（矿物加工工程专业论文）永磁盘式强磁选机磁系数值分析及选别试验研究.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而 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 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：刻尘i 圭盘、日期：鑫吐：丝：兰， 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规 定，即学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借 阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印 或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：学聊躲牡日期一， 武汉理工大学硕士学位论文 摘要 近年来，磁选机不仅广泛应用于黑色金属，有色金属和稀有金属矿物的分 选，还可用于净化废水、非金属矿物除杂、生物医学等领域，磁选技术应用领 域的拓展为磁选设备的研发提供了更多的研究课题。高性能稀土永磁材料的研 发及其应用，为永磁强磁磁系的设计提供了优质原料，促进了永磁强磁选机的 发展。 我国矿产资源丰富，但大多数品位偏低；个别工业领域对精矿品位要求越 来越高。因此在不断提高选矿技术水平的基础上，开发研究高效节能的永磁强 磁磁选机，对加大难选矿产资源开发利用和精矿品位的提高具有十分重要的意 义。 本课题结合永磁强磁磁选机的设计和制造经验，用最新的磁选理论作指导， 采用数学建模、m a t l a b 数值分析等方法达到对强磁场永磁磁选机优化设计及试验 技术攻关研究。设计出磁场强度高、磁性能稳定、结构合理、体积小、重量轻、 操作简单易行、安装维修方便的新型永磁强磁磁选机。 本文包括五部分。第一部分是选题的背景、意义，研究内容与方法；第二 部分分析了磁选机的磁系结构及磁选的基本原理，主要包括磁选过程及磁分离 的基本条件、磁场的物理概念、矿物的磁化、磁化强度、磁化系数和回收磁性 颗粒需要的磁力计算及其应用条件。第三部分首先对永磁材料及其磁系材料选 择原则进行分析，确定磁系材料，进而确定永磁盘式强磁选机的结构，建立分 选空问磁场强度数学模型 t o 4 5 ( s - 4 y ) 2 h ，= ( - o 0 0 0 7 3 3 3 f l l o 7 0 4 。+ o 0 0 2 8 4 7 7 8 3 + 2 7 3 3 9 ) h o e s 3 并采用m a t l a b 软件进行数值分析，选取最优条件，确定永磁盘式强磁选机结构 参数。并制造出结构合理的永磁髓式强磁选机。第口q 部分通过对钾长石的除铁 试验研究表明，该新型磁选机对非会属除铁效果显著，经选别后的精矿指标较 好，钾长石中f e 2 0 3 含量由0 5 2 下降到0 1 7 ，达到了工业生产中对钾长石精 矿铁含量的要求( 工业要求钾长石中铁含量低于0 3 ) ，验证了该永磁强磁选 武汉理工大学硕士学位论文 机的结构的合理性。第五部分是全文总结和研究展望。 关键词：永磁盘式强磁选机；磁系；数值分析；钾长石 武汉理工大学硕士学位论文 a bs t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，m a g n e t i cs e p a r a t o r sw e r en o to n l ya p p l i e di nb l a c km e t a l ， n o n f e r r o u sm e t a la n dr a r em e t a lm i n e r a ls e p a r a t i o n ，b u ta l s oi np u r i f y i n gt h e w a s t e w a t e r , n o n m e t a l m i n e r a l r e m o v i n g i m p u r i t y , b i o m e d i c a l f i e l d s t h e d e v e l o p m e n t i n a p p l i c a t i o no fm a g n e t i cs e p a r a t i o nt e c h n o l o g yp r o v i d e d m o r e r e s e a r c h t o p i c f o r m a g n e t i cs e p a r a t i o ne q u i p m e n tr e s e a r c h t h e r e s e a r c ho n h i 曲一p e r f o r m a n c e r a r ee a r t h p e r m a n e n tm a g n e t i cm a t e r i a l a n di t s a p p l i c a t i o n p r o v i d e dh i g hq u a l i t y r a wm a t e r i a l sf o r p e r m a n e n tm a g n e ts t r o n gm a g n e t i c d e p a r t m e n td e s i g na n dp r o m o t e di t sd e v e l o p m e n t a l t h o u g ho u rc o u n t r yh a sr i c hm i n e r a lr e s o u r c e s ，m o s ta r eo fs l i g h t l yl o w e r g r a d e a ss o m ei n d u s t r i a l f i e l d sd e m a n dh i g h e ro fi t sq u a l i t y , t od e v e l o pm o r e e f f i c i e n tp e r m a n e n tm a g n e ts t r o n gm a g n e t i cs e p a r a t o r so nt h eb a s i so fc o n s t a n tr i s ei n t h el e v e lo fm i n ec h o o s i n gt e c h n o l o g yi sv e r ys i g n i f i c a n ti nu t i l i z i n ga n dd e v e l o p i n g t h eh a r d t o b e n e f i c i a t em i n e r a lr e s o u r c e sa n dr a i s i n gt h em i n e r a lg r a d e a s s o c i a t e dw i t ht h ed e s i g na n dm a n u f a c t u r i n ge x p e r i e n c eo fp e r m a n e n tm a g n e t ， a n dg u i d e db yt h el a t e s t m a g n e t i cs e p a r a t i o nt h e o r y , t h i ss u b j e c t s t u d i e do n o p t i m i z a t i o nd e s i g n a n dt e s t t e c h n o l o g yr e s e a r c h o ft h ep e r m a n e n tm a g n e t i c s e p a r a t o r si ns t r o n gm a g n e t i cf i e l db yu s i n gm a t h e m a t i c a lm o d e l i n ga n dm a t l a b n u m e r i c a la n a l y s i sm e t h o d s t h a n k st ot h es t u d y , t h en e wp e r m a n e n tm a g n e ts t r o n g m a g n e t i cs e p a r a t o r sc a n b eo fh i g hi n t e n s i t y , s t a b l em a g n e t i s m ，r e a s o n a b l es t r u c t u r e ， s m a l lv o l u m e ，l i g h tw e i g h t ，s i m p l eo p e r a t i o na n de a s yi n s t a l l a t i o n t h i sp a p e rc a nb ed i v i d e di n t of i v ep a r t s t h ef i r s tp a r ti sa b o u tt h eb a c k g r o u n d ， s i g n i f i c a n c e ，r e s e a r c hc o n t e n ta n dm e t h o d so ft h es t u d y t h es e c o n dp a r ta n a l y z e s m a g n e t i cs t r u c t u r eo f t h em a g n e t i cs e p a r a t o ra n dt h eb a s i cp r i n c i p l eo ft h em a g n e t i c s e p a r a t i o n t h ep a r tm a i n l yi n c l u d e sp r o c e s s a n db a s i cc o n d i t i o n so fm a g n e t i c s e p a r a t i o n ，c o e f f i c i e n to fm a g n e t i z a t i o n ，m a g n e t i cf o r c ec a l c u l a t i o na n da p p l i c a t i o n c o n d i t i o n so fr e c y c l i n gm a g n e t i cp a r t i c l e s t h et h i r dp a r tf i r s ta n a l y z e st h ep e r m a n e n t o 武汉理工大学硕士学位论文 m a g n e t i cm a t e r i a l s a n ds e l e c t i o np r i n c i p l eo fm a g n e t i cm a t e r i a l s a sm a g n e t i c m a t e r i a lw a sc h o s e n ，t h es t r u c t u r eo fp e r m a n e n tm a g n e t i cd i s cs t r o n gm a g n e t i c s e p a r a t o r sc a nb ed e c i d e d e s t a b l i s h i n gd i s t i n g u i s h i n gs p a c em a g n e t i cf i e l di n t e n s i t y m a t h e m a t i c a lm o d e l ， n y = ( - 0 0 0 0 7 3 3 3 皿o 7 0 4 l s + 0 0 0 2 8 4 7 7 8 + 2 7 3 3 9 ) h 。e 0 4 5 ( s s 4 y ) 2 u s i n gm a t l a bs o f t w a r en u m e r i ca n a l y s i s ，s e l e c t i n gt h eo p t i m u mc o n d i t i o n ，t h e p e r m a n e n tm a g n e t i cd i s cs t r o n gm a g n e t i cs e p a r a t o r s s t r u c t u r a lp a r a m e t e r sc a nb e d e t e r m i n e d t h e np e r m a n e n tm a g n e t i cd i s cs t r o n gm a g n e t i cs e p a r a t o r so fr e a s o n a b l e s t r u c t u r ec a nb ec r e a t e d i nt h ef o u r t hp a r t ，t h en e wm a g n e t i cs e p a r a t o r sw e r ep r o v e d t ob es i g n i f i c a n t l ye f f e c t i v ei nr e m o v i n gi r o ni nn o n m e t a lm a t e r i a l st h r o u g ht h e r e s e a r c ho ni r o nr e m o v i n ga b i l i t yo fp o t a s hf e l d s p a r t h ec o n c e n t r a t ei n d e xw a s b e t t e ra f t e rt h em a g n e t i cs e p a r a t i o n t h ea m o u n to ff e 2 0 3i np o t a s hf e l d s p a r d e c r e a s e df r o mo 5 2 t oo 17 ，w h i c hr e a c h e dt h er e q u i r e m e n to ft h ea m o u n to ft h e i r o no r ec o n c e n t r a t ei np o t a s hf e l d s p a rd e m a n d e db yt h ei n d u s t r i a lp r o d u c t i o n ( t h e a m o u n to fi r o ni np o t a s hf e l d s p a rs h o u l db eb e l o wo 3 i ni n d u s t r y ) t h es t u d ya l s o p r o v e dt h a tt h es t r u c t u r eo ft h ep e r m a n e n tm a g n e ts t r o n gm a g n e t i cs e p a r a t o r sw a s r e a s o n a b l e t h ef i f t hp a r ti st h ec o n c l u s i o na n dp r o s p e c to ft h er e s e a r c h k e yw o r d s ：h i g hi n t e n s i t yp e r m a n e n td i s ct y p em a g n e t i cs e p a r a t o r ；m a g n e t i c s y s t e m ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；p o t a s hf e l d s p a r i v 武汉理工大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第1 章文献综述1 1 1 引言1 1 2 国内外磁选机发展及研究现状1 1 2 1 国内磁选机发展及研究现状2 1 2 2 国外磁选机发展及研究现状j 6 1 2 3 国内外磁选机发展方向。8 1 3 论文研究的目的和意义9 1 4 论文主要研究内容与方法1 0 1 4 1 研究内容10 1 4 2 研究方法l o 1 5 本章小结l o 第2 章磁选机的磁系结构及其工作原理1 2 2 1 磁选机的分类与磁系特点1 2 2 1 1 磁选机分类12 2 1 2 磁选机的磁系特点_ 13 2 2 磁选的基本原理1 6 2 2 1 磁选过程及磁分离的基本条件1 6 2 2 2 磁场的物理概念19 2 2 3 矿物的磁化、磁化强度和磁化系数2 1 2 2 4 磁感应强度概念2 5 2 2 5 均匀磁场、不均匀磁场和磁场梯度2 7 2 2 6 回收磁性颗粒需要的磁力计算及其应用条件2 9 2 3 本章小结。3 2 v 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章永磁盘式强磁选机的设计与磁系磁场数值分析3 3 3 1 磁性材料特性及其磁选机磁系材料的选用3 3 3 1 1 永磁材料的特性及其分类3 3 3 1 2 永磁盘式强磁选机磁性材料的选择3 7 3 2 永磁盘式强磁选机结构设计3 8 3 2 1 磁选机的整体结构3 8 3 2 2 磁选机分选原理3 9 3 2 3 磁选机的磁系结构3 9 3 3 永磁盘式强磁选机磁系分析4 0 3 3 1 永磁盘式强磁选机磁场强度数学模型的建立4 1 3 3 2 基于m a t l a b 的永磁盘式强磁选机磁系的数值分析4 2 3 3 3 永磁盘式强磁选机结构参数的确定4 6 3 4 本章小结4 7 第4 章永磁盘式强磁选机选别试验研究4 8 4 1 矿样制备4 8 4 2 矿样性质4 8 4 3 钾长石除铁试验4 9 4 3 1 磨矿细度试验5 0 4 3 2 磁选场强条件试验5 3 4 3 3 分选因素正交试验：5 6 4 3 4 验证试验6 0 4 4 本章小结6 0 第5 章结论与展望6 2 5 1 结论6 2 5 2 展望6 2 致驸6 4 参考文献6 5 附录在读期问发表论文及参加科研情况6 9 v i 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 引言 第1 章文献综述 铁是世界上用量最多的金属，钢铁工业在各国的国民经济中占有重要地位， 因此充分有效地开发利用铁矿石资源，为我国钢铁工业持续稳定的发展提供稳 定、足量、优质的铁矿原料是我国钢铁工业持续发展的重要保障。我国铁矿石 资源大部分是贫矿，嵌布粒度细，复杂难选矿多。含铁5 0 以上的富矿只占5 7 ， 贫矿占9 4 3 ，贫磁铁矿必须经过选矿后才能冶炼，随着社会的发展和科学技术 的不断进步，非金属矿在国民经济中的应用越来越广泛，对非金属矿材料的需 求量越来越大，非金属矿的质量要求也越来越耐1 1 。对大多数非余属矿产品而言， 含铁杂质是其最主要同时也是最有害的杂质成份。在一些行业如玻璃、陶瓷原 料、耐火材料等应用领域，对矿物原料进行除铁降杂已成为必须的工艺要求。 磁选是在不均匀磁场中利用矿物之间的磁性差异而使不同矿物实现分离的 一种选矿方法。磁选法广泛地应用于黑色金属矿石的选别、有色和稀有金属矿 石的精选、重介质选矿中介质的回收、非金属矿物原料中除铁和排出铁物保护 破碎机与其他设备，从冶炼生产的钢渣中回收废钢以及从生产和生活污水中除 去污染物等。 在磁选工艺比较成熟的基础上，磁选设备对选矿指标的影响甚为明显。因 此改进磁选设备是非常重要的，近年来，随着第三代高磁性能永磁材料钕铁硼 技术的进步，推动了永磁选矿设备技术性能的发展，永磁烈磁选机广泛应用二f 弱磁矿物的分选和非金属矿除铁，具有磁场强度高、节能降耗、除铁效果好等 优点，对当f j ，j 工业的迅速发展具有重要的现实意义。 1 2 国内外磁选机发展及研究现状 中国是最早发现磁现象的国家，我国人民在春秋战陶时期，就利辟j 磁石的 武汉理工大学硕士学位论文 极性发明了指南针，用于辨认方向。1 7 1 8 世纪人们就开始了用手提永久磁铁从 锡石和其他稀有金属精矿中除铁的初次尝试【2 】。第一篇有关磁选的专利是 f u l a r t o n ( 英国人) 提出的用磁选来分选铁矿石【3 1 j 到18 4 5 年美国发表了一项有关 磁选机的专利【4 1 。1 8 5 5 年n o n t e p o n i 首先提出用电磁铁来产生磁场进行磁选 5 1 。 工业上第一次成功地应用磁选机是在1 9 世纪末用它来从黄铜或其他铜屑中分离 出铁和从谷物或其他作物中除掉铁丝等【6 】。1 8 9 0 年瑞典出现了湿式圆筒型磁选 机，它是现代磁选机的原形，1 9 0 6 年工业上开始使用湿式圆筒型磁选机分选铁 矿石【7 1 。1 9 5 5 年以来，所有的磁选机都是电磁式的【8 1 。此后，随着永磁材料的研 究和应用，磁选机的磁系材料开始采用铝镍钴合金，以后又逐渐应用了铁氧体， 近年来又研制出高性能稀土永磁材料，提高了弱磁场磁选机的分选效率。瑞典、 挪威、英国、美国、日本、德国、前苏联和我国相继生产了各种型号的圆筒型 弱磁场永磁磁选机【9 】。 强磁场磁选设备的发展要比弱磁场磁选机晚得多。1 9 世纪木至2 0 世纪初， 美国，苏联和其他国家首先制造了带式、盘式、鼓式强磁选机用于分选弱磁矿 物【1 0 】。由于这些磁选机结构笨重、单位机重处理能力小、价格昂贵以及处理成 本高，只适用于处理少数附加值高的矿物。2 0 世纪6 0 年代j o n e s 提出的“多层 感应磁极”的磁路方法在强磁选机的设计方面取得了重大技术进步，制造了第 一台琼斯型强磁选机，使电磁强磁选机的处理能力大大提高】。高梯度磁选机 是在2 0 世纪7 0 年代发展起来的一项磁选工艺，是强磁选机的一个重要突破。 2 0 世纪6 0 年代发展起来的高梯度( h g m c ) 磁选技术和2 0 世纪8 0 年代新型永磁 材料的出现，使人类在现代磁力应用上又进入了一个新时代2 1 。与此同时，人 们丌始了对超导磁选技术的探索，德国、美国、英国陆续研制了不同类型的超 导磁选机，超导磁选机有了较快发展并不断在扩大工业应用【。3 】。磁力应用的范 围逐渐扩大到工农业生产的各个领域和诸多方面。 1 2 1 国内磁选机发展及研究现状 在冶金、采矿、造船、运输等行业发展和技术进步的推动下，我幽磁选机 武汉理工大学硕士学位论文 、 设备行业发展迅速，磁选精矿质量有了较大幅度的提耐1 4 】。近年来，长沙矿冶 研究院，北京矿冶研究院，江西理工大学，马鞍山矿冶研究院等在研制高效、 磁场作用深度大、适应回收细粒铁矿物的磁选机方面不断加大对磁选机的研究 力度，促进了国内强磁选机的迅速发展。 1 2 1 1 国内弱磁场磁选机发展及研究现状 弱磁场磁选机是选别磁铁矿的有效设备。过去中国磁选厂使用带式电磁磁 选机、筒式电磁磁选机和电磁脱水槽，随着水磁材料的逐步发展，永磁磁选机 几乎完全代替了电磁鼓式磁选机。目前国内弱磁选机主要有c t 系列产品、b k 系列磁选机和b x 系列新型磁选机等【1 5 】。 1 ) c t 型永磁筒式磁选机 c t 型永磁筒式磁选机是马院研究成功的，是当前应用最广泛的磁选机1 6 】。 该磁选机磁系采用优质铁氧体材料或与稀土磁钢复合而成，筒表面平均磁感应 强度为1 0 0 - - - - 6 0 0 m t 。根据简体结构不同，该机又分为顺流、半逆流、逆流型磁 选机。适用于粒度3 m m 以下的磁铁矿、磁黄铁矿、焙烧矿、钛铁矿等物料的湿 式磁选，也用于煤、非金属矿、建材等物料的除铁作业。该系列磁选机结构简 单、磁感应强度高、省电、造价低、容易操作维护、机器较轻、占地面积小、 处理能力达，因此在国内迅速推广应用。 2 ) b k 系列磁选机 b k 系列磁选机是由北京矿冶研究总院研制成功【1 7 】。1 9 9 5 年北矿院研制了 规格为1 2 0 0 m m x 3 0 0 0 m m 永磁筒式磁选机【1 8 】；2 0 0 6 年又制造出国际上最大型 1 2 0 0 m m 4 5 0 0 m m b k 系列c t b l 2 4 5 永磁筒式磁选机，该系列磁选机磁包角 大、矿液面高、尾矿多通道排矿，给矿斗是根据磁铁矿磁化的) 0 l n 矛n 分选机理 设计而成，不同作业段采用不同结构形式的给矿斗，有利于提高分离精度【1 9 】。 b k 系列磁选机分选指标优良稳定、处理能力人、操作管理方便、节水省电，在 国内大中型选矿厂应经得到广泛应用，同时c t b l 2 4 5 超大型磁选机在四j l l 某多 金属矿投入工业应用，有广阔的应用前景【2 0 】。 武汉理工大学硕士学位论文 3 ) b x 系列新型磁选机 b x 系列磁选机是近1 0 多年来包头新材料应用设计研究所研制的一种分选 效率更高的磁选机，具有磁力在径向分布较均匀、磁极数多、合理的梯度、特 制的槽体结构、磁系包角大等特点该机已有2 0 0 多台在磁铁矿选矿厂得到应用， 在新的改造中发挥了作用【2 1 1 。 除了以上几种在普遍推广的弱磁选机，目前国内还有其他类型的弱磁场磁 选设备也得到了不同程度的应用。比如y c m c 型脉动磁选机、磁絮凝重选机、 磁选柱、磁场筛选机、磁力脱水槽等。 1 2 1 2 国内强磁场磁选机发展及研究现状 强磁场磁选机是细粒赤铁矿、褐铁矿等弱磁性铁矿石选矿的有效设备。强磁 选机种类较多，目前国内强磁选机主要有电磁感应强磁选机、永磁强磁选机和 高梯度磁选机。 1 ) 电磁强磁选机 北京矿冶研究总院1 9 9 4 年研制的g c g 2 0 7 5 干式电磁感应辊式强磁选机， 两辊采用上下布置和两个分选区，磁感应强度分别达到1 9 7 t 和2 2 t ，具有国际 先进水平。在两分选区间隙中产生不同磁感应强度，使一台设备连续完成细粒 弱磁性矿物粗选和精选，比功耗相当于同类设备的7 5 - - - - , 8 0 2 2 1 。 马鞍山矿山研究院继c s 1 型电磁感应辊式强磁选机之后又研制了c s 2 型 磁选机，其辊径为3 8 0 m m ，磁场强度为o 4 1 7 8 t 适于分选1 2 - - - 2 m m 的矿石，在 梅山铁矿选厂、昆钢上厂铁矿选厂均达到较好的分选指标【2 3 1 。 2 ) 永磁强磁选机 北京矿冶研究总院1 9 9 8 年前后研制的c z 4 0 11 0 槽式振动磁选机已推广应 用了十余台，其规格为4 0 0 l1 0 0 m m ，有水磁和电磁两种，永磁的场强为0 8 t , 电磁的场灶为1 7 t 1 2 4 1 。处州能力为s 0 0 k g h 。用- t - 提纯粉体材料可扶得良好效 果。1 9 9 9 年推出的f c 3 8 3 2 0 型复合力场分选机是强磁选机的最新产品，规格为 3 8 0 3 2 0 0 m m ，场强为1 7 t ，处理能力1 0 - - 1 5 t h ，可处理的物料粒度为 4 5 m m t 2 5 1 。该设备已用于三峡工程中人工砂除黑。 9 0 年代中期江西理工大学( 原南方冶金学院) 采用钕铁硼等复合磁性材料， 运用多种聚磁新技术研制出新型干式强磁场磁选机，具有场强高，不耗激磁电 能，构造简单和单位机重处理量高等优点，该机配合较快的分选带速，具有优 越的分选性能【2 6 】。继新型干式强磁场磁选机之后又研制了y d q c 5 0 0i i 型湿式 永磁带式强磁选机，突破了传统结构模式，变环为带，采用立式旋转钢带作为 精矿运输机构，变固定磁系为旋转磁系，且带型可变、磁系可变，以适应不同 选矿物料性质变化的要求【2 7 】。当工作间隙为6 m m 时，磁极磁感应强度为2 2 t 。 不消耗激磁电能，较电磁每台年节约电能3 万k w h 。 长沙矿冶研究院研制的c r i m m 型稀土永磁辊式强磁选机，磁辊由钕铁硼磁 盘和d t 4 纯铁磁盘构成，磁辊尺寸为1 0 0 1 0 0 0 m m ，表面磁感应强度为1 2 t ， 分选粒度为0 0 7 4 - - - 2 0 m m ，处理能力为o 5 8 t h 【2 8 】。作业时可根据矿石中磁性 颗粒的磁性、粒度、密度和对产品质量的要求调节磁辊转速、给料层厚度和分 隔板的位置，以达到最佳分选效果。该机具有磁场强度高，物料不堵塞、节能、 重量轻和占地面积小等特点，是各类弱磁性矿物分选的理想设备。 3 ) 高梯度磁选机 1 9 8 8 年赣州有色冶金研究所的s l o n 型脉动高梯度磁选机是一种利用磁力、 脉动流体力和重力的综合力场磁选树2 们。特点是：分选环立式旋转，反冲精矿， 有利于防止磁介质堵塞：脉动机构使矿浆中的矿粒处于松散状态，有利于提高精 矿品位；磁系结构新颖、漏磁少、激磁功耗低；采用导磁不锈钢棒做介质、优 化组合排列、使用可靠、寿命长、维护工作量少。该设备具有富集比大、回收 率高、不易堵塞、分选粒度宽、选矿指标稳定的优点。该产品不但在国内销售 情况良好，而且打入了困际市场，1 9 9 6 年出口到南r i e 。该研究所新研制的g m g c 型立环脉动高梯度磁选机具有s l o n 磁选机的脉动特点，增大了分选区的高度，并 将磁感应强度提高到1 6 t f 3 0 】。采用全铠装磁系结构，漏磁减少到最低限度。采 用导磁不锈钢板网或钢毛做介质，该设备主要用于非会属超细物料提纯，可以 武汉理工人学硕士学位论文 、 分选粒度非常细、磁性很弱的物料。 马鞍山矿山研究院在9 0 年代初研制的d m g 型高梯度磁选机，现已形成系 列产品【3 1 1 。其转环直径为中8 0 0 - - - 2 0 0 0 m m ，转环宽度2 5 0 , - - , 1 2 0 0 m m ，最高背景 磁感应强度1 8 - 1 9 t ，处理能力为8 1 0 t h 。该机是一种高场强、高梯度、大 脉动力的新型立环式电磁场高梯度磁选机，具有富集比高、不易堵塞、分选粒度 范围宽、选别指标好、结构紧凑、可靠性高等优点。可用于分选赤铁矿、褐铁 矿、锰矿等弱磁性矿物。 国内磁选机设备制造工业主要集中在湖南、山东、辽宁、江苏等省份。伴随 着技术、工艺、品质进步，国内磁选机设备制造行业出口业务发展迅速。2 0 0 6 年以来，国内连铸e m s 成套系统已打入巴西、沙特、印度等市场；2 0 0 9 年起磁 选机设备的出口金额己达到6 0 0 万美元，磁选机设备制造产量、销售收入、利 润水平超过全国总量的9 0 ，产品进入东南亚、日本及欧美发达国家；抚顺、 山东、河南等地的磁选选矿，大型磁选机设备已大规模出口国际市场【32 1 。 1 2 2 国外磁选机发展及研究现状 近年来，国外磁选机发展很快，在规模上向大型化发展；在结构形式上向 多样化发展；在产品规格上向系列化发展；在控制方式上很多已采用了程序控 制、模块电路和自动监控等，并已走进了高科技领域。磁选机作为选矿设备， 国外发展较快的是电磁磁力滚筒和永磁筒式磁选机。 1 2 2 1 国外弱磁场磁选机发展及研究现状 1 ) 永磁筒式磁选机 俄罗斯丌发的永磁筒式弱磁选机是 = l 前世界上最大规格的筒式磁选机【3 3 】。 其传动机构装在筒内，安装方便，结构紧凑，f 与地面积小。最大规格为1 i ) 1 5 0 0 x 4 0 0 0 mm ，生产能力达4 0 0t h ，增加了简体川边磁系的磁极，并在主磁极删装有 辅助磁极，减少漏磁，提高精矿品位。有的磁选机利用扇形磁性板和弹簧牵拉 装置，使外界强迫振动频率与弹簧幽有频率相同，形成谐振磁系。以强化分选 6 武汉理工大学硕士学位论文 、 过程，提高分选效率。 德国k h dh u mb o l tw e d a g 公司开发的永磁筒式磁选机主要用于选别细粒 嵌布的强磁性矿物获得高品位精矿【3 4 1 。其磁系结构有5 7 个磁极，磁极的极性沿 圆周角排列。该机备有顺流型、逆流型和半逆流型槽体。半逆流型由于矿浆从 槽体下方给到圆筒的下面，立即分离成磁性和非磁性颗粒，而被吸附的磁性精 矿品位高，提高了分离精度。 2 ) 电磁磁力滚筒磁选机 美国e r i z e 磁力公司的大型筒式弱磁选机规格最大达0 1 2 2 0 3 0 5 0 mm ，在 多磁系的间隙中装有反斥磁铁，极性与相邻磁铁相同。其圆筒外部也附加了一 组磁极，极性与圆筒内相对应的磁极极性相反，从而能大大减少漏磁，提高磁 场作用强度和深度，提高分选效率，还利用交替磁极的磁摆动作用提高精矿品 位f 3 5 】。 芬兰科恩公司研制的弱磁场磁选机简体可使磁场的吸附作用集中在距离简 体表面0 一- 3 0 mi t i 处，筒体表面的磁感应强度为o 1 8 - - 一0 2t ，而距离简体表面5 0 mm 处场强下降到0 0 6 0 0 7t ，形成较高的梯度，使吸附能力提高了4 0 ，不仅增 加了处理能力，而且达到较高的回收率。还通过增加磁极数，使磁性矿粒磁骚动增 强，磁性絮团松散，以提高精矿品位【3 6 】。 1 2 2 2 国外强磁场磁选机发展及研究现状 1 ) 辊式强磁选机 美国艺利公司研制的h i g h f o r c e 辊式强磁选机，磁辊由厚度为4 m m 的坏状 和厚度为1 m m 的片状钕铁硼永磁材料交错排列而成，磁辊表面磁感应强度为 2 2 t 。该机采用很薄的输送带将被选物料输送到磁辊磁场区，磁性物料随磁辊旋 转到下方，非磁性物料在漩肚作用下向日，j 抛出【3 7 1 。该设备磁场强度高，应用范围 广，分选质量高，处理粒度范 1 4 宽，从0 0 7 4 m m 至3 0 m m ，处理能力大，结构简单， 操作维护方便、传动功率小、能耗低、占地面积小。已有2 0 0 多台在2 0 多个国 家使用。 武汉理工大学硕士学位论文 、 2 ) d p 型琼斯型强磁选机 德国k h d h u m b o l d t w e d a g 公司的d p 型琼斯型强磁选机近年来又有大量研 究改进，在结构性能上取得了新的进剧3 引。主要有： ( 1 ) 用低温超导磁系取代常规电磁磁系，安装在分选环内，使场强高达2 t 。具有 能耗低、场强高、处理量大、材料消耗少和重量轻等优点； ( 2 ) 增加磁极头，两个分选环的磁极头由4 个增至8 个，处理量增加一倍； ( 3 ) 在不改变线圈绕制方式的基础上，分选环数量从2 个增加到4 个、6 个和8 个，降低了单环能耗； ( 4 ) 将实心铁质转盘改为空心铁转环，减轻重量，缩短磁路，减少电耗； ( 5 ) 改进聚磁分选介质，提高精矿品位； ( 6 ) 增设强化排矿装置。 3 ) 高梯度磁选 高梯度磁选机是能产生高梯度磁场的强磁场磁选机。第一台工业机于1 9 6 9 年由瑞典萨拉( s a l a ) 磁力公司研制，用于高岭土提纯【3 9 1 。以后各国生产的周期式 高梯度磁选机种类繁多，但其基本结构相同。它包括铠装螺线管、装有磁介质 的分选罐、给矿排矿装置、冲洗水装置和控制装置等。s a l a 系列4 8 0 型连续式 高梯度磁选机是目前世界上最大规格的高梯度磁选机，直径达中4 8 m ，一台机 上配置四个磁极头，每个极头生产能力为2 0 0 t h t 4 0 1 。在美国、英国、德国、捷克、 波兰等国选矿厂多采用此种磁选机。 1 2 3 国内外磁选机发展方向 近年来，国内外在磁选设备研制方面有了很大进展，取得了一大批对生产 发展起重要作用的科研成果，但从现有的机型、品种、规格来看仍满足不了生 产要求。由于矿石性质( 嵌和粒度、磁化率等) 和对产品质量要求不同，磁选工艺 也不尽一样。根据工艺要求，不同的选别作业应采用不同性能的磁选设备，然 而目自，j 国内外大多选矿厂磁选机性能单一、结构差异不大。这在一定程度上限 武汉理工大学硕士学位论文 制了选别指标的改善。加强对这方面的研究，将是今后的发展方向。 因此，磁选设备今后的发展方向将是：磁系结构向合理完善化发展；磁性 材料从低级向高级、从电磁超导材料、永磁材料发展；设备规模向大型化发展； 产品规格向系列化发展；控制方式向程序控制、模块电路和自动监控发展。 1 3 论文研究的目的和意义 据报道，世界范围内铁矿储量为3 4 0 g t ，远景储量7 8 0 g t ，平均含铁3 9 7 。 我国铁矿资源丰富，探明储量居世界前列，但贫矿占8 5 左右，大多数铁矿资 源品位不高、嵌布粒度细、共生关系复杂，不能直接冶炼，而且弱磁性矿石多， 强磁性矿石少，大大增加了开发利用的技术难度。随着工业的发展，铁矿资源 不断减少，工业领域对钢铁资源的需求量迅猛增长，同时在质的方面也不断提 出新的要求，个别工业领域对铁精矿品位要求越来越高【4 。 在铁矿石选矿方面，磁选是主要的选矿方法。当前生产中使用的磁选机主 要有永磁式和电磁式两种，永磁式磁选机耗能少，使用方便，然而磁场强度偏 低，因而主要用于分选强磁性矿石；世界范围内铁矿石弱磁性矿石较多，电磁 式强磁选机可获得较高的磁场强度和较大的分选空间，运行可靠，在分选若磁 性矿物生产中得到了广泛的应用。近年来，随着磁选技术水平不断提高，电磁 式磁选机不仅广泛应用于黑色金属，有色金属和稀有金属矿物分选，而且还用 于净化废水、非会属矿物除杂、生物医学等领域，然而由于电磁式在分选矿物 时需要消耗大量电能，磁系结构复杂，整机结构笨重，激磁功率高，分选时机 械央杂难以消除，磁性精矿的品位不太高，加之售价高，给生产带来了极大不 便。因此，丌发新型水磁强磁选机，对能源的节约和精矿品位的提高具有十分 重要的意义。 2 0i 址纪8 0 年代，高性能稀土永磁材料一钕铁硼的问世，为灶磁选机的发展 开辟了新的途径。出现了一系列的永磁强磁选机，然而由于技术条件的限制， 永磁强磁选机在生产中的仍然没有得到广泛应用。本课题研究目的在于对现有 9 武汉理工大学硕士学位论文 的永磁选机进行详细分析、考察研究的基础上，进行磁系、结构参数优化设计， 对各种关键参数可根据不同类型的矿石进行调整以提高其通用性的攻关技术研 究。设计出磁场强度高、磁性能稳定、结构合理、体积小、重量轻、操作简单 易行、安装维修方便的磁选设备。 该课题对磁选设备的发展具有重要作用，特别是磁系、结构参数可根据不 同类型的矿石进行调整，磁选效率高，对入料的变化适应性强，具有广泛的通 用性。因此该课题具有较高的工业应用价值、经济价值和环保价值，具有很好 的应用前景。 综上所述，加强对永磁强磁选机的研究既具有理论价值，也具有现实意义。 1 4 论文主要研究内容与方法 在对当前永磁盘式强磁选机的磁系结构详细分析的基础上，参照其同类型的 磁选机的设计与制造，对永磁强磁选机的磁系、结构参数进行分析及试验研究。 1 4 1 研究内容 1 ) 永磁强磁磁选机磁路数值分析研究； 2 ) 永磁强磁磁选机结构参数优化设计及关键参数系列化、标准化； 3 ) 永磁强磁磁选机的理论研究； 4 ) 永磁强磁磁选机试验研究。 1 4 2 研究方法 参考文献中有关永磁强磁磁选机优化设计的方法，采用数学建模、数值分 析等方法以达到对强磁场永磁磁选机优化设计及试验技术攻关研究。用最新的 磁选机理论作指导，综合利用m a t l a b 数学建模等方法以达到对永磁慢磁磁选 机优化设计及试验研究的目的。 1 5 本章小结 本章主要综述了国内外磁选机研究现状及其发展方向；介绍了本文研究的 l o 武汉理工大学硕士学位论文 目的和意义；最后阐述了本文的研究内容与研究方法。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章磁选机的磁系结构及其工作原理 2 1 磁选机的分类与磁系特点 2 1 1 磁选机分类