（矿业工程专业论文）slon立环脉动磁选机代替齐选厂筒式扫中磁机工业试验研究.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 s l o n 立环脉动磁选机代替齐选厂 筒式扫中磁机工业试验研究 摘要 针对我国铁矿石资源日益短缺的趋势，为进一步提高铁矿石的利用 率，减少矿石金属流失，在鞍钢集团鞍山矿业公司齐大山选矿厂应用s l o n 立环脉动磁选机代替筒式扫中磁机，以提高铁回收率。 s l o n 立环脉动磁选机在国内马钢、梅山、攀枝花及国外的南非、秘 鲁均有较好的应用情况。本文阐述了鞍钢集团鞍山矿业公司齐大山选矿 厂选矿工艺流程由原来的“阶段磨矿、重一磁一酸性正浮选”、“焙烧、 连续磨矿、磁选一细筛再磨”和“焙烧、连续磨矿、重选一磁选细筛 再磨”三种工艺到目前的“阶段磨矿、粗细分选、重选一磁选一阴离子 反浮选”工艺的革新情况，详细研究了s l o n 立环脉动磁选机的最佳操作 条件，在齐大山选矿的实际应用效果及其工作原理。 通过在齐大山选矿厂对s l o n 立环脉动磁选机代替筒式扫中磁机的工 业试验过程研究，确定了s l o n 立环脉动磁选机最佳工艺条件：冲次4 0 0 次分，冲程2 6 m m ，转环转速3 转分，磁场电流在2 0 0 a 4 0 0 a 之间， 并在此条件下进行了综合工艺条件试验，并进行了设备组合。结果表明， 采用弱磁一立环磁选机代替扫中磁机，作业精矿品位降低o 6 5 ，尾矿 品位降低1 6 4 ，作业回收率提高6 5 2 ，中矿循环量增加5 0 7 6 3 4 ， 不会对二次磨矿分级以及流程产生影响。 经济技术分析表明，如果鞍钢集团鞍山矿业公司齐大山选矿厂一选 车间全面推广应用弱磁一立环磁选机代替扫中磁机，则每年可多产精矿 2 12 3 4 万吨，获利达2 6 7 7 3 万元。 关键词：s l o n 立环脉动磁选机齐大山铁矿 东北大学硕士学位论文摘要 t h e a p p l i c a t i o no f si o nv e r t i c a lr i n ga n d p u l s a t i n gm a g n e t i cse p a r a t o ri nq i d a s h a n c o n c e n t r a t i o np l a n t a bs t r a c t b e c a u s eo ft h et r e n do ft h es h o r t a g eo fi r o n s t o n er e s o u r c e ，i no r d e rt o i n c r e a s ei r o n s t o n e a v a i l a b i l i t y ，d e c r e a s e m e t a l l o s e ， i n q i d a s h a n c o n c e n t r a t o r ，a n s h a nm i n i n gc o m p a n y ，a n s h a ni r o n & s t e e lc o ，u s es l o n v e r t i c a l r i n ga n dp u l s a t i n gm a g n e t i cs e p a r a t o ri n s t e a d o fc y l i n d r i c a l s c a v e n g e rm e d i u m i n t e n s i t ym a g n e t i cs e p a r a t o r st oi m p r o v ei r o nr e c o v e r y s l o nv e r t i c a lr i n ga n dp u l s a t i n gm a g n e t i cs e p a r a t o r h a v e g o o d a p p l i c a t i o n si nd o m e s t i cs u c ha sm a a n s h a n ，m e i s h a na n dp a n z h i h u ai r o n & s t e e lc o a n df o r e i g nf a c t o r ys u c ha ss o u t ha f r i c a ，p e r u v i a na n ds oo n t h e t e x th a se x p a t i a t e dt h a tt h em i l l i n gt e c h n o l o g i c a lf l o w s h e e th a sb e e n c h a n g e df r o mt h ep r i m a r y “s t a g eg r i n d i n g ，g r a v i t y - - m a g n e t i c - - a c i d i t y p o s i t i v e f l o t a t i o n ”，“r o a s t ， s e r i e s g r i n d i n g ，m a g n e t i c - - s i e v e a n d r e g r i n d i n g ”，”r o a s t ，s e r i e sg r i n d i n g ，w e i g h t - - m a g n e t i c - - s i e v ea n dr e g r i n d t ot h e p r e s e n t c r a f t a s “s t a g eg r i n d i n g ，r o u g h f i n e s e p a r a t i n g ， g r a v i t y - - m a g n e t i c - - n e g a t i v ei o na n t i f l o t a t i o n ”i nq i d a s h a nc o n c e n t r a t o r ， a n s h a nm i n i n gc o m p a n y ，a n s h a ni r o n & s t e e lc o ，a n dt h eb e s to p e r a t i o n c o n d i t i o n ，p r a c t i c ea p p l i c a t i o na n dt h eo p e r a t i n gp r i n c i p l eo ft h es l o n v e r t i c a lr i n ga n dp u l s a t i n gm a g n e t i cs e p a r a t o rh a v ea l s ob e e ni n v e s t i g a t e d i nd e t a i l e d b ym e a n so ft h ei n v e s t i g a t i o no ft h ei n d u s t r i c a lt e s to fs l o nv e r t i c a l r i n ga n dp u l s a t i n gm a g n e t i cs e p a r a t o ri n s t e a do fc y l i n d r i c a ls c a v e n g e r m e d i u m i n t e n s i t ym a g n e t i cs e p a r a t o r s ，t h e t e s th a so b t a i n e dt h eb e s t o p e r a t i o nc o n d i t i o no fs l o nv e r t i c a lr i n ga n dp u l s a t i n gm a g n e t i cs e p a r a t o r a sf o l l o w i n g ：f r e q u e n c yo f4 0 0 t m ，s t r o k eo f2 6 m m ，s w i v e lr o t a t es p e e do f 3 r m ， m a g n e t i c c u r r e n to f2 0 0 a - 4 0 0 a m o r e o v e r ， c o m p r e h e n s i v e i i i 东北大学硕士学位论文 摘要 t e c h n o l o g yp r o c e s st e s th a s b e e nc a r r i e db a s e do nt h i sc o n d i t i o n ，a n d e q u i p m e n t a s s e m b l e do f s l o nv e r t i c a l r i n ga n dp u l s a t i n gm a g n e t i c s e p a r a t o r i n s t e a do fc y l i n d r i c a ls c a v e n g e r m e d i u m i n t e n s i t ym a g n e t i c s e p a r a t o r sh a s a l s ob e e nc a r r i e di n q i d a s h a nc o n c e n t r a t o r t h er e s u l t s h o w e dt h a tt h eg r a d eo fc o n c e n t r a t ed e c r e a s e db yo 6 5 ，a n dt h eg r a d eo f t a i l i n gd e c r e a s e db y1 6 4 ，r e c o v e r yi n c r e a s e db y6 5 2 a n dt h em i d d l e m i n ec i r c u l a t i o ni n c r e a s e db y 5 0 7 6 3 4 b yu s eo fl o wi n t e n s i t y m a g n e t i c - - v e r t i c a lr i n gm a g n e t i ci n s t e a do fs c a v e n g e rm e d i u m - i n t e n s i t y m a g n e t i cs e p a r a t o r s ，b u tt h er e g r i n d i n gc l a s s i f i c a t i o nc a n tb ei n f l u e n c e d t h et e c h o e c o n o m i c a n a l y s i s i n d i c a t e dt h a tm o r e21 ，2 3 4t o n c o n c e n t r a t ea n d2 ，6 7 7 ，3 0 0y u a nc a nb eo b t a i n e da n n u a l l yi ft h ea p p l i c a t i o n s o f u s i n g l o wi n t e n s i t ym a g n e t i c - - v e r t i c a lr i n gm a g n e t i ci n s t e a do f c y l i n d r i c a ls c a v e n g e rm a g n e t i cs e p a r a t o r sc a nb ew i d e l ya c c e p t e di nt h e n o 1w o r k s h o pi nq i d a s h a nc o n c e n t r a t o r ，a n s h a nm i n i n gc o m p a n y ，a n s h a n i r o n & s t e e lc o k e yw o r d s ：s l o nv e r t i c a lr i n ga n dp u l s a t i n gm a g n e t i cs e p a r a t o r ； q i d a s h a n ；i r o nd e p o s i t s ； 一i v 独创性l 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论 文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他 人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学 位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：融己 辛 日 期：二s 事8 月 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、 使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机 构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同 意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索、交流。 学位论文作者签名：m ，惫字 日 期：砌f 摹易月 另外，如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否 则视为同意。 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 我国是世界铁矿石资源品质相对较差的国家，矿石具有原矿品位 低、矿物组成复杂、结晶粒度细、结构构造复杂的特点。特别是我国 红铁矿资源比例大、品质更差、相对难选。多年来，经过我国选矿工 作者的不懈努力，红铁矿选矿技术水平得到了长足的发展。目前，我 国红铁矿选矿应用的流程主要有以下五种：一是“阶段磨矿、粗细分 选、重选一磁选一阴离子反浮选”工艺流程，应用的厂家主要有：鞍矿 齐大山选矿厂、鞍矿东鞍山烧结厂、在建的唐钢司家营选矿厂；二是 “连续磨矿、弱磁一强磁一阴离子反浮选”工艺流程，应用的厂家主 要有：鞍钢齐大山铁矿调选分厂、包钢选矿厂；三是“阶段磨矿、粗 细分选、强磁重选一阴离子反浮选 工艺流程，应用的厂家是：在 建的安钢集团舞阳矿业公司红铁矿选矿厂；四是焙烧磁选工艺，应用 的厂家主要是酒钢选矿厂；五是以强磁为主的其它工艺流程，应用的 厂家主要有：姑山选矿厂、梅山选矿厂、酒钢选矿厂等。 鞍钢齐大山选矿厂是我国红铁矿选矿的典型代表。2 0 0 2 年，鞍钢 齐大山选矿厂按照“阶段磨矿、粗细分选、重选一磁选一阴离子反浮 选 工艺对选矿厂进行了改造。改造完成后，选矿技术指标得到了明 显的提高。改造前，其技术指标为：原矿品位2 8 4 9 ，精矿品位6 3 6 0 ， 尾矿品位11 3 6 ，金属回收率7 3 2 0 ；改造后，其技术指标为：原矿 品位2 9 6 0 ，精矿品位6 7 5 9 ，尾矿品位1o 5 6 ，金属回收率8 2 2 4 ， 其精矿品位指标连续三年载入中国企业新纪录，使得鞍钢齐大山选矿 厂红铁矿选矿技术水平跻身世界一流水平。但是，这并不代表齐大山 选矿厂红铁矿选矿技术指标就完美无缺了，实际上仍有提高的潜力。 提高鞍矿齐大山选矿厂红铁矿选矿技术指标的关键在于加强中磁作业 上。鞍矿齐大山选矿厂“阶段磨矿、粗细分选、重选一磁选一阴离子 反浮选”工艺的尾矿由三部分组成，分别为中磁尾、强磁尾、浮尾。 改造完成后，强磁尾、浮尾均在原来的基础上采用新设备，使得强磁 尾、浮尾的技术指标均比原来有了较大提高。但中磁尾在工艺改造中 没有引起重视，常常影响生产技术指标。对中磁选别而言，需要解诀 东北大学硕士学位论文第一章绪论 以下两个问题：一是要解决随矿石变化造成尾矿品位波动，形成金属 流失问题；另外要解决中磁选别作业精矿量波动大对再磨机工作状态 形成不良影响的问题。这就要求新的中磁机必须解决一般筒式磁选机 场强不可调的问题，具有可变场的特点，s l o n 立环脉动磁选机由于具 有上述共同特点而成为新的中磁选的首选设备。并且可以避免扫中磁 机的永磁磁系随时间存在场强衰减问题。 1 1 国内外s l o n 立环脉动磁选机应用情况 s l o n 立环脉动磁选机是我国自主研究开发的性能最好、技术最先 进的强磁选设备，并在国内鞍钢、马钢、宝钢、攀钢、首钢、昆钢、 重钢等重大钢铁基地推广应用，并且出口到南非、秘鲁、美国等国， 解决了诸多赤铁矿、菱铁矿、钛铁矿的选别技术难题，本文重点介绍 s l o n 立环脉动磁选机在姑山铁矿选厂、梅山铁矿选厂、攀枝花选钛厂 和南非秘鲁的应用情况。 1 1 1s l o n 磁选机在马钢姑山铁矿选矿流程中的应用 姑山铁矿是马钢公司主要铁矿石原料基地之一，主要金属矿物为 赤铁矿，矿石硬度大、嵌布粒度细且不均匀，属难选红铁矿。8 0 年代 采用螺旋溜槽和离心选矿机的重选流程，多年来细粒选矿生产指标较 低，如19 88 年细粒选矿生产指标为：入选原矿品位3 7 16 ，精矿品位 55 2 2 ，尾矿品位2 4 4 7 ，铁回收率仅61 3 2 。 为了提高选矿指标，该矿于l9 9 0 年将细粒选矿流程改造为阶段磨 矿、强磁、高梯度全磁选流程，其中采用了4 台s l o n 一15 0 0 立环脉动 高梯度磁选机作为扫选设备。该流程的综合选矿指标为：给矿品位 3 2 4 8 ，精矿品位58 19 ，尾矿品位13 7 6 ，铁回收率7 5 4 9 。与 原重选流程比较，铁精矿品位提高了2 9 7 个百分点，回收率提高了 14 17 个百分点。回收率的提高主要依靠s l o n 一15 0 0 磁选机从s q c 强 磁选机尾矿中回收了一部分原来很难回收的铁精矿。 为了进一步提高铁精矿品位，降低含磷量，解决平环强磁机齿板 堵塞等问题，从l9 9 9 年至2 0 01 年，采用了6 台s 1 0 n 一17 50 立环脉动 高梯度磁选机取代原有的6 台s q c 一6 2 7 0 0 型强磁选机。该机有效 地解决了平环强磁选机磁介质堵塞频繁，维修工作量大的问题，具有 东北大学硕士学位论文第一章绪论 对弱磁性矿物回收率高、精矿品位高的双重优点。 经过多年的生产实践证明：s l o n 型磁选机在姑山选厂应用后，选 矿指标显著提高，年平均综合铁精矿品位由l9 8 8 年的5 5 2 2 提高到 2 0 0 2 年的6 0 ，铁回收率由原来的61 3 2 提高至7 6 59 。在未增加 球磨系统和增容的条件下，细粒铁精矿产量由19 88 年的14 7 4 万吨增 至2 0 0 2 年的38 万吨，选矿成本大幅度下降。 s l o n 型立环脉动高梯度磁选机的全面应用，为姑山赤铁矿选矿生 产指标创历史新高，大幅度降低选矿生产成本和提高市场竞争能力起 到了重要的作用。 1 1 2s i o n 磁选机在梅山铁矿降磷工程中的大规模应用 梅山铁矿属国内大型铁矿床，储量丰富，含铁品位高，是上海梅 山集团公司主要铁矿石原料基地。该矿于2 0 世纪7 0 年代建成年产铁 矿石2 0 0 万吨、年产铁精矿130 万吨的生产能力，其铁精矿用于球团 原料。然而，由于早期生产的铁精矿含磷品位高达0 4 ，致使该矿铁 精矿缺乏市场竞争力，内外销售不畅。 为了解决这一个严重困扰企业发展的问题，梅山铁矿联合科研院 所进行了广泛的研究和试验。由于磁选流程具有选矿指标好、生产成 本低、利于环保、铁精矿易于脱水和生产流程稳定等优点，梅山铁矿 最终采用了磁选流程改造和扩建生产流程，新增5 个降磷系列。自l9 9 6 年至2 0 0 0 年，该矿改造了其第一期2 0 0 万吨生产线并新建了第二期2 0 0 万吨生产线，共有16 台s l o n 一15 0 0 立环脉动高梯度磁选机应用于该流 程中。另有2 台s l o n 一15 0 0 立环脉动高梯度磁选机用于从细粒尾矿中 回收铁精矿。 经过多年的生产实践表明：磁选降磷流程工艺先进，共有16 台s l o n l5 0 0 立环脉动高梯度磁选机应用于该流程中。另有2 台s l o n 一15 0 0 立环脉动高梯度磁选机用于从细粒尾矿中回收铁精矿。 经过多年的生产实践表明：磁选降磷流程工艺先进，铁精矿质量 大幅度提高。铁精矿品位从5 2 提高至5 9 ，含磷从0 4 降至0 2 5 以下。目前，梅山铁矿年处理铁矿石4 0 0 万吨，年产铁精矿2 6 0 万吨， 铁精矿销售状况良好。 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 3磁选机在攀枝花选钛厂用于回收细粒钛铁矿 攀枝花是我国最大的钛铁矿产地，攀钢( 集团) 矿业公司选钛厂 是一座大型原生钛铁矿选厂，入选原料( 原矿) 为选铁厂所排出的磁 选尾矿口原来生产上采用重选一浮选一电选工艺流程，回收粗粒级( + 0 1m m ) ，细粒级( 一0 1 + 0 0 4 5 m m ) 两级别钛铁矿，而对产率和t i 0 2 金属量均占入选原料4 5 的一o 0 4 5 m m 微细粒级钛铁矿难于回收而直接 丢弃，导致其全厂钛回收率仅有17 2 0 。 为了提高选钛回收率，19 9 7 年至2 0 01 年该厂建成了磁浮流程分选 0 0 4 5 m m 粒级的钛铁矿。6 台s l o n 一15 0 0 立环脉动高梯度磁选机用于 粗选作业，然后用浮选精选。磁浮流程的综合选矿指标为：给矿品位 t i 0 210 12 ，钛精矿品位t i 0 2 4 7 5 的细粒钛精矿。t i 0 2 的综合回 收率提高了10 12 个百分点。 由于经济效益显著，2 0 0 3 年攀枝花钛业公司又订购了5 台s l o n l5 0 0 立环脉动高梯度磁选机，建设一座设计规模为年产6 万吨微细粒 级钛精矿的新车间。 1 1 4s l o n 磁选机在国外的应用 ( 1 ) s l o n 磁选机在南非的应用 19 9 3 年，s l o n 磁选机在澳大利亚举行的第十八届国际选矿设备展 览会上参展，引起了国际选矿界的关注。南非红河勘探采矿公司于同 年7 月租用一台s l o n 一10 0 磁选机在南非开展第一阶段半工业试验。半 工业化试验平均指标为：对t i 0 2 品位2 3 5 0 、f e 2 0 3 品位6 0 4 0 的原 矿，采用阶段磨矿、阶段选别的全磁选流程，可获得t i 0 2 品位为4 2 35 的合格综合钛精矿和f e 2 0 3 品位为8 4 0 0 的合格铁精矿，其他杂质含 量极低，是冶炼的优质原料。该公司于l9 9 5 年1 1 月购买了2 台s l o n 一12 0 0 磁选机，这是我国强磁选设备首次出口国外。 ( 2 ) s l o n 磁选机在秘鲁的应用【4 】 秘鲁铁矿位于南纬15 度、西经7 5 度，秘鲁共和国境内的马尔科 纳地区。属古生代寒武纪地层，岩深达3 o o 50 0 米，蕴含着品位高达 5 0 以上的富铁矿，目前已探明的地质储量为14 3 亿吨。矿石的成分 以磁铁矿为主，岩体表层多为氧化型赤铁矿。 一4 一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 秘鲁铁矿早期由美国人经营，当时岩体表层的氧化块矿品位较高， 无需选矿装船外运，品位较低的氧化矿从表层剥离后在采场堆积。近 年来随着产量的不断提高，露天开采的规模也越来越大，氧化矿的大 量堆积不但造成资源的巨大浪费，而且影响到原生矿的进一步开采。 采场的供矿危机曰益突出：一方面原生矿的开采不能满足选矿的需求， 另一方面堆积如山的氧化矿无法分选。 2 0 0 2 年初，秘鲁铁矿与中方合作探索以s l o n 立环脉动高梯度磁选 机为主体设备氧化矿处理方案。经双方研究决定采用如下流程：原矿 ( 氧化矿、过渡矿) 由棒磨机与旋流器闭路磨矿，旋流器溢流进入弱 磁粗选，两段弱磁尾矿经两段磨矿分级至。3 2 5 目占4 0 ，然后进s l 一 咖14 2 0 150 0 圆筒筛除渣，筛下进入s 1 0 n 一17 5 0 立环脉动高梯度磁选机 选别，其精矿与弱磁精矿合并进入第三段旋流器与球磨机闭路磨矿。 细磨至3 2 5 目占6 5 后混合精矿进入浮选作业脱硫，其精矿为最终精 矿。s l o n 17 50 立环脉动高梯度磁选机和浮选尾矿为最终尾矿。 该氧化矿流程精矿产品用于生产高炉球团，产品质量满足生产球 团的要求。与原生矿的精矿相比，氧化矿流程的精矿略低，但用于生 产高炉球团时可以少加石英，石英添加量由4 0 9 降到2 5 ，而高炉 球团的铁品位和s i 0 2 均无明显变化，该流程不但有效处理了氧化矿， 而且减少石英开采、运输、破碎、磨矿等费用。 生产时原矿的含硫量( 1 5 2 ) 远高于试验时的取样( 0 6 5 ) ，但 最终精矿的含硫量还是控制在要求的0 4 以下。就单一磁选段而言， 脱硫达到61 3 ，这就大大减轻了浮选作业的压力，虽然精矿中的硫大 部分会在球团作业中出去，但同时产生的二氧化硫会给大气环境造成 污染，这在当地是不允许的，所以磁选作业脱硫对保护环境意义重大。 造球试验表明，采用氧化矿生产的球团抗压强度有所提高，同时 粉末率下降。高抗压强度的球团在高炉中有较好的透气性，有利于冶 炼。 s l o n 立环脉动高梯度磁选机在现场连续运行表明，该设备具有性 能稳定、作业率高、维护简单等特点，其优异的设备性能得到现场技 术人员的普遍认可。 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 2 齐大山选矿厂选矿工艺流程进展及现状 齐大山选矿厂改造前有两个选矿车间，即一选车间和二选车间。 一选车间所采用的工艺流程为“阶段磨矿、重一磁一酸性正浮选”工艺， 技术指标为全铁原矿品位2 8 4 9 ，精矿品位6 3 6 0 ，尾矿品位1 1 36 ， 金属回收率7 3 2 0 。二选车间的工艺流程由两部分组成，一部分为“焙 烧、连续磨矿、磁选一细筛再磨”工艺，一部分为“焙烧、连续磨矿、 重选一磁选一细筛再磨 工艺。这两种工艺的精矿合并给入脱水槽，脱 水槽底流为最终精矿。车间技术指标为原矿品位2 9 2 6 ，精矿品位 6 3 2 6 ，尾矿品位1o 4 4 ，金属回收率7 7 0 3 。其改造前流程如下： 原矿。 图1 1 齐大山选矿厂一选车间工艺流程图 尾矿 f i g 1 1c r a f tf l o w f e e to fn o 1w o r k s h o pi nq i d a s h a nc o n c e n t r a t o r 一6 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 精矿 综尾环水 圈1 2 齐大山选矿厂二选车间工艺流程图 f i g 1 2c r a f tf l o w f e e to fn o 2w o r k s h o pi nq i d a s h a nc o n c e n t r a t o r 从以上流程的指标看，齐大山选矿厂这一选矿技术指标，明显偏 低。为了切实提高齐大山选矿厂选矿技术指标，从19 9 8 年开始，鞍钢 集团鞍山矿业公司组织科技人员进行了大规模的选矿技术攻关，在先 后进行了小型试验、单系统试验、半场工业试验的基础上，最终确定 了“阶段磨矿、粗细分选、重选一磁选一阴离子反浮选 工艺流程为齐 大山选矿厂选矿工艺流程，并按此进行了全厂工艺技术改造。2 0 0 4 年 一7 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 底改造后选矿技术指标为原矿品位2 9 6 0 ，精矿品位6 7 59 ，尾矿品 位10 56 ，工艺流程见图1 3 。 原矿 综精 综尾 图1 3 齐大山选矿厂红矿选别工艺流程图 f i g 1 3c r a f tf l o w f e e to f h e m a t i t ec o n c e n t r a t i o ni nq i d a s h a nc o n c e n t r a t o r “阶段磨矿、粗细分选、重选一磁选一阴离子反浮选”工艺流程的 应用，大大地提高了齐大山选矿厂技术指标。但是，从整个工艺流程 结构上看：其工艺流程还有不尽合理的地方，主要是中磁机选别指标 要随矿石变化造成尾矿品位波动，形成金属流失的问题；同时，中磁 选别作业精矿量波动大对再磨机工作状态形成不良影响的问题也是亟 待解决的问题。因此，新的中磁机必须解决一般筒式磁选机场强不可 东北大学硕士学位论文第一章绪论 调的问题，具有可变场的特点。 磁选机的结构及工作原理上看， 矿改造后上述问题的首选设备。 1 3选题的意义 从目前市场应用调查及s l o n 立环脉动 s l o n 立环脉动磁选机是解决齐大山选 随着我国经济的高速发展，国内对铁矿石的需求量越来越大。近 些年来，铁矿石进口连年大幅度增长，2 0 0 0 年为6 9 9 7 万吨，2 0 0 2 年 为1 1 亿吨，2 0 0 3 年为1 4 8 亿吨，2 0 0 4 年达到了2 0 8 亿吨。进口矿金 属量已占金属总量5 0 以上，我国已经成为世界最大的矿石消费国和 进口国。中国对矿石的需求量在一定程度上决定着国际市场的铁矿石 价格。也正因为此，近些年来，我国对矿石需求量的剧增在一定程度 上引发了世界范围内的铁矿石价格暴涨，造成了国家外汇的大量的流 失。在这种情况下，如何通过工艺流程改进利用好国内的现有资源， 对有效抑制铁矿石价格的上涨，推进我国国民经济持续、健康、协调 发展，显得十分重要的。目前，我国是世界红铁矿资源最为丰富的国 家之一，但大多数红铁矿可选性较差。因此，依靠科技进步提高我国 铁矿石利用率，显得十分重要。鞍矿齐大山选矿厂“阶段磨矿、粗细 分选、重选一磁选一阴离子反浮选”工艺改造完成后，精矿品位6 7 59 的指标已被载入中国企业新纪录，但尾矿品位偏高。采用s 1 0 n 立环脉 动磁选机代替齐选厂筒式扫中磁机研究课题正是为解决齐选厂尾矿品 位高的问题而提出的，针对性强，对提高齐选厂铁回收率具有重要的 j e 己、， 思义o 1 4课题的研究内容 本课题的主要研究内容如下： ( 1 ) s l o n 立环脉动磁选机的工作原理； ( 2 ) s l o n 立环脉动磁选机冲次、转环转速、冲程、处理量、背景场 强等条件试验及综合工艺条件试验； ( 3 ) s l o n 立环脉动磁选机代替齐选厂筒式扫中磁机的工业试验结 果和经济效益分析。 一9 一 东北大学硕士学位论文 第二章s l o n 立环脉动磁选机的结构及工作原理 第二章 slo n 立环脉动磁选机的结构及 工作原理 2 1s l o n 立环脉动磁选机的结构【6 】 为满足工业应用的需要，赣州有色金属研究所研制开发了多种型 号规格的立环脉动高梯度磁选机，并已成功地在国内外十几个矿山企 业应用于分选赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等矿物。 图2 1 slo n 立环脉动高梯度磁选机结构图 f i g2 1 s t r u c t u r a lc h a r to fs l o nv e r t i c a lr i n ga n dp u l s a t i n gm a g n e t i cs e p a r a t o r 1 脉动机构2 激磁线圈3 铁轭4 转环 5 给矿斗6 漂洗水斗 7 精矿冲洗装置8 精矿斗9 中矿斗1 0 尾矿斗11 液位斗12 转环驱动机构 13 机架 f 一给矿w 一清水c 一精矿m 一中矿t 一尾矿 s l o n 型立环脉动高梯度磁选机结构见图2 1 ，它主要由脉动机构、 激磁线圈、铁轭、转环和各种矿斗、水斗组成。用导磁不锈钢制成的 钢板网或圆棒作磁介质。 2 2s l o n 立环脉动磁选机的工作原理 激磁线圈通以直流电，在分选区的磁介质表面产生非均匀磁场即 高梯度磁场；转环作顺时针旋转，将磁介质不断送入和运出分选区； 矿浆从给矿斗给入，沿上铁轭缝隙流经转环。矿浆中的磁性颗粒吸附 在磁介质棒表面上，被转环带至顶部无磁场区，被冲洗水冲入精矿斗， 非磁性颗粒在重力、脉动流体力的作用下穿过磁介质堆，与磁性颗粒 东北大学硕士学位论文第二章s l o n 立环脉动磁选机的结构及工作原理 分离。然后沿下铁轭缝隙流入尾矿斗排走。 该机的转环采用立式旋转方式，对于每一组磁介质而言，冲洗磁 性精矿的方向与给矿方向相反，粗颗粒不必穿过磁介质堆便可冲洗出 来。该机的脉动机构驱动矿浆产生脉动，可使位于分选区磁介质堆中 的矿粒群保持松散状态，使磁性矿粒更容易被捕收，使非磁性矿粒尽 快穿过磁介质堆进入到尾矿中去。 显然，反冲精矿和矿浆脉动可防止磁介质堵塞；脉动分选可提高 磁性精矿的质量。这些措施保证了该机具有较大的富集比、较高的分 选效率和较强的适应能力。 s l o n 系列立环脉动高梯度磁选机主要技术参数见表2 1 。 表2 1 slo i l 磁选机主要技术参数 t a b l e2 1m a i nt e c h n i c a lp a r a m e t e ro fs l o nm a g n e t i cs e p a r a t o r 机型s l o n 2 0 0 0 s l o n 1 5 0 0s l o n 1 0 0 0 转环外径( m m ) 2 0 0 015 0 010 0 0 背景场强( t ) 0 1 00 1 o0 0 1 激磁功率( k w ) 0 8 20 4 40 。2 6 转动电机( k w ) 5 5 + 7 53 + 41 1 + 2 2 功耗( k w h t ，矿) o 2 1 90 3 。2 6o 5 7 3 脉动冲程( m m ) o 2 00 2 00 2 0 脉动冲次( 次分) o 3 0 0o 3 0 00 3 0 0 给矿粒度( m m ) o 2 o0 1 3o 1 0 给矿浓度( ) 1 0 4 51 0 4 51 0 4 5 矿浆通过能力( m 3 h ) 1 0 0 2 0 05 0 1 0 010 2 0 干矿处理量( t h ) 5 0 8 02 0 3 54 7 主机重量( t ) 5 02 06 2 3s l o n 立环脉动磁选机的磁选原理 2 3 1 脉动高梯度磁选机磁选过程的松散原理 在脉动高梯度磁选过程中，当脉动机构工作时，脉动能量从下磁 极头的通孔传入到分选区，驱使分选区矿浆产生脉动。矿浆的脉动速 查! ! 垄字硕士学位论文 第二章s l o n 立环脉动磁选机的结构及工作原理 度、最大脉动速度和平均脉动速度分别为： v ：三j ( - 0s i n 缈， = 一s 2 v 一2 互彻 矿= 去f 2 ”卜枷n 国rpc 州= 等 式中：s 一选矿区有效脉动冲程； 一脉动波的角速度； r 时间变量。 矿浆的实际流速为给矿速度v o 和脉动速度的迭加： v ：v 。+ 矿：v 。+ i is 国s i n 国f ：v 。+ 矿m 缸s i n 国f v2 v 。+ v2 v 。+ 虿s 国s 国2v 。+ 矿m 缸s国 脉动矿浆的加速度、最大加速度和平均加速度分别为： a = 一s 国c o scoti ， a 删2i s 彩 万= 去1 2 ”卜矶r 卜吵等 当 m “) 讥，一个脉动周期内矿浆实际流速如图2 2 所示： ( 2 1 ) ( 2 2 ) ( 2 3 ) ( 2 4 ) ( 2 5 ) ( 2 6 ) ( 2 7 ) 图2 2 矿浆在选矿区的流速 f i g 2 2f l o wr a t eo fo r ep u l pi nc o n c e n t r a t o r 图中水平轴c o t 下方的阴影部分表示矿浆的实际流速与给矿方向相 反，此时流体对停留在磁介质上方的矿粒产生一个反向推力，使图2 3 所示被截住的非磁性矿粒脱离约束状态而进入尾矿。 东北大学硕士学位论文第二章s l o n 立环脉动磁选机的结构及工作原理 碣i 疏 li l l 豁 图2 3 非磁性矿粒夹杂的形成 f i g 2 3t h ef o r m a t i o no fn o n m a g n e t i co r ep a r t i c l ei n c l u s i o n 1 磁介质2 磁性矿粒3 非磁性矿粒 如矿浆从上至下流动时( 图2 3 ) ，当v m a x s v o 或给矿方向不变时， 部分脉石会被其他矿粒或介质丝架住，因流体力r 方向朝下，故这些 脉石不能脱离，导致精矿品位下降，严重时还会堵塞磁介质。当v m a x ) v o 时，分选区的矿浆不断变换流速方向，可有效降低介质中非磁性矿粒 的机械夹杂，反向脉动力的存在能产生一个松散力，使非磁性矿有更 多的机会进入尾矿，从而提高磁性精矿的品位，避免堵塞。 酶ll 竭 龟。龟。噶 | j 密 ( a ) 无脉动( b ) 有脉动 图2 4 无脉动和有脉动时矿粒穿过磁介质的轨迹 f i g 2 4t r a c eo fo r ep a r t i c l ep a s sm a g n e t i cm e d i u mw h i l ep u l s ea n dp u l s e l e s s 图2 4 a 和图2 4 b 分别为无脉动和有脉动时矿粒穿过磁介质堆的运 动轨迹。设磁介质整齐地排列成n o 层，其总高度为l o ，层与层间距为 l ；设矿粒从c l 点进入磁介质堆，然后从c 2 点出来，为了直观起见， 图2 4 b 中有意将矿粒的出点错开至c 2 点，尽管其实际出点可能是c 2 ”一 东北大学硕士学位论文第二章s l o n 立环脉动磁选机的结构l l _ t - 作原理 点。显然无脉动时矿粒穿过磁介质层的次数就等于磁介质的实际层数， 且矿粒只可能从上至下穿过磁介质层，即 门：挖。：生 。缸 ( 2 8 ) 式中：n 一矿粒穿过磁介质的次数，以下简称穿过次数。 当有脉动时，只要满足v 一 “，矿浆便不断地改变流动方向，时而 从上至下，时而从下至上，脉动使矿粒可能不止一次地穿过每一层磁 介质，即矿粒的穿过次数可能比无脉动时高。矿粒的穿过次数与它在 垂直方向上的行程成正比，由图2 2 所示，设速度曲线与横坐标轴两个 交点位置分别为( r e + a 0 ) 和( 2 n t x o ) ，则矿粒在一个脉动周期t 内的行 程为 三，= j c ri v 。+ 矿。s i n ( 国f ) 肛 v o 丁 斗；n 毒十 当v o 为常数时，无论有无脉动， ，矿m “ v o ，vm a xv o ( 2 9 ) 矿粒经过磁介质堆的时间都是： f = 三。v 。 ( 2 10 ) 当脉动冲次为n 次分时，在t 时间内的脉动次数为 ：盟出：笪：生 6 0 丁t v 。 ( 2 11 ) 由式( 2 。9 ) 和式( 2 10 ) 得到矿粒穿过磁介质堆的垂直行程为 三= 厂三r2 t 吾三。 砌c s 访亏差d _ + 将上式两边均除以l ，得矿粒的穿过次数为： 州删n 毒+ ( 2 1 2 ) ， m 。v o ，1 m “ v o ( 2 13 ) 饰 宅蓦 敬 1j 东北大学硕士学位论文第二章s l o n 立环脉动磁选机的结构及工作原理 根据式( 2 13 ) ，可计算出矿粒穿过磁介质层的机率( 见表2 2 ) ， 从表2 2 可知，矿粒穿过磁介质层的次数随脉动速度的增大而增大。 表2 2矿粒穿过次数与脉动速度对比结果 t a b l e2 2p a s st i m eo fo r ep a r t i c l ea n dc o n t r a s to fp u l s a t i o nv e l o c i t y 。 os l 2345678 n n o 111 42 02 63 33 94 55 1 2 3 2穿过次数对回收率的影响 设磁性矿粒通过单层磁介质的被捕歌的概翠为p ，则它n 次穿越磁 介质被捕获的概率为 尸= 1 一( 1 一p ) ” ( 2 14 ) 当n 较大时，( 1 一p 广e x p ( 一p n ) ，代入上式得 尸= 1 一e x p ( 一p n ) ( 2 15 ) 设磁性矿粒的理论最高回收率为e m a x ，则实际回收率为 占= 占p2 【1 一e x p ( 一p 船) 】 ( 2 1 6 ) 2 3 3脉动对单层捕获概率的影响 矿粒逋越磁介质被捕获的概翠近似地与磁力和竞争力之比值成正 比。 p ：尼益 疋 ( 2 17 ) 式中k 为与分选设备有关的比例常数，f m 为磁力，f c 为竞争力。 f c 为流体力、重力和惯性力之和。假定各力的作用方向一致，则 有： f c = f d - - - e + f g q - f a ( 2 18 ) 式中： f d 一给矿速度对矿粒产生的粘滞力，乃= 6 n r l b v 。； 瓦一脉动对矿粒产生的平均粘滞力，巳26 e r r l 6 矿= 6 r l 如彩； f g - - ( gm 在r v , c z 上的重力( 忽略浮力) ，2 孵； 东北大学硕士学位论文第二章s l o n 立环脉动磁选机的结构j 虽m - 作原理 f 。一脉动加速度使矿粒产生的平均惯性力，冗= 聊瓦= ( m l ，r ) s c 0 2 。 将以上各式代入式( 2 18 ) ，且国= 2 x n 6 0 ，得： e = ( 6 研b v o + m g ) + 詈删+ 孟删2 = 墨竭跏蝎删 ( 2 1 9 ) 其中，b ，m ，t 1 分别为矿粒半径，矿粒质量和矿浆粘性系数，k 1 ， k 2 ，k 3 分别为常数项。 从上式易知，f c 是冲程s 的一次函数，是冲次n 的二次函数，可 见当n 较大时，f c 随n 增加的速率是很大的。 综上得到回收率的公式为： 一1 - e x p ( 一瓯别 亿2 。， 2 3 4冲程冲次对磁性精矿品位的影响 冲程冲次对磁性精矿品位的影响可用o b e r t e u f f e r 导出的磁性物纯 g 。= “每 2 ， 式中：g