HTDZ系列特大型智能電磁漿料高梯度磁選機的研制與應用*

王寶春 王 前 賀廣超 王娟娟 馬曉永 趙文普

(1 山東華特磁電科技股份有限公司 山東 濰坊 262600)

(2 山東省磁力應用技術裝備重點實驗室 山東 濰坊 262600)

隨著國民經濟的發展,非金屬礦物材料被廣泛應用于各個行業,同時用戶對質量級別要求也越來越高。雜質含量的多少決定了非金屬礦物材料的等級,特別是含鐵量的高低最為重要,因此在非金屬礦加工過程中一般都需要進行除鐵作業。磁選是非金屬礦除鐵應用最廣泛和最有效的物理方法,國內外不同企業已開發出多種磁選設備,其中電磁漿料高梯度磁選機是用于鉀鈉長石、高嶺土、石英砂等非金屬礦提純除雜最為常用的強磁選設備。

為了滿足用戶對優質非金屬礦物材料的需求,山東某股份有限公司依托油水復合冷卻等核心專利技術,對HTDZ型電磁漿料高梯度磁選機進行技術創新和優化改進,成功研制出了HTDZ-1500、HTDZ-2000等大型和特大型智能油水復合冷卻周期式電磁漿料高梯度磁選機。

1 大型化的優勢分析和技術改進

1.1 優勢分析

周期式電磁漿料高梯度磁選機的大型化和智能化可以提高設備的處理能力,減少設備和配套設施的投資,節能降耗,節省運行成本,提高選礦廠的經濟效益;減少裝機數量及廠房占用面積,實現設備集中控制和自動化管理,優化工藝流程,推動整個選礦廠設備和工藝流程的技術進步。

1.2 技術改進

在國內外,電磁漿料磁選機用分選腔直徑劃分型號,在國內主要有:500型、750型、1000型和1200型;國外主要以美國藝利公司為代表,型號分為:100型、200型、400型、800型和1000型。目前電磁漿料磁選機以中小型為主,近幾年我國一些公司經過多年潛心研究,在傳統小型設備成功應用的基礎上,融入先進的加工制造和智能控制技術,成功研制出HTDZ-1500大型和HTDZ-2000 特大型電磁漿料磁選機,主要技術改進包括以下幾方面:

(1)優化進料結構。利用多管路多點進漿技術,將碟型物料分配器中的礦漿分成多路進行勻料后,再經過磁極頭進入到分選腔。

(2)改進磁極結構。磁極頭采用錐型結構,減小磁極對沖洗水的阻力,提高了介質沖洗效果。磁極頭設有筒型環狀物料通道,使礦漿達到二次勻料,使礦漿均勻通過分選腔。

(3)優化線圈勵磁方式。采用電流快速跟隨算法和有源逆變技術,對勵磁電流進行精確控制,解決了線圈大型化后升、退磁速度慢、工作效率低的問題。

(4)優化磁介質搭配。在搭配時采用分組隔斷方案,避免磁介質產生磁短路,減少磁介質對礦漿的流動阻力,增加了礦漿的通過性。

(5)應用物聯網技術進行智能管理。應用物聯網技術通過傳感器將設備使用現場信息和運行參數進行實時傳輸,在遠程中央監控制室內進行集中監視和控制,構成了遠程設備DCS集散控制系統。能夠實時動態顯示設備運行參數,對使用設備進行數據分析、故障診斷及處理,保證設備始終在最優工作狀態下運行。

2 能耗分析

2.1 理論計算

電磁漿料磁選機的勵磁線圈可簡化成載流螺旋管,為方便建立數學模型計算勵磁功率與線圈內徑的關系,簡化模型如圖1所示。

圖1 簡化模型圖

勵磁線圈用截面積為s的電磁線繞制,內徑為r,總高度為h,單位長度內的匝數為n。忽略繞線螺距,近似地看成是一系列圓線圈緊密地并排起來組成,線圈中心點為O。

2.1.1 簡化模型勵磁功率的計算

根據畢奧—薩伐爾定律經推導,求得O 點磁場強度B即[7]:式中:ρ——電阻率,Ω·m;

l——勵磁繞線的總長度,mm。

由式(1)與式(2)的勵磁功率為:

根據圖1可以知道,當α=β時,由三角函數關系換算得出:

2.1.2 簡化模型處理量的計算

設分選腔的半徑與線圈內徑相等為r,礦漿流過分選腔h所用時間為t,1 h礦漿通過量為Q,則可得出以下關系式:

2.2 能耗對比

在電磁漿料磁選機工作時,勵磁線圈和沖礦水泵的耗能占較大的成本。該類設備在運行期間,進料時線圈通電勵磁,停止給礦后勵磁停止,沖礦水泵工作完成卸礦,根據生產經驗,每小時的耗能計算公式為:

式中:P——線圈勵磁功率,k W;P1——水泵功率,k W。

由式(5)與式(7)可知,設備勵磁功率P與分選腔半r2成正比,設備的處理量Q 與分選腔半徑r3成正比。式(8)除以式(7)可得出,噸耗能關系為:

由式(9)可知,隨著分選腔直徑增加,設備處理每噸礦石的能耗與直徑成反比,這是電磁漿料磁選機大型化節約能耗的理論依據。根據式(8)計算耗能參數見表1,噸礦石能耗見圖2。

表1 耗能參數表

從表1和圖2可以看出,在磁場強度相同時,HTDZ-520、HTDZ-1000、HTDZ-2000型噸礦石能耗分別為11.5 k W·h/t、4.82 k W·h/t和2.1 k W·h/t,HTDZ-2000比520型節能約81.7%,HTDZ-2000比HTDZ-1000型節能56.3%。通過數據對比隨著設備的大型化,每噸礦石的耗能呈下降趨勢,明顯降低了選礦廠的生產成本,增加了企業經濟效益。

圖2 能耗對比圖

3 大型智能電磁漿料磁選機的應用

3.1 在高嶺土綜合利用中的應用

福建廈門某公司的高嶺土主要成分為多水高嶺石、高嶺石,脈石礦物主要為石英、鈦鐵礦、褐鐵礦以及少量黃鐵礦。該公司采用HTDZ-2000特大型智能電磁漿料高梯度磁選機作為高嶺土除鐵提純設備。其現場安裝見圖3,提純工藝見圖4。高嶺土Fe2O3含量由0.86%降低為0.46%,白度由75%提高到86%,日產精礦量600 t。HTDZ-2000型的處理量是HTDZ-1000型的4 倍,HTDZ-1000 型設備的勵磁功率為115 k W,HTDZ-2000型的勵磁功率為240 k W,每小時節省功耗為220 k W,按照一年工作320天,每天運行20 h,可節約能耗1 408 000 k W·h(不含附屬設備節約能耗)。

圖3 HTDZ-2000型漿料磁選機現場

圖4 高嶺土提純工藝

首臺HTDZ-2000型漿料磁選機成功應用后,該公司又采購3臺HTDZ-1500型電磁漿料磁選機用來處理-26目+140目高嶺土尾砂。采用“擦洗—磨礦—分級—重選—磁選(板式磁選機—立環高梯度磁選機—電磁漿料磁選機)—浮選”工藝進行除鐵提純,

精砂產品Fe2O3含量為0.005 2%,達到光伏玻璃用砂的質量標準。HTDZ-1500漿料磁選機現使用如圖5所示。HTDZ-2000型與HTDZ-1500型漿料磁選機良好的除鐵效果、穩定的選礦指標、低耗能的優勢,為企業帶來了可觀的經濟效益。

圖5 HTDZ-1500型漿料磁選機現場圖

3.2 在長石礦除鐵中的應用

福建泉州某公司采用2臺HTDZ-1500大型電磁漿料磁選機用于長石除鐵提純,經20目滾筒篩后礦漿質量濃度為30%,測得物料白度為11%,經平板磁選機去除磁性鐵及部分弱磁性雜質后,礦漿質量濃度為27%,物料白度為26%,再經2道立環高梯度磁選機,礦漿質量濃度為20%,物料白度為48%。最后通過電磁漿料磁選機進行精選作業,獲得白度為63%的長石精礦,化學多元素分析結果見表2。HTDZ-1500大型電磁漿料磁選機使用現場照片見圖6。

表2 長石精礦化學多元素分析結果(質量%)

圖6 設備現場照片

3.3 在石英砂提純中的應用

廣東湛江某石英砂廠的生產原料主要礦物雜質為少量的赤鐵礦、鈦礦物、長石、云母等。生產流程為破碎、磨礦、脫泥、分級、磁選。通過筒式磁選機去除機械鐵;用2臺LHGC-3000型1.4 T 立環高梯度磁選機串聯進行強磁選粗選;再通過HTDZ-1500型1.5 T電磁漿料磁選機精選作業。其生產工藝流程簡圖見圖7,設備現場安裝圖見圖8。該生產線已穩定運行2年多,年產Fe2O3含量小于0.008 5%石英砂精礦70萬t,產品質量穩定,取得了良好的經濟效益和社會效益。

圖7 生產流程圖

圖8 廣東湛江設備應用現場

綜上所述,可以得出以下結論:

(1)全新一代HTDZ系列特大型周期式電磁漿料磁選機代表著高產量、高效率與智能化。其顯著提升了設備生產效率和自動化水平,推動非金屬選礦廠的技術進步,實現了高作業率、低成本生產,將選礦行業轉變成高精尖產業。

(2)噸耗能關系式為設計研發提供了理論依據,通過對比HTDZ-2000 型比HTDZ-520 型節能81.7%,比1000型節能56.3%。

(3)通過技術創新和工藝創新對電磁漿料磁選機不斷優化,建立完善的理論計算體系,并利用先進的物聯網智能控制技術,研制成功了HTDZ-1500和HTDZ-2000大型電磁漿料磁選機,在高嶺土、長石、石英砂等非金屬礦除鐵提純中成功應用,占領廣闊的市場并取得了良好的經濟效益。