干式振動(dòng)高梯度磁選機(jī)的分選機(jī)理與試驗(yàn)研究

許金越 王伊琳 宋少先

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 武漢 430070;2.贛州金環(huán)磁選科技裝備股份有限公司,江西 贛州 341000;3.武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院,湖北 武漢 430070)

我國(guó)西北部礦產(chǎn)資源豐富,開發(fā)潛力巨大,如新疆維吾爾自治區(qū)、陜西省、青海省、甘肅省、寧夏回族自治區(qū)五省份地區(qū)的鐵礦石資源儲(chǔ)量較大,預(yù)測(cè)鐵礦資源總量達(dá)到57.03 億t,占全國(guó)總儲(chǔ)量的47%左右;西北部地區(qū)的非金屬礦產(chǎn)資源更為豐富,鹽類礦、白云母、石棉、長(zhǎng)石和重晶石5 種礦產(chǎn)的探明儲(chǔ)量均占全國(guó)總儲(chǔ)量60%以上,石英儲(chǔ)量占全國(guó)總儲(chǔ)量的39%左右[1-2]。

然而,西北部地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱且水資源短缺,致使該地區(qū)對(duì)節(jié)水的干法選礦技術(shù)有迫切需求,干式磁選技術(shù)為開發(fā)利用缺水地區(qū)的礦產(chǎn)資源提供了新途徑。當(dāng)前,強(qiáng)磁性的磁鐵礦及粗粒易選的弱磁性礦的干式磁選技術(shù)應(yīng)用較成熟。而針對(duì)細(xì)粒弱磁性(非)金屬礦的干式高梯度磁選仍處于研究階段,鮮有成功的應(yīng)用報(bào)道。現(xiàn)有干式高梯度磁選機(jī)主要存在對(duì)細(xì)粒弱磁性礦物分選選擇性差、物料易聚團(tuán)堵塞磁介質(zhì)和分選通道等缺點(diǎn)[3],這限制了我國(guó)干旱和寒冷缺水地區(qū)大量弱磁性(非)金屬礦的高效開發(fā)利用。

本文基于高梯度磁場(chǎng)-振動(dòng)力場(chǎng)復(fù)合力場(chǎng),研制出DVS 型磁選機(jī),解決了細(xì)顆粒礦物聚團(tuán)堵塞磁介質(zhì)、捕獲效率低和分選選擇性差等問題。同時(shí),進(jìn)行了干式磁選機(jī)理分析,開展了分選細(xì)粒弱磁性鏡鐵礦的試驗(yàn)研究,驗(yàn)證干式振動(dòng)高梯度磁選機(jī)的分選性能,為綠色高效開發(fā)我國(guó)干旱或缺水地區(qū)的細(xì)粒弱磁性(非)金屬礦產(chǎn)資源提供了新的技術(shù)思路。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及分選過程

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

如圖1 所示,DVS-100 磁選機(jī)主要由電控柜、勵(lì)磁線圈、偏心機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、鐵軛、板式熱交換器、振動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)架等組成。其中,振動(dòng)系統(tǒng)由磁介質(zhì)、磁介質(zhì)頂頭、彈簧座、緊固螺栓和彈簧等構(gòu)成。磁選機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)列于下表1。

表1 DVS-100 磁選機(jī)主要性能參數(shù)Table 1 Main technical parameters of DVS-100 magnetic separator

圖1 DVS-100 周期式磁選機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.1 Cyclic pilot-scale DVS-100 magnetic separator

1.2 分選過程

選礦時(shí),將磁介質(zhì)盒的振動(dòng)桿用緊固螺栓固定在磁介質(zhì)頂頭上,采用電機(jī)帶動(dòng)偏心機(jī)構(gòu)后產(chǎn)生偏心距,通過滾動(dòng)軸承驅(qū)動(dòng)磁介質(zhì)頂頭及彈簧,迫使磁介質(zhì)盒做上下的簡(jiǎn)諧振動(dòng)。通過調(diào)整偏心機(jī)構(gòu)的偏心距和電機(jī)的變頻器,可將分選磁介質(zhì)盒的上下振動(dòng)幅度控制在0～2.0 mm,振動(dòng)次數(shù)0～2 820 次/min。調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流至所需要的背景磁感應(yīng)強(qiáng)度,磁介質(zhì)在分選區(qū)作往復(fù)垂直上下簡(jiǎn)諧振動(dòng)的同時(shí),在磁場(chǎng)中被磁化,表面形成高梯度磁場(chǎng);將充分干燥分散的物料從給礦斗給入,礦粒沿著給礦斗中的導(dǎo)料條均勻進(jìn)入分選腔中,給料中的磁性顆粒被捕獲在磁介質(zhì)表面,非磁性顆粒穿過磁介質(zhì)堆排走。每周期給礦完成后,切斷勵(lì)磁電源,磁介質(zhì)保持振動(dòng),將磁性礦物完全排出,即完成一個(gè)周期的選礦。在分選腔內(nèi),安裝導(dǎo)磁不銹鋼棒或?qū)Т挪讳P鋼板網(wǎng)制作的磁介質(zhì),還可以根據(jù)需要充填導(dǎo)磁不銹鋼毛。當(dāng)磁介質(zhì)在分選腔內(nèi)振動(dòng)時(shí),振動(dòng)力使礦粒群在分選過程中始終保持松散狀態(tài),減少非磁性顆粒和連生體的機(jī)械夾雜和夾帶現(xiàn)象,提升干式高梯度磁選的分選選擇性;此外,分選時(shí)振動(dòng)還可以有效防止磁介質(zhì)的堵塞。

2 分選機(jī)理

在干式振動(dòng)高梯度磁選過程中,礦粒主要受磁場(chǎng)力、振動(dòng)慣性力、流體力、重力、摩擦力、范德華力和異質(zhì)礦粒間的凝聚力作用。如圖2 所示,將直徑為3.0 mm 的棒介質(zhì)水平放置于垂直均勻磁場(chǎng)中,背景磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0。磁介質(zhì)絲在分選區(qū)域內(nèi)進(jìn)行垂直上下簡(jiǎn)諧振動(dòng),其每分鐘振動(dòng)次數(shù)為f和振動(dòng)幅度為A。采用COMSOL Multiphysics 模擬軟件,對(duì)垂直均勻磁場(chǎng)中作簡(jiǎn)諧振動(dòng)磁介質(zhì)的磁場(chǎng)特性及分選腔內(nèi)的流場(chǎng)特性進(jìn)行模擬仿真分析。

圖2 簡(jiǎn)諧振動(dòng)磁介質(zhì)在垂直均勻磁場(chǎng)中的捕獲模型Fig.2 Magnetic capture model of a harmonic vibrating cylindrical wire in uniform magnetic field

根據(jù)簡(jiǎn)諧振動(dòng)的特征分析,磁介質(zhì)絲在前半周期即A至-A時(shí),聚集在介質(zhì)絲表面的礦粒在向上振動(dòng)慣性力的作用下,具有向上脫離其表面的趨勢(shì);當(dāng)磁介質(zhì)在平衡位置O時(shí),磁介質(zhì)絲加速度為零,聚集在其表面礦粒的振動(dòng)慣性力也為零,但此時(shí)礦粒受到的流體力最大,使礦粒群仍保持松散狀態(tài)。磁介質(zhì)絲在后半周期即-A至A時(shí),聚集在介質(zhì)絲表面的礦粒在向下振動(dòng)慣性力和重力的作用下,具有向下脫離其表面的趨勢(shì)。因此,磁介質(zhì)絲與聚集在其表面的礦粒在每個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)均有較大的相對(duì)運(yùn)動(dòng),對(duì)磁介質(zhì)絲表面的礦粒群產(chǎn)生較強(qiáng)的松散作用。當(dāng)振動(dòng)慣性力足夠大時(shí),能使礦粒克服磁場(chǎng)力、顆粒間的作用力和摩擦力等作用,析離至磁介質(zhì)礦粒捕獲層的表面,最后進(jìn)入非磁性產(chǎn)品。顯然,這能將磁介質(zhì)捕獲層中的脈石和連生體及時(shí)排出,減少夾雜夾帶現(xiàn)象,從而提高分選的選擇性。為簡(jiǎn)便計(jì)算,設(shè)磁介質(zhì)為圓柱形磁介質(zhì),礦粒為球狀顆粒。

2.1 磁場(chǎng)力

在磁介質(zhì)振動(dòng)時(shí),礦粒受到的磁場(chǎng)力與靜態(tài)磁介質(zhì)捕獲一樣,其公式為[4]:

式中,μ0為真空磁導(dǎo)率;b為礦粒直徑;K為體積比磁化率;B為磁感應(yīng)強(qiáng)度。

2.2 振動(dòng)慣性力

礦粒受到的振動(dòng)慣性力[5]:

式中,t為時(shí)間;a(t) 為礦粒的加速度,負(fù)號(hào)表示與磁介質(zhì)運(yùn)動(dòng)方向相反;A為磁介質(zhì)的振動(dòng)幅度;ω為磁介質(zhì)的角速度;m為礦粒的質(zhì)量。

一個(gè)周期內(nèi)礦粒的振動(dòng)慣性力大小變化如圖3所示。振動(dòng)慣性力大小和方向是隨時(shí)間周期性變化的,且其方向在每個(gè)運(yùn)動(dòng)的前后半周期內(nèi)相反。當(dāng)磁介質(zhì)在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)時(shí),振動(dòng)慣性力最大。當(dāng)磁介質(zhì)在平衡位置時(shí),振動(dòng)慣性力為零。

圖3 振動(dòng)慣性力曲線示意Fig.3 Schematic diagram of vibration inertia force curve

2.3 流體力

對(duì)礦粒進(jìn)行流體力分析時(shí),主要是其在磁介質(zhì)切向方向的流體力[6]:

式中,Re為雷諾數(shù);η為流體黏度;υc為相對(duì)速度;ρf為流體密度。

2.4 重 力

磁介質(zhì)表面的礦粒受到重力作用,其大小主要與顆粒的大小有關(guān)系:

式中:ρp為礦粒密度;b為礦粒直徑。

2.5 摩擦力

礦粒的摩擦力隨著磁介質(zhì)位置的不同而變化,磁介質(zhì)絲在最高點(diǎn)A時(shí):

磁介質(zhì)絲在平衡位置點(diǎn)O時(shí):

磁介質(zhì)絲在最低位置點(diǎn)-A時(shí):

式中,μ為摩擦系數(shù);α為礦粒相對(duì)于磁介質(zhì)絲垂直振動(dòng)路線的夾角;φ為礦粒相對(duì)于磁介質(zhì)絲的方位角。

2.6 范德華力

礦粒受到磁介質(zhì)的范德華力為[7]:

式中,H為哈馬克常數(shù)。

式中:x為表面間離(異質(zhì)礦粒之間或者礦粒與磁介質(zhì)之間)。

2.7 有效捕獲所需磁場(chǎng)力

在理想條件下,礦粒所受的范德華力和異質(zhì)礦粒之間的凝聚力不予考慮。磁性礦粒被有效捕獲需要滿足一定條件,也就是在磁介質(zhì)的徑向和切向均不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng),結(jié)合圖2 進(jìn)行以下分析:

(1)礦粒隨著介質(zhì)絲從A移動(dòng)至-A的過程中,礦粒在最高點(diǎn)A位置受到的振動(dòng)慣性力最大,流體力最小,可忽略。在磁介質(zhì)切向方向,磁性礦粒被捕獲應(yīng)滿足以下關(guān)系:

在磁介質(zhì)的上下表面位置磁感應(yīng)強(qiáng)度最大,磁介質(zhì)最容易捕獲磁性礦粒,結(jié)合公式(5),式(10)簡(jiǎn)化為:

在磁介質(zhì)徑向方向,應(yīng)滿足:

由于細(xì)粒礦粒的重力很小,若礦粒的受力符合式(11),則可判斷出式(12)成立;因此,礦粒被有效捕獲的條件是其受力可基于式(13)進(jìn)行描述。結(jié)合以上的分析結(jié)果,礦粒被捕獲時(shí),要達(dá)到的最小磁場(chǎng)力為:

可見,在最高點(diǎn)A位置的礦粒被有效捕獲所需最小磁場(chǎng)力與磁介質(zhì)振動(dòng)幅度、振動(dòng)次數(shù)和礦粒的粒度等密切相關(guān),而振動(dòng)次數(shù)對(duì)其影響較大。

(2)磁性礦粒在平衡點(diǎn)O的位置受到的流體力最大,振動(dòng)慣性力為零。在磁介質(zhì)切向方向,磁性礦粒被捕獲應(yīng)滿足:

同理,式(14)可化簡(jiǎn)為:

在磁介質(zhì)徑向方向,要滿足以下關(guān)系:

同理分析,磁介質(zhì)在平衡點(diǎn)O的位置時(shí),磁性礦粒被捕獲時(shí),要達(dá)到的最小磁場(chǎng)力為:

可見,在平衡點(diǎn)O的位置,礦粒被有效捕獲在磁介質(zhì)表面所需最小磁場(chǎng)力與磁介質(zhì)周圍流體速度及礦粒的粒度等密切相關(guān)。

(3)礦粒隨著介質(zhì)絲從-A移動(dòng)至A的過程中,礦粒在-A的位置受到的振動(dòng)慣性力最大,流體力最小,可忽略。在磁介質(zhì)切向方向,磁性礦粒被捕獲應(yīng)滿足:

同理,式(18)可簡(jiǎn)化為:

在磁介質(zhì)徑向方向,要滿足以下關(guān)系:

同理,可得到磁性礦粒被捕獲時(shí),要達(dá)到的最小磁場(chǎng)力為:

可見,在最低點(diǎn)-A的位置最小磁場(chǎng)力與磁介質(zhì)振動(dòng)幅度、振動(dòng)次數(shù)及礦粒粒度等密切相關(guān),振動(dòng)次數(shù)對(duì)其影響較大;同時(shí)可知,捕獲粗顆粒所需磁場(chǎng)力明顯大于捕獲細(xì)顆粒所需磁場(chǎng)力。在最低點(diǎn)-A位置,礦粒所需的最小磁場(chǎng)力大于最高點(diǎn)的位置。

3 干式振動(dòng)高梯度磁選預(yù)選試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)礦樣及性質(zhì)

鏡鐵礦是典型的弱磁性氧化鐵礦,是赤鐵礦的亞種,化學(xué)式為Fe2O3,多呈鱗片狀,是鋼鐵的主要原料。我國(guó)鏡鐵礦主要分布于安徽霍邱、山西袁家村、甘肅鏡鐵山等礦區(qū)。霍邱李樓鐵礦資源儲(chǔ)量2.78億t,其中鏡鐵礦資源儲(chǔ)量2.44 億t,屬沉積變質(zhì)型大型鐵礦床[8]。本次試驗(yàn)鏡鐵礦樣品,取自李樓鐵礦鏡鐵礦濕法生產(chǎn)流程中的一段強(qiáng)磁粗選給礦,該選礦廠處理量為750 萬t/a,其中鏡鐵礦系統(tǒng)為500萬t/a,選別流程為:階段磨礦—弱磁—強(qiáng)磁—重選—反浮選工藝流程[9]。

試樣XRD 分析結(jié)果如圖4 所示,試樣的組成礦物種類較簡(jiǎn)單,鐵礦物以鏡鐵礦為主;脈石礦物主要是石英,次為鐵白云石、綠泥石等。

圖4 試樣的XRD 圖譜Fig.4 XRD diffraction of the sample

試樣化學(xué)成分分析結(jié)果見表2,試樣全鐵含量為30.68%,FeO 的含量為0.56%,m(TFe)/m(FeO)=54.79,試樣堿性系數(shù)為0.06,主要的雜質(zhì)是SiO2,含量高達(dá)48.87%,有害雜質(zhì)磷和硫的含量都較低。

表2 試樣化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 2 Chemical composition analysis results of the sample %

從試樣鐵物相分析結(jié)果(表3)可知,試樣中鐵的賦存狀態(tài)較為簡(jiǎn)單,主要分布在赤(褐)鐵礦中的鐵,以及在磁鐵礦中的鐵,合計(jì)分布率為96.64%;磁鐵礦含量很低,硅酸鐵中鐵占有率為2.51%。

表3 試樣鐵物相分析結(jié)果Table 3 Iron phase analysis results of the sample %

試樣篩析結(jié)果見表4。試樣中-0.074 mm 含量為47.01%;鐵主要分布于-0.045 mm 細(xì)粒級(jí)中,鐵在該粒級(jí)的分布率為33.20%。

表4 試樣粒度分布結(jié)果Table 4 Particle size distribution of the sample %

條件試驗(yàn)均為一次分選,試樣中的磁鐵礦含量低,不需預(yù)選除去強(qiáng)磁性礦物,試驗(yàn)給礦量為60 g/次,給礦時(shí)間30 s/次。經(jīng)過烘箱充分烘干后,通過給礦斗均勻給入。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.2.1 磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響

固定磁介質(zhì)盒高度120 mm,棒介質(zhì)直徑3.0 mm,振幅2.0 mm,振動(dòng)次數(shù)1 128 次/min,考察磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)分選效果的影響,結(jié)果如圖5 所示。

從圖5 可以看出:隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的上升,鐵精礦回收率逐漸提高,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度高于0.6 T 時(shí),精礦鐵回收率趨于平穩(wěn);精礦品位和選礦效率均隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度上升逐漸降低;磁感應(yīng)強(qiáng)度高于0.6 T 時(shí),精礦品位和選礦效率均較低,說明當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度高于0.6 T 時(shí),干式振動(dòng)磁選的分選精度差;隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度增加,礦粒受到的磁場(chǎng)力急劇增大,磁介質(zhì)絲表面捕獲礦粒層將愈加緊密[11],礦粒受到的磁場(chǎng)力遠(yuǎn)大于其振動(dòng)慣性力,磁介質(zhì)表面出現(xiàn)嚴(yán)重的非磁性礦粒的夾帶和夾雜現(xiàn)象,從而降低了分選精度。

圖5 磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)分選效果的影響Fig.5 Effect of magnetic induction on the separation performances

3.2.2 磁介質(zhì)振動(dòng)次數(shù)的影響

固定磁介質(zhì)盒高度120 mm,棒介質(zhì)直徑3.0

mm,振幅2.0 mm,在磁感應(yīng)強(qiáng)度0.2 T、0.4 T 和0.6 T 的條件下,改變磁介質(zhì)的振動(dòng)次數(shù),考察不同的振動(dòng)次數(shù)對(duì)分選效果的影響,結(jié)果如圖6～圖8 所示。

圖6 磁介質(zhì)振動(dòng)次數(shù)對(duì)分選效果的影響(0.2 T)Fig.6 Effect of vibrating frequency of matrix on the separation performances (0.2 T)

由圖6 可知:在振動(dòng)次數(shù)為0 時(shí),即磁介質(zhì)靜止的情況下,選礦效率最低,精礦品位最小;隨著磁介質(zhì)的振動(dòng),精礦回收率在振動(dòng)次數(shù)為550 次/min 時(shí)達(dá)到最大值,適合的振動(dòng)強(qiáng)度可以增加礦粒與磁介質(zhì)的碰撞概率;而精礦品位隨著振動(dòng)次數(shù)的增加一直升高,初始上升較快,之后較為平穩(wěn);選礦效率隨振動(dòng)次數(shù)增加呈先升高后降低的趨勢(shì)。

從圖7 可以看出,磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.4 T 時(shí),精礦指標(biāo)變化規(guī)律與0.2 T 試驗(yàn)條件時(shí)相似,但極值點(diǎn)有差異,其極值點(diǎn)出現(xiàn)在振動(dòng)次數(shù)為1 650 次/min。

圖7 磁介質(zhì)振動(dòng)次數(shù)對(duì)分選效果的影響(0.4 T)Fig.7 Effect of vibrating frequency of matrix on the separation performances (0.4 T)

由圖8 知,磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.6 T 時(shí),精礦指標(biāo)變化規(guī)律與0.2 T 和0.4 T 試驗(yàn)條件時(shí)相似,但極值點(diǎn)也有差異,其極值點(diǎn)出現(xiàn)在振動(dòng)次數(shù)為2 200 次/min的條件下。

圖8 磁介質(zhì)振動(dòng)次數(shù)對(duì)分選效果的影響(0.6 T)Fig.8 Effect of vibrating frequency of matrix on the separation performances (0.6 T)

3.2.3 選礦效率與磁感應(yīng)強(qiáng)度及振動(dòng)次數(shù)的關(guān)系

磁介質(zhì)的振動(dòng)次數(shù)和磁感應(yīng)強(qiáng)度是影響分選指標(biāo)的兩個(gè)主要參數(shù),他們之間存在著相互制約的關(guān)系。圖9 為磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為0.2 T、0.4 T 和0.6 T 時(shí),不同振動(dòng)次數(shù)條件下得到的選礦效率曲線。

圖9 選礦效率與磁感應(yīng)強(qiáng)度及振動(dòng)次數(shù)的關(guān)系Fig.9 The relationship of separation efficiency,magnetic induction and vibrating frequency

由圖9 可知:①每一條曲線都是規(guī)律性地先上升后下降,均存在極大值;磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2 T 時(shí),最大選礦效率是振動(dòng)次數(shù)為零時(shí)的5.62 倍;磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.4 T 時(shí),最大選礦效率是振動(dòng)次數(shù)為零時(shí)的13.57 倍;磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.6 T 時(shí),最大選礦效率是振動(dòng)次數(shù)為零時(shí)的10.94 倍。這充分說明,磁介質(zhì)振動(dòng)對(duì)干式磁選的選擇性具有顯著影響,磁介質(zhì)振動(dòng)可以顯著提升分選效率;② 振動(dòng)次數(shù)為零時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)分選指標(biāo)的影響不大,分選效率很低;磁介質(zhì)不振動(dòng)時(shí),礦粒會(huì)滯留、黏附于磁介質(zhì)表面,從而降低了磁介質(zhì)的有效吸附面積,嚴(yán)重時(shí)造成磁介質(zhì)堵塞,物料無法順暢地給入。說明磁介質(zhì)不振動(dòng)時(shí),欲通過提高磁感應(yīng)強(qiáng)度來提升分選效率是不可行的;③較高的磁感應(yīng)強(qiáng)度獲得的最大選礦效率大于較低磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大選礦效率,但前者在振動(dòng)次數(shù)較高時(shí)出現(xiàn)。如磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.6 T 時(shí),最大選礦效率出現(xiàn)在2 200 次/min;磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.4 T 時(shí),最大選礦效率出現(xiàn)在1 650 次/min;磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2 T 時(shí),最大選礦效率出現(xiàn)在1 100 次/min。

3.2.4 分選性能評(píng)價(jià)

為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)DVS 磁選機(jī)的分選性能,在最佳分選條件下,將分選指標(biāo)與濕式SLon-100 以及SLon-2000 磁選機(jī)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)生產(chǎn)指標(biāo)進(jìn)行比較。對(duì)比試驗(yàn)的給礦細(xì)度相同,DVS 磁選機(jī)試驗(yàn)條件為:給礦量60 g,磁感應(yīng)強(qiáng)度0.6 T,磁介質(zhì)直徑3.0 mm,振動(dòng)幅度2.0 mm,振動(dòng)次數(shù)2 200 次/min;SLon-100 周期式磁選機(jī)試驗(yàn)條件為:給礦量200 g,磁感應(yīng)強(qiáng)度1.0 T,磁介質(zhì)直徑2.0 mm,脈動(dòng)沖次120 次/min,礦漿流速5.6 cm/s;工業(yè)生產(chǎn)中SLon-2000 濕式磁選機(jī)的操作參數(shù)為:給礦量(干礦)60 t/h,磁感應(yīng)強(qiáng)度1.0 T,磁介質(zhì)直徑3.0 mm,脈動(dòng)沖次120 次/min。對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如表5 所示。經(jīng)1 次干式振動(dòng)高梯度磁選,鐵品位從30.54%提升至45.28%,鐵回收率87.67%,該分選指標(biāo)與SLon-100 周期式和SLon-2000 工業(yè)生產(chǎn)指標(biāo)相近,充分說明干式振動(dòng)高梯度磁選的有效性。另一方面,干式振動(dòng)高梯度磁選采用的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.6 T,低于SLon-100 和SLon-2000 濕式磁選機(jī)的磁感應(yīng)強(qiáng)度(1.0 T),這說明干式振動(dòng)高梯度磁選具有節(jié)能優(yōu)勢(shì)。對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果說明,DVS 磁選機(jī)在分選細(xì)粒鏡鐵礦時(shí)可以獲得良好的分選效能,其分選指標(biāo)與濕式脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)相接近。

表5 最佳條件下干式振動(dòng)與濕法脈動(dòng)高梯度磁選的結(jié)果對(duì)比Table 5 Performance comparison between dry vibrating and wet pulsating HGMS under optimum conditions %

4 結(jié)論

(1)基于垂直均勻磁場(chǎng)—磁介質(zhì)簡(jiǎn)諧振動(dòng)模式,建立了干式振動(dòng)的磁介質(zhì)捕獲模型。礦粒的振動(dòng)慣性力、流體力、摩擦力的大小及方向隨著磁介質(zhì)絲的簡(jiǎn)諧振動(dòng)產(chǎn)生規(guī)律性變化,使得磁介質(zhì)絲與聚集在其表面的礦粒在每個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)均有較大的相對(duì)運(yùn)動(dòng),吸附在磁介質(zhì)上的礦粒在每個(gè)振動(dòng)周期內(nèi),都有產(chǎn)生脫離磁介質(zhì)的趨勢(shì),減少了夾雜和夾帶現(xiàn)象,從而提高了分選選擇性。磁介質(zhì)表面的礦粒群的松散度增加,是振動(dòng)磁介質(zhì)捕獲選擇性提升的主要原因;同時(shí)振動(dòng)也使磁性礦粒的有效捕集點(diǎn)增多,有利于提高對(duì)磁性礦粒的捕收率。

(2)對(duì)李樓鏡鐵礦試驗(yàn)表明,DVS-100 磁選機(jī)具有較好的分選性能,在較高的磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)得到的最大選礦效率大于較低磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大選礦效率,但前者在振動(dòng)次數(shù)較高時(shí)出現(xiàn)。因此,適當(dāng)?shù)靥岣叽鸥袘?yīng)強(qiáng)度和振動(dòng)次數(shù)對(duì)磁性礦粒和連生體或非磁性礦粒的分離是有利的。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度0.6 T,振動(dòng)次數(shù)2 200 次/min 的條件下,選礦效率最大值為26.09%,此時(shí),精礦品位45.28%、尾礦品位9.21%。一方面,干式振動(dòng)高梯度磁選分選指標(biāo)與SLon-100 和SLon-2000 濕式磁選機(jī)的指標(biāo)相近,表明干式振動(dòng)高梯度磁選具有較高的選擇性。另一方面,干式振動(dòng)高梯度磁選采用的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.6 T,低于SLon-100 和SLon-2000 濕式磁選機(jī)的磁感應(yīng)強(qiáng)度(1.0 T),說明DVS-100 磁選機(jī)具有節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

(3)試驗(yàn)結(jié)果為綠色高效分選干旱或缺水地區(qū)的細(xì)粒弱磁性(非)金屬礦產(chǎn)資源提供了新的技術(shù)思路,也為替代現(xiàn)有的濕式高梯度磁選技術(shù)提供了一種潛在的技術(shù)解決方案。