礦位置以線圈中心位置為基準(zhǔn)，將最上端的3個(gè)線圈由上至下標(biāo)號(hào)為①號(hào)、②號(hào)、③號(hào)，分別設(shè)置①號(hào)、①～②號(hào)中點(diǎn)、②號(hào)、②～③號(hào)中點(diǎn)、③號(hào)這5個(gè)位置進(jìn)行給礦位置優(yōu)化試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 給礦位置對(duì)選別的影響

從表2可知，當(dāng)給礦位置從①號(hào)下降到③號(hào)時(shí)，精礦品位略有提高，但變化不明顯，尾礦品位由20.09%下降到15.80%，變化較明顯；給礦位置由②號(hào)到③號(hào)時(shí)，精礦回收率從95.71%迅速升至96.86%，隨著給礦位置下移，尾礦品位和精礦回收率逐漸改善。給礦點(diǎn)位置越高，離溢流口距離就越近，容易導(dǎo)致部分礦漿不經(jīng)過分選、形成短路流直接進(jìn)入溢流；給礦點(diǎn)位置過低，磁性顆粒下降過程中經(jīng)過的磁系次數(shù)就會(huì)減少，進(jìn)而分散磁團(tuán)聚的次數(shù)變少，影響精礦品位。確定適宜的給礦位置為變徑磁選柱從上到下的第3個(gè)線圈中心。

2.4 實(shí)際礦物分選試驗(yàn)

通過變徑磁選柱結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)，確定適宜的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：下分選區(qū)線圈起始位置在下分選區(qū)變徑交界水平面向下10 mm，線圈間距離40 mm，給礦位置處于變徑磁選柱從上到下的第3個(gè)線圈中心。在電流1.0 A、勵(lì)磁周期3 s、上升水流16 mL／s、給礦濃度40%、給礦量120 g、原礦品位58.57%條件下，對(duì)比了變徑磁選柱和普通磁選柱的分選效果（普通磁選柱為內(nèi)徑30 mm的實(shí)驗(yàn)室小型磁選柱），結(jié)果見表3。

表3 磁選柱對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

由表3可以看出，變徑磁選柱的精礦品位高達(dá)67.16%、回收率高達(dá)96.86%，相比于普通磁選柱，精礦品位提高了0.86個(gè)百分點(diǎn)，精礦回收率提高了2.01個(gè)百分點(diǎn)；變徑磁選柱的尾礦品位僅14.20%，顯著降低。無論是精礦回收率、精礦品位還是尾礦品位，變徑磁選柱分選指標(biāo)都優(yōu)于普通磁選柱。

3 結(jié) 論

1）變徑磁選柱結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果表明，適宜的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：線圈位置相對(duì)于上下分選區(qū)連接面向下距離10 mm，線圈間距40 mm，給礦位置為變徑磁選柱從上到下的第3個(gè)線圈中心。

2）相比于普通磁選柱，變徑磁選柱的分選性能更優(yōu)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的變徑磁選柱對(duì)鐵品位為59.78%的大孤山粗精礦進(jìn)行選別，獲得的精礦鐵品位為67.16%，較普通磁選柱提高了0.86個(gè)百分點(diǎn)，而尾礦鐵品位為14.20%，比普通磁選柱低了7.97個(gè)百分點(diǎn)。