（矿物加工工程专业论文）螺磁机的研制及其在攀枝花磁选厂的选矿试验研究.pdf

摘要 新型高效磁铁矿精选设备的研制一直是选矿界的难点之一。自八十年代以 来，随着矿产资源的日益贫化以及人类对钢铁需求量的不断扩大，加之环保要 求，人们对高炉冶炼入炉的铁精矿品位要求越来越高，由于磁选能耗低，不需 要价格昂贵的药荆，一大批新型磁选设备相继闯世。攀枝花钒钛磁铁矿的磁 选，已有3 0 多年的历史，经过大量的试验研究与尘产实践，磁选机筒体直径从 巾7 5 0 r a m 发展到中1 0 5 0 m m ，减少了磁选机的台数，显著地提高了选剐作业的 技术水平。然两随着市场经济的发展和产品竞争的不断升级。冶炼厂对钒钛铁 精矿品位的要求，己从2 0 世纪9 0 年代的5 1 5 提升到目前的5 2 6 ，这对选 矿厂的生产产生了极大的压力。为了满足这一精矿指标的要求，选矿厂做了大 量f l 勺技术工作，然而只有细磨是最有效的。通过细磨不仅可以使稽矿品提升到 5 2 6 以上，而且还有继续提升到5 3 的可能。但代价是巨大的即细磨大大 地降低了磨机的处理能力，选矿成本升高，同时矿石磨细后，0 0 4 5 r a m 粒级含 量大幅度增加，祝选回收率显著下降，严重地影响了企业的经济效益和资源综 合回收率。因此研究) 于发新型高效磁铁矿精选设备已追在眉睫，本论文选择新 型高效磁铁矿精选设备一螺磁机的研制及试验作为硕士论文的研究内容。 我们在认真分析和研究现有磁选设备的基础上针对攀钢选厂原矿入选兢 度偏糨，有用矿物钛磁铁矿中，钛铁共生为复合矿物捆，单一靠磁选的方法难 阻明显提高其精矿品位的特点，认为利用磁重联合力场，同时加强磁场强度和 加强水力的淘沈冲刷作用，有利于磁铁矿精选。以歼放磁系理论为基础，结合 磁团聚弱磁选理论，提出了一种全新的磁铁矿精选设备一螺磁杌的设计思想 突破了传统的“提高铁糟矿品位就必须降低磁场强度”的观点。对螺磁机工业 样机的设计提出了如下的要求：螺磁机的磁系使用带有四条螺旋形的歼放型 磁系；分选空 日必须选用不导磁的耐磨损材料：拥强磁场强度以增加对磁 性矿物的回收和加强切向给入的上升水流的强度以加强对j # 磁性矿物的淘洗， 提高精矿品位：整台样机需运行稳定可靠，调整方便，靠局合理。 螺磁壬j i 主要幽旋转螺旋磁系、坪彤分选柱、给矿匀分器、尾矿憎、机架、锴 矿槽、传动系统等组成。具有分选精度高，精矿品融高，精矿p i 收率高以及能 适用于强磁性矿物的粗选、精选和扪选的特点。 螺磁机用于选别攀枝花钒钛磁铁矿的最佳操作条件为给矿鱼5 吨小时、磁 系转速3 0 转分、单元格上升水量2 5 0 毫升秒。其选别指标为：铁精矿品位 5 3 6 9 ，尾矿品位1 5 8 7 ，回收率为9 7 4 8 a 理论研究表明：攀枝花钒钛磁铁矿现用巾1 0 5 0 x 3 0 0 0 m m 湿式永磁筒式磁选 机的磁场特性为h 。1 3 1 7 7 e 。7 ”拍。0 1 2 5 m m 租粒钛磁铁矿在由1 0 5 0 x 3 0 0 0 m m 磁选机中距简体表面7 0 2 8 m m 处所受的磁力与机械总力平衡，该磁选机在底箱 间隙小于7 0 2 8 r a m 时，适合于该粒级钛磁铁矿的磁选。而0 0 4 5 m m 粒级钛磁 铁矿在距简体表面7 5 m m 时，所受的机械总力是磁力的1 0 倍，处于该位置的 o 0 4 5 m m 单颗粒钛磁铁矿磁选回收困难。因此要提高0 0 4 5 r a m 细粒和微细粒级 钛磁铁矿的回收率，改变磁选机的磁场特性是必要的 螺磁机的上升水速应满足，f 型k 母 上_ 超 ，其磁场强度应满足 v 蜘咿 hgr删，蛭掣，磁系转速要瓤一1，y矗itxd卿hgradho h 一暑，处理能 删) 位，vo 砂d 力的计算公式为：q - 等留。 同常规的湿式永磁筒式弱磁场磁选机相比，螺磁机的精选能力有了极大的 提巅。 关键词：磁遴设备螺磁机磁系钒钛磁铁矿选矿回收率 n a b s t r a c t i th a sa l w a y sb e e nt h ed i f f i c u l t i e st od e v e l o pan e wt y p eo fe f f i c i e n te q u i p m e n tf o r c l e a n i n gm a g n e t i t ei nt h em i l l s i n c et h e1 9 8 0 s ，b e c a u s e o ft h ei n d i g e n c eo fm i n e m l r e s o u r c e s ， t h ee v e r - i n c r e a s i n gn e e df o rt h es t e e l ，a n dp r o t e c t i n gt h ee n v i r o n m e n t ，w en e e db e t t e rq u a l i t y o fi r o nc o n c e n t r a t ea n dt h el o w n e s so ft h ee n e r g yc o n s u m p t i o na n dc h e m i c a lr e g e n t s ，an e w s e to fe q u i p m e n to fm a g n e t i cs e p a r a t i o na p p e a r e d p a n z h i h u av a n a d i u mt i t a n i u mm a g n e t i t e s e p a r a t i o nh a sah i s t o r yo fa b o u t3 0y e a r s m a g n e t i s ms e p a r a t o r h a sd e v e l o p e df r o m7 5 0 r a m t o1 0 5 0 m m ；t h e r ei sar e d u c t i o ni nt h en u m b e ro fm a c h i n e sa n do p e r a t i o n st e c h n i c a ll e v e li s o b v i o u s l yi n c r e a s e d h o w e v e r , w i t ht h ed e v e l o p m e n t o fm a r k e te c o n o m ya n dt h eu p g r a d eo f t h ep r o d u c tc o m p e t i t i o n ，t h es m e l tf a c t o r yc a l l sf o rt h eh i g hg r a d eo fv a n a d i u mt i t a n i u m c o n c e n t r a t e ，t h eg r a d eh a sr i s e nt o5 2 6 f r o m5 1 5 i nt h e1 9 8 0 s ，w h i c hh a sl e dt ot h em u c h p r e s s u r ef o rt h es m e l tf a c t o r y i no r d e rt om e e tt h en e e d so ft h i si n d e x ，t h ef a c t o r yh a sd o n ea l o co ft e c h n i c a lw o r k b u t o n l yf i n eg r i n d i n gi sm o s t e f f i c i e n t t h ec o n c e n t r a t eg r a d en o to n l y r i s e st o5 2 6 b u ta l s or i s e st o5 3 t h r o u g ht h ef i n eg r i n d i n g b u tt h ec o s ti sh i g i l ，t h ef i n e g r i n d i n gd e c r e a s e st h em a c h i n ep r o c e s s i n gc a p a c i t y ，m a k e st h ec o s ti n c r e a s e ，a tt h es a m et i m e t h ec o n t a i no ft h e - 0 0 4 5 r a mp a r t i c l e si n c r e a s e sl a r g e l y ，t h er e c o v e r yd e c r e a s e sa p p a r e n t l y ， w h i c hs e r i o u s l ya f f e c t st h ee c o n o m i c p r o f i t sa n d t h er e c o v e r yo ft h er e s o u r c e s i ti su r g e n tt o d e v e l o p an e w t y p eo fe q u i p m e n t s ot h et h e s i sf o c u s e so nt h es t u d yo ft h en e wt y p ee f f i c i e n t m a g n e t i ci r o no r es e p a r a t i o ne q u i p m e n t s p i r a lm a g n e t i cs e p a r a t i o nm a c h i n e w eh a v e a n a l y z e da n d s t u d i e dt h ep r e s e n t m a g n e t i cs e p a r a t o r sc a r e f u l l y ，t h er e s u l t ss h o w t h a tt h e p a n g a n gr a wm i n e r a lp a r t i c l e s i z ei sal i t t l e b i g , v a n a d i u mt i t a n o m a g n e t i t e i s c o m p l e xm i n e r a lc o m b i n a t i o na v a i l a b l e ，i ti sd i f f i c u l t t op r o m o t et h ec o n c e n t r a t eg r a d eb ya s i n g l es e p a r a t em e t h o d s ow e c o n s i d e rd e f i n i t e l yt om a k eu s eo fm a g n e t i c - g r a v i t ya n dt o s t r e n g t h e nm a g n e t i ci n t e n s i t ya n dw a t e r w eh a v ed o n em u c ht od e s i g no ft h em a g n e t i c s y s t e ma n di n t r o d u c e dan e wd e s i g n a t i o no ft h es p i r a lm a g n e t i cs y s t e mf i r s t l y i ti sb a s e do n t h et h e o r yo ft h e o p e nm a g n e t i cs y s t e ma n dt h el o wm a g n e t i cc o a g u l a t i o nt h e o r y ；w ep u t f o r w a r dan e wd e s i g n a t i o nc o n c e p t i o na b o u ts p i r a l m a g n e t i cs e p a r a t o r i tb r e a k sd o w nt h e t r a d i t i o n a lo p i n i o n s - - m u s tb ed e c r e a s e dm a g n e t i ci n t e n s i t yt oi m p r o v ef ec o n c e n t r a t eg r a d e i ti sr e q u i r e dt h a tt h en e e do ft h ed e s i g n a t i o no fi n d u s t r i a lp r o t o t y p e ：t _ i i ed e s i g n a t i o no ft h e f o u r s p i r a lm a g n e t i c i sa ni m p o r t a n tb a s i st or e a l i z et h et h e o r y i no r d e rt or e a l i z et h e t h e o r y ，t h es e p a r a t i o ns p a c em u s tb eu n c o n d u c t e dm a g n e t i cm a t e r i a l s t h ew a t e ra n dt h e m a g n e t i cm u s tb ei m p r o v e da n ds t r e n g t h e n ，s ot h a tt h er e c o v e r yo f t h em a g n e t i cm i n e r a la n d t h ef ec o n c e n t r a t e g r a d e i s i m p r o v e d ! ：垒：t h ep r o t o t y p e m u s tr u n s t e a d i l y ，b ea d j 。u s t e d c o n v e n i e n t l y 7 a n d l a 3 o u tr e a s o n a b l y t h es p i r a l m a g n e t i cs e p a r a t o r i sm a d eu po fr e v o l v i n gs p i r a l m a g n e t i cs y s t e m ，l o o p s e p a r a t i o nt u b e p r e s e n t i n go r ee v e nd i s p o r to r g a n t r a i l i n gg r o o v e f r a m e ：c o n c e n t r a t eg r o o v e d r i v es x s t e m t h i sm a c h i n eh a st h ec h i n a c t e r i s t i c so fh i g hs e p a r a t i o n p r e c i s i o n 、g r a d ea n d r e c o v e r ya n dc a nb eu s e di nt h ec o a r s es e p a r a t i o n 、f i n es e p a r a t i o na n ds c a v e n g i n go ft h e s t r o n gm a g n e t i c m i n e r a l s t h eo p t i m a lo p e r a t i o nc o n d i t i o n so ft h es p i r a lm a g n e t i cs e p a r a t o ri np a n z h i h u aa r ea s f o l l o w s ：f e e dr a t ei s5 t h ，r o t a t i o ns p e e di s3 0 r l l ，a n da s c e n d i n gw a t e ri s2 5 0 m l s t h ei n d e xi s f o l l o w ：i r o nc o n c e n t r a t eg r a d ei s5 3 6 9 ，t a i l i n gg r a d ei s1 5 8 7 ，a n dt h er e c o v e r yi s9 7 4 8 ， a c c o r d i n gt o t h et h e o r ya n dr e s e a r c h ，m a g n e t i s mc h a r a c t e r i s t i co ft h ew e tp e r m a n e n t m a g n e t i ct u b es e p a r a t o ri shh 一1 3 t 7 7 e 1 “t h em a g n e t i cf o r c ea c t i n g0 1 1t h e0 1 2 5 m m c o a r s ep a r t i c l e st i t a n i u mm a g n e t i t ei r o n ，w h i c hi s7 0 2 8 r a mf r o mt u b es u r f a c ei nt h ed i a m e t e r 1 0 5 0 x 3 0 0 0 m m s e p a r a t o r i sb a l a n c e dw i t hm e c h a n i c r e s u l t a n tf o r c e i ft h eb o t t o ms e p a r a t i o n s p a c ei sl e s st h a n7 0 2 8 r a mi nt h em a c h i n e ，i ta d a p t st ot h er e c o v e ro ft h et i t a n i u mm a g n e t i t e h o w e v e r ，w h e nt h eo 0 4 5 r a mt i t a n i u mm a g n e t i t e p a r t i c l ei s7 5 m m f r o mt h et u b es u r f a c e ，t h e m e e h a n i cr e s u l t a n tf o r c ei st e nt i m e sa sl a r g ea st h em a g n e t i cf o r c e t h er e c o v e r yo ft h ef i n e p a r t i c l e si sd i f f i c u l t t h e r e f o r e ，i ti sn e c e s s a r yt oc h a n g et h em a c h i n em a g n e t i cc h a r a c t e r i s t i c s i no r d e rt oi m p r o v et h er e c o v e ro ft h eo 0 4 5 m mt i t a n i u m m a g n e t i t e a n df m e p a r t i c l e s t h ea s c e n d i n gw a t e rs p e e di nt h e s e p a r a t o r s h o u l dm e e tv i t s m a 舭f o r c c s h o u l d m c e t 始阳m 鲤掣l h e r o t a t i o n s p c c d o f l h e m a s n e t t cs 粥t e m r c 叫h s t 丢扩孕一著，t n e c a l c u l a t i n g r o 姗u - a 。rt n e 畔e s s t n gc a p a c i t y i sq 一等窜 t h ec a p a c i t yo ft h e s p i r a lm a g n e t i cs e p a r a t o ra n dm i n e r a lr e c o v e r yh a si m p r o v e d o b v i o u s l yc o n t 阳a i n gw i t ht h ew e tp e r m a n e n tm a g n e t i ct u b ew e a ks e p a r a t o r ， k e y w o r d s ：m a g n e t i cs e p a r a t i o ne q u i p m e n t ，s p i r a lm a g n e t i cs e p a r a t o r , m a g n e t i cs y s t e m v a n a d i u mt i t a n o m a g n e t i t e ，c o n c e n t r a t e ，m i n e r a lp r o c e s s i n g r e c o v e r y 昆明理工大学学位论文原创性声明 了6 6 曩9 3 5 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下( 或 我个人) 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的 内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究 成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名 鄢芬男 日 期：0 肿叩年9 月f 占日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、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，学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印 或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守) 导师 签名：j 兰舡论文作者签名：确 日 期：出掣垒垒月! 墨旦 扎此更放住封丽斤，1i 承前， 昆明理工火学硕：学位论文 前言 磁选设备历经几千年的变迁，从远古的磁石、永磁铁手选，发展到今 天的电磁铁、超导磁体和稀土磁体，其发展随着人类科学的进步而不断深 入。尽管在今天其它选矿方法如浮选、重选等的大量应用，但磁选并未被 淘汰，仍旧发挥其重要作用与其它选矿方法相比，磁选能耗低，不需要 昂贵的药剂，对环境无污染。随着磁选技术的发展，磁选的应用范围不断 扩大，除了广泛应用于黑色金属外，在有色金属和稀有金属的分选，非金 属矿分选，环境保护，废物回收，石油化工中催化剂再生及生物技术等方 面的应用，也得到了很大的发展。 近年来，磁选的发展特点和趋势是；由传统的永磁体磁系向具有商 场强和高梯度的超导磁体和稀土磁体发展l 由单一的磁场力向复合力场 的应用发展：由人工操作，内眼观察发展到自动控制，在线检测和分析。 在相当长一段时期内，选矿一直被。当作一种技艺而非一门严格的科学 加以阐述。事实上，在这门科学中仍存在许多的空白。而这种状况在磁选 设备的研究过程中表现得尤其突出。磁选设备盼研究通常是在实践中探索 选矿的新方法。而磁选理论的研究长期滞后子磁选设备的研究刚在裙当程 度上制约了磁选设备的发展。近几十年来，磁选理论和技术都取得了长足 的进展，相继发展了许多全新的磁选设备，磁选这种古老盼选矿方法，如 今重新焕发出新的生命力。 现代磁选的发展归功于一系列磁选设备的成功研制和应用，但随着人 类社会的发展，对资滠开发利用的深度和广度也不断增加，资源桔竭闯题 将成为矿物加工业的一个新难题。随着资源日渐枯竭，现在的矿产资源越 来越贫、细、杂化，近几十年来所发展起来的磁选设备，已不能满足矿产 资源变化所带来的要求。因此，开发适合于处理难选矿石的新型高效磁选 设备，成为时代的需要。 攀枝花冶金矿山公司密地选矿厂是我国目前设计规模最大的钒钛磁铁 矿石选矿厂，设计能力为年处理原矿石1 3 5 0 万吨，生产钒钛铁精矿5 8 8 万 吨。由于它所处理的矿石为钒钛磁铁矿，属强磁性矿石，且有用矿物钛磁 铁矿中，钛铁共生为复合矿物相，现有的选矿方法难以使其分离，致使最 终铁精矿品位理论上只能达到5 5 5 7 。自1 9 7 0 年4 月建成投产以来， 至今已有3 0 多年了，其产出的铁耩矿品位一直维持在5 1 5 0 左右的水平。 昆明理工人学硕上学位论文 前言 而据选厂数据统计，铁精矿品位每提高一个百分点，仅选矿成本，每吨铁 精矿可节省6 元，全年仅选矿成本就可节省3 5 0 0 万元。近几年来，由于攀 钢实施精料方针，冶炼对选厂的铁精矿品位要求越来越高，选厂为此做了 大量的技术攻关工作，铁精矿品位也提高到了5 2 6 0 左右，全铁回收率保 持在7 4 左右。但是，这一指标的取得，是以提高磨矿细度，牺牲攀磨机 单位台时处理量为代价换来的。为此，全国几大研究所以及部分高校都积 极探索新的选矿方法、选矿新设备，但都收效甚微。本论文的研究方向正 是针对这一点，试图通过研制一种全薪的磁铁矿精选设备，以达到明显提 高其铁精矿品位的目的。课题组经过几年的研究，终于提出了一种全新的 磁铁矿精选设备一螺磁枫。 磁选设备的研制是一个漫长而又蹑辛的过程。需要不断地总结前人的 经验，并借助于理论研究的成，果，指导设备豹研制工作。从近期磁选新设 备的研制成果来看，复合力坜应用于磁选设_ 备已成为新设备研科的主流。 单一靠磁力，不论是改进现存豹设备，还是新近开发的设备，在其分选过 程中往往都存在分选效率低，选剔指标不够裔的缺陷，故而利用多种力 场的联合作用开发新设备已成为选矿界的共识，糨信不久的将来，会有更 多的选矿新设备面世。 本文所要进行的研制工作是研制新型复合力场磁分选设备。针对攀技 花钛磁铁矿中钛铁共生为复合相，沈重大，磁性强的特点，因此引入磁重 复合力场是必须考虑的前提。文章首先分析了近二十年来磁选设备的研发 撮况，总结出磁选设备研制和开发出现的特点和目前磁选设备研发的热点。 根据课题组对螺磁辊提出的设计要求，在前期实验室大量试验的基础上， 设计出了螺磁机的工业样机，然后对攀枝花磁选厂的粗精矿进行了试验研 究，找出了设备适宜的工艺参数范围，为设备的进一步改进打下了坚实的 基础。 新型磁铁矿精选设备一螺磁机工业样机的研制是磁选领域的一个创 新。该设冬突破了现有同类设备设计的思维模式。在设计上采用了独特的 螺旋旋转磁系，以现有的磁团聚重选理论为基础实现了重力场和磁场力的 完美结合，强化复合力场对选别过程的作用同时保证设备的连续稳定运 转，并尽量做到了各个工艺参数的可调，这样经过相应的调整，就可以应 用于不同的矿山。 昆明理_ t 大学硕士学位论文 第一章文献综述 第一章文献综述 磁选是在不均匀磁场中利用矿物之阔的磁性差异而使不厨矿物实现分 离的一种选矿方法。由于该法简单易行，效率高，污染少。故在环境日益 恶化的今天，必将越来越受到选矿界的重视。磁途法广泛地应用于黑色金 属矿石的选别，有色金属和稀有金属矿石的精选，重介质选矿中介质的回 收。从非金属矿物原料中除去含铁杂质。捧出铁质物质以保护破碎机和其 它设备，从冶炼生产的钢渣中回收废钢以及生产和生活污水中除去污染物 等。 磁选是处理铁矿石的主要选矿方法。按用磁选法选别磁铁矿石的规模 来说，磁选法在我国、前苏联、美国、加拿大、瑞典、芬兰、挪威和捷克 斯洛伐克等国家都获得广泛的应用。我匿铁矿石资源丰富，目前保有的铁 矿石探明储量居世界前歹但贫矿占8 0 左右，富矿仅占2 0 左右，而富 矿中又有5 由于台有有害杂质不能直接冶炼。函此，铁矿石中的8 0 以上 需要选矿，而就世界范围来讲也大体如此。铁矿石经过选矿以后，提高了 品位，降低了二氧化硅和有害杂质的含量。会绘以后的冶炼过程带来许多 好处。根据我国的生产实践统计，铁精矿晶位每提高l ，高炉利用系数可 增加2 3 ，焦碳消耗量可降低1 5 ，石灰石消耗量可减少2 。由此可 见，提高选矿厂铁精矿品位具有重要意义。 1 1 磁选的历史发展与意义卜” 磁选的发展，归根到底是磁选设备的发腥人类早在公元前5 5 0 年( 古 希腊文明) 兢知晓了磁的现象，但是，古代中冒是最早利用磁瑷象的冒家， 大约在公元前三世纪古中国发现了磁铁的定向性质，并利用这一性质创造 了指南针。拢屠，人类对磁性的认识长对娟停滞不前，盏到法拉第( f a r a d a y ) 才发现所有的物质都不同程度地对磁场作用敏感，但磁学在工业上用于选 矿则是在t 8 世纪末才开始。1 开始，人们是使甩永磁铁选别磁铁矿之类的铁矿石，最早是由f u l l e r t o n 利用这一性质并于1 7 9 2 年申请专利。赛拉于1 8 5 4 年在意大利利用沃尔1 8 4 7 年研制的永磁磁选机改制成功了第一台工业型的永磁分选设备a 1 8 8 2 年首 批电磁磁选机问世，此后，鳃尔( b a l l ) 、诺顿( n o r t o n ) 、爱迪生( e d i s o n ) 等人应用这一原理从脉石中分离出铁矿石，并且研制成功了电磁筒式磁选 昆 ! | 理工大学硕士学位论文第一章文献综述 机成功实现了强磁性矿物的分选，这标志者近代磁选理论及磁选设备的正 式萌芽。 1 8 9 5 年韦瑟尔( w e t h e r i l ) 设计出了强磁场并具有粒状物料流偏向装置 的磁选机，并相继研制成功了盘式、筒式和辊式等不同类型的磁选机。这 些设备处理的矿物仅限于粒度较粗和中等强磁性矿物。1 8 9 7 年，h 路易斯 成功研制出了湿式高场强磁选机并取得专利，而格朗达尔( g r o n d a l ) 开发 成功的湿式磁选机，解决了千式磁选难以胜任的细粒分选问题。1 9 3 7 年弗 朗茨( f r a n t z ) 研制出了一种由包铁螺线管中充填铁磁钢带构成的磁选机， 该种磁选机在发展现代强磁场和高梯度磁选机中成为重要的里程碑。 1 9 6 0 年琼斯( j o n e s ) 式磁选枫研铹成功并首次在原磁极之间充填磁介 质，这种多层磁介质既增大了选掰空间，又保持了工作间隙中较大的磁感 强度，这为强磁场磁选瓤在工照中的应用奠定7 基础，也推进了高梯度磁 选机的研制。 高梯度磁选( h g m s ) 是2 0 世纪6 0 年代束期在美国首先发展起来的最 新磁分离技术。第一台周期式商梯度磁分离机予1 9 6 8 年研制成功，用于美 国乔治州高岭土加工厂，取得了巨大的经济效益。鹃后，英国、西德、捷 克、日本、瑞典和波兰等国也应用了这项新成就。1 9 7 5 年美国萨拉磁力公 司完成了连续式高梯度磁选极的研刳，这一月勰秘连续作业磁选枫的发展， 扩展了磁选在微米级颗粒范围的弱磁性甚至逆磁性矿物中的应用，使磁选 的深选能力加强了， 1 9 8 0 年赢场强和商糖度超导磁选规研烈成功后，已能进一步减少这些 技末的局限性，并透鄹十年前无可选经济价值的矿石，工艺的应用范围也 扩大到过去未曾考虑其应用的作业区，如环境、化工、生物等方面。 近2 0 多年来磁选科学有其谅人的发展，目前所做的大量研究工作是： 一方面是研究改善高梯度和商磁场强度，尤其是超导体线圈，用以处理超 细粒级弱顺磁性物料、工业矿物提纯、烟尘的净化和废液的处理：另一方 面的研究集中千高磁场的稀土磁铁和陶瓷永久磁铁( 钻一稀土和钕一铁 硼) 磁选机。 除了在磁选机结构方面的巨大发展外，在磁系材料和在采用联合力场 方面也有进展。高温超导材料的不断出现，推动了超导磁选机的进一步发 展。联合力场是综合利用物料各种性质豹有娅措施如综合利用磁性和密 昆明理t 大学硕士学位论文 第一章文献综述 度的有磁流体静力分选机、磁水力旋流器，磁团聚器；综合利用磁性和电 性的有磁流体动力分选机：综合利用磁性和表面润湿性的有磁粘附和磁种 分选以及综合利用重力和磁力的磁重联合分选等。 1 2 磁选理论简介叶 将具有磁性的颗粒放在不匀均的磁场中，颗粒将受到下述磁力作用： 磊& v b 帚n( 1 1 ) p o 在式中：k 一颗粒的体积比磁化系数；一真空中的磁导率：v 一颗粒的 体积；b 一外磁场感应强度i 轴一磁感应梯度。磁力和外磁场感应强度与磁 感应梯度的乘积成正比，磁力方向与磁感应梯度方向相同。在均匀磁场中， b 。0 ，所以作用在颗粒上的磁力为零。 在磁选机中，几个分力作用在颗粒上，其中有重力、惯性力、流体动 力学阻力、表面力和颗粒间的力。作用在颗粒上的力如图1 1 所示。 图1 1 磁选过程中力作用示意圈 重力可写作： 最一p 咯( 1 2 ) 式中：p 一颗粒密度；g 一重力加速度。流体动力学阻力为： f j | ；6 卿曲吒( 1 3 ) 式中：冲一漉体动力黏度：b 一颗粒半径；p 。一颗粒相对流体的速度。如果满 足以下条件，那么磁性颗粒与非磁性颗粒分离： 睇” p 和露“t r 一( 1 4 ) 式中：f o 一在_ f “。或f “一分别作用在磁性颗粒或非磁性颗粒上时的分力。 为了提高磁性颗粒回收率，磁选力应该太于竞争力之和e 一即： _ 5 - 昆明理工大学硕士学位论文 第一章文献综述 f o 。，e 。，由于通常被磁化的不同颗粒之间没有什么差别，所以分离的选 择性差。磁选的选择性主要取决于磁选力与竞争力的相对值，同时磁选机 的性能和操作条件的正确选择也影响着磁选过程的选择性。 1 3 磁选设备综述m o 】 1 3 1 永磁筒式磁选机 永磁筒式磁选机是应用广泛的一种湿式弱磁场磁选设备，国内9 0 以 上的铁精矿都是由这种设备生产的，可以说是目前国内外最主要的弱磁场 磁选设备。近年来实践证明，筒式比带式优越，永磁比电磁优越，并在应 用中发现，增加圆筒直径有利予提高磁选机的比处理能力和回收率且节电 节水，目前我国湿式弱磁场磁选机已实现7 设备的永磁化、系列化并向大 型化方向发展。 永磁筒式弱磁场磁选机按槽律结构不同可分为三种类型。即半逆流型 ( c t b 型) 、逆流型( c t n ) 和顾流型( c t s ) ，最常用的是半逆流型c t b 型永磁筒式磁选机由圆筒、磁系和槽体等三个主要部分组成，如下图1 2 所示。 图1 2c t b 型永磁圆筒式磁选机 1 一圆筒；2 磁系；3 一槽体；4 一磁导板；5 _ 支架；6 一喷水管： 7 _ 蛤矿箱；8 卸矿水管；9 底板；1 0 磁偏角调整装置：1 工一支架 圆筒由不锈钢板卷成，筒表面加一层耐磨材料。它不仅可以防止简体 磨损，同时有利于磁性产品在简皮上的附着，加强圆筒对磁性产品的携带 作用。磁系为_ - - 极至六极磁系。每个磁极由锶铁氧体永磁块组成，用铜螺 昆明理t 火学硕士学位论文 第一章文献综述 钉穿过磁块中心孔固定在马鞍状导磁板上。槽体为半逆流型。矿浆由槽体 下方给到槽体的下部，非磁性产品移动方向和圆筒的旋转方向相反- 磁性 产品移动方向和简体旋转方向相同。 矿浆经过给矿箱进入到磁选机槽体后，在喷水管喷水的作用下，呈松 散状态进入给矿区。磁性矿粒在磁系的磁场力作用下，被吸在圆筒的表面 上，随圆筒一起向上移动。在移动过程中。由于磁系的极性交替，使得磁 性矿粒成链地进行翻动在翻动过程中，夹杂在磁性矿粒中的一部分脉石 矿粒被清除出来。这有利于提高磁性产品的质量。磁性矿粒随圆筒转到磁 系边缘磁场弱处，在冲洗水的作用下进入精矿槽中。非磁性矿粒和磁性很 弱的矿粒在槽体内矿浆流作用下，从底板上的尾矿孔漉进尾矿管。中。 永磁筒式弱磁场磁选机因其分选空闯狭小，磁翻滚次数只有4 8 次， 没有充分利用上升水冲力和重力的作用磁选过程中磁包裹严重，精矿品 位不高，杂质含量较高，因此，采用这种磁选枫，高炉炼铁的精料方针难 以实现。 1 3 2 永磁旋转磁场磁选机 中6 0 0 x3 2 0 m m 湿式永磁旋转磁场磁选机的结构如下圈1 3 所示。它主 要由玻璃钢制作的圆筒、永磁旋转磁系、感应卸矿辊和底箱所组成。永磁 旋转磁系是由极性沿圆周交替安排的1 8 个磁极构成，极距1 0 4 m m 。极间隙 充填磁块以提高磁场强度和深度。圆筒和旋转磁系是分别传动，可以相互 以不同的速度向相反的方向转动。这种磁系不能自行卸掉槽矿，需要通过 感应辊卸掉精矿。该机采用半逆流槽体，在槽体的精矿排出端装有冲洗水 管，以便提高精矿品位。 矿浆从圆筒的下方给入选别空间后，强磁性矿粒即被吸在圆筒上，随 圆筒一起运动。由于圆筒和磁系反向转动，且磁系的旋转速度较高，矿粒 在磁场力作用的较长路途中，经受强烈的碰搅动作用，加上精矿冲洗水的 冲洗，这种磁选机的精矿品位较高。缺点是水耗和电耗较大。 昆明理工大学硕：e 学位论文 第一章文献综述 图1 3 中6 0 0 x 3 2 0 0 r a m 永磁旋转磁场磁选机 1 一圆筒；2 旋转磁系；3 冲洗水管l4 感应卸矿辊； 5 一反斥磁极l6 棺体；7 溢流管 8 砍散水管 国外发明的一种旋转磁场磁选机，是利用磁力、重力、上升水j 串力分 选矿物的设备。该设备主要由竖直安装的转动磁系，磁系外围的环形分选 区组成。转动磁系是圆柱形的，磁体沿圆柱表面安装成环形当磁系转动 时在磁系外围的环形分选区中形成环形磁场。给矿从分选环中部给入， 在环形磁场的作用下，磁性矿粒被磁化、团聚、沉降，磁系转动产生的极 性变化使磁团发生磁翻滚，从而使其中包裹的脉石被上升水冲洗出来并从 上部捧出成为尾矿，而磁性矿耪沉降至底帮成为精矿。这一设备的特点是 转动的磁系使融场的极性变化交得可调，转速越快，磁场极性变化得越快， 磁团的磁翻滚就越快，易于使其中夹杂的脉石捧出。但由于以下缺点，至 使该设备没有成功地应用于生产。 当磁场强度增加时，磁性矿物被吸到分选环的内壁上，不发生沉降， 容易造成分选区堵塞： 磁场弱对，上升水又将磁性矿物匈上冲起，回收率下降： 磁性矿物向下沉降的力只有重力，上升水流不敢加大，脉石难以排 除，精矿品位不高： 分选区中各处的矿浆量不均匀，上升水速也不均匀，分选指标波动 大。 1 3 3 磁力脱泥槽 磁力脱泥槽也叫磁力脱水槽，如下图1 4 所示，它是一种重力和磁力联 8 - 昆咧理工大学硕士学位论文 第一章文献综述 合作用的选别设备，广泛应用予磁选工艺中，用来脱去矿泥和细粒脉石， 也用来作为过滤前的浓缩设备。 在磁力脱泥槽中。矿粒在选分区受到的力主要有：重力：矿粒受重 力作用，产生向下沉降的力；磁力：磁性矿粒在槽内磁场中受到的磁力， 方向垂直于等磁场强度线，指向磁场强度高的地方；上升水流作用：矿 粒在槽中受蓟方向上的水流的作用。 弓 图1 4 底郁磁系永鞋赡力脱泥槽 1 一底罐形槽体；2 一上升水管；3 一水田；4 迎水帼：卜溢流榴： 6 一支架：7 一磁导板；8 一塔形碰系：9 硬质塑料管；l o 捧矿胶砣： 1 1 一排矿口胶垫：1 卜丝杠；1 卜调_ 节手轮；1 4 一给矿筒；1 5 一支架 在磁力脱泥槽中，重力作用是使矿粒下沉，磁力作用是加速磁性矿粒 向下沉降而吸引到磁系表面周围，而上升水流的作用是阻止非磁性的细粒 脉石和矿泥的沉降，并使它们顺上升水流进入溢流中，从而与磁性矿粒分 开。同时上升水流作用也可使磁性矿砬呈松散状态，把夹杂在其中的脉石 冲洗出来，从而提高精矿品位。 在分选过程中，矿浆由给矿管以切线方向进入给矿筒内，比较均匀地 散布在塔形磁系上方。磁性矿粒在重力和磁力作琢下，克服上升水流的向 上作用力，而沉降到槽体底部从排矿口排出；非磁性细粒脉石和矿泥在上 升水流的作用下，克服重力等作用而顺着上升水流进到溢流中。 1 3 4 磁团聚重迭枫 磁团聚重选理论是由地矿部矿产综合利用研究所于8 0 年代末发展起来 的种新的弱磁选理论，并成功研制出了弱磁选精选设备一磁团聚重选机。 他们认为，萃 用不周矿物颞粒磁性和比重等多种性质的差异，综合磁聚力、 昆明理工大学硕士学位论文 第一章文献综述 剪切力和重力等多种分选作用进行分选。即首先使磁铁矿石在低磁场作用 下或完全不用外磁场，在磁铁矿乘磁的相互作用下，于弥散悬浮的运动状 态形成轻度磁团聚，并对矿浆施以剪切力作用。打破磁化矿浆的结构化状 念，使其进入“分散团聚”的强烈流变状态，实现选择性磁团聚，使磁铁 矿聚团得以不断净化，同时利用磁团聚与分散的脉石和连生体颗粒显著的 沉降速度差异，在重介质分选环境中采用重力分选作用完成分选n 磁团聚重选机主要由分选筒体、磁系、给矿槽和水包等几大部分组成， 如下图1 5 所示。 幽1 5 中2 5 0 0 磁团聚重选机 1 一底锥；2 一简体t3 一支架；4 一中心筒i 卜溢流糟；6 激流锥l 7 一浓度监涮管l8 一寅行器；9 升降轩：柏给矿槽 1 l 绘矿管； 1 2 内磁系；1 3 _ 中磁系；1 4 外磁系；1 卜饴水环 1 6 水包；1 7 _ 精矿阀 磁化后的矿浆通过给矿槽1 0 由给矿管1 1 水平切向给入分选筒体2 的 中上部，在简体内采用锶铁氧体永磁块设置3 4 层分层分散的小型永磁铁 磁系。从而在分选区内形成3 4 层不均匀弱磁场，使磁铁矿颗粒在分选区 内受到间歇、脉动的磁化作用，形成适宜的轻度磁团聚。磁团聚重选机从 简体下部水包1 6 和给水环1 5 沿圆周切向给入分选水流，分选水流是由下 而上旋转上升的，在此水流作用下，分选矿浆处于弥散悬浮状态。水流以 一定的压力切向给入产生水力搅拌作用，对分选矿浆施以剪切作用力。水 流的剪切作用自下而上随着圆周速度的降低，而逐步减弱。调节分选水流 昆蜊埋工大学硕士学位论文 第一章文献综述 的水压，使其能破坏矿浆的结构化状态，不断分散磁团聚，使分选区的矿 浆处于“分散团聚”的反复状态。矿浆给入分选机后，进入“分散团聚” 的流变状态，在旋转上升水