磁选环柱的研制

磁选环柱的研制

传统磁选设备的典型代表是永威磁干燥机，它在中国的大型磁力厂、中大型磁力厂和小型磁力厂仍占主导地位。永磁筒式磁选机的磁场力较大,且为恒定磁场,在对磁铁矿的选别过程中存在强大的磁团聚作用。磁团聚使磁选过程选择性降低,产生“磁性夹杂”和“非磁性夹杂”。“磁性夹杂”使连生体进入磁选精矿,“非磁性夹杂”使单体脉石进入磁选精矿,从而导致筒式磁选机难以获得高品位精矿。磁选柱是一种电磁式脉动低弱磁场磁重选矿设备,近年来,在全国几十家磁铁矿选矿厂得到广泛应用。生产实践证明,磁选柱能够有效地剔除磁团聚中夹杂的单体脉石和连生体,获得高品位铁精矿,为磁铁矿选矿厂提铁降硅工程和选矿技术进步做出了贡献,创造了较大的经济效益。总体上来看,磁选柱是一种高效的磁铁矿精选设备,但在工业生产实践中也发现其存在进一步完善的必要和可能。1磁选柱的主要特点虽然磁选柱有它的独特优势,但在结构设计上还不尽合理,这就是其尾矿排出采用的是“顺流而上”的方式。所谓“顺流而上”的排尾方式就是利用上升水流动力把粗大颗粒脉石和中、贫连生体向上冲入尾矿,从磁选柱上部排出。磁选柱“顺流而上”的排尾方式必然导致为克服粗大颗粒脉石和中、贫连生体的沉降速度而增大上升水流速度,而上升水流速度的增大又会使微细颗粒磁铁矿进入尾矿,造成尾矿品位偏高;反之,粗大颗粒则会因沉降速度大于上升水流速度而向下运动进入精矿,从而降低精矿品位。这种排尾方式使磁选柱在生产中存在着一系列不足之处,主要有:(1)对给矿粒度要求严格。磁选柱要求给矿粒度范围为-0.2mm以下。粗选作业的给矿一般是一段磨矿分级溢流产品,-200目含量在45%～60%之间,精选作业的给矿-200目含量一般在75%～95%之间。因此磁选柱适合用于精选作业,不适合用于粗选作业。(2)对微细颗粒磁铁矿选别效果不理想。工业生产实践表明,随着磁选柱给矿粒度-200目含量的增加,微细粒级别磁铁矿颗粒含量增加,而磁场力对微细磁铁矿颗粒的作用效果较弱,使其沉降速度减小,难以克服上升水流动力的作用,因此容易出现溢流跑黑现象,造成尾矿品位偏高。(3)耗水量偏大。磁选柱工作时,上升水流将脉石和连生体颗粒从磁聚团中淘洗出来形成的尾矿,从磁选柱上部排出,所以上升水流的速度必须大于尾矿颗粒的沉降速度,这种“顺流而上”的尾矿排出方式是造成其耗水量偏大的根本原因。一般情况下,尾矿浓度较低,仅为1%～5%,处理每吨给矿需用水2～4t。(4)处理量偏小。目前ϕ600mm磁选柱是工业上应用的最大规格的设备,其处理量只有15t/h左右,满足不了大型选矿厂的生产需要。造成这种情况的主要原因,一方面是顺流而上的尾矿排出方式使磁性颗粒向下进入精矿的绝对运动速度减小;另一方面是当处理微细粒级给矿时,磁性颗粒本身的沉降速度就偏小,所以影响设备的处理量。(5)其它不足。为保证磁选柱的给矿粒度满足要求,一般要在其前段设置筛分设备控制给矿粒度,后段溢流尾矿由于品位较高须浓缩后磨矿处理,使磁选柱工艺流程复杂。另外,ϕ600mm磁选柱的高度为4.2m,厂家使用时普遍认为高度过高,给设备配置带来一定的困难;磁选柱的尾矿由设备上部排出,精矿由设备下部排出,给管道的配置带来不便。这些不足限制了磁选柱更广泛的工业应用,所以研究开发既能保留磁选柱的优点,而又能克服其不足之处的新型高效磁选设备就具有十分重要的意义。磁选柱上述不足主要源于其“顺流而上”的尾矿排出方式,为克服其不足,作者设计采用“顺流而下”的尾矿排出方式的新型设备——磁选环柱。2磁极结构与选集过程2.1磁选环柱结构磁选环柱由上下两个分选区构成,上部为粗选区,下部为精选区。上部粗选区为单一的分选筒;下部精选区由分选筒和内筒构成内外两个腔,内筒内部作为尾矿腔,分选筒和内筒之间为精选环腔。给矿管位于粗选区上部轴向中心,垂直于尾矿腔;切线给水管设置于精选环腔下部,给水进入精选环腔,一少部分水随精矿由精矿排矿管排出,大部分水在精选环腔内旋转上升,然后从内筒上边缘向下进入尾矿腔,由尾矿排矿管排出。磁选环柱结构见图1。磁选环柱主要由给矿斗、分选筒、溢流管、电磁铁环轭构成的粗选区磁系,励磁线圈构成的精选区磁系,锥形导向杆,给水管,精矿排矿管,尾矿排矿管,电控装置等构成。另外,在分选筒内部设有一个内筒,以内筒上边缘为界,将分选筒内部分为上部区域和下部区域,上部区域为粗选区,下部区域为精选区。电磁铁环轭磁系设在分选筒的上部区域。每组电磁铁环轭的内侧设置偶数个电磁铁极头,其目的在于将给矿矿浆中的磁性颗粒吸到分选筒周边区域,实现粗选;锥形导向杆的作用是防止给矿直接进入粗选区分选筒的中心区域,因为这一区域磁场力作用比较弱,容易造成尾矿品位过高。励磁线圈磁系设在分选筒的下部区域。在分选筒的外侧下部设有切向给水管,在精选环腔和内筒的底部分别设有精矿排矿管和尾矿排矿管。精选区的目的在于对粗选区选出的磁性产品作进一步精选。2.2粗街区的运动轨迹矿浆由给矿斗进入粗选区上部,经过锥形导向杆(其作用是防止给矿直接进入分选筒中心区域,该区域磁场力作用较弱,容易造成尾矿品位过高)稍加分散后,在顺序向下循环往复的径向磁场力和有效重力作用下,磁性颗粒及连生体形成磁链并由中心向分选筒的周围筒壁运动,而后沿筒壁向下运动;非磁性颗粒,尤其是较粗大的非磁性颗粒,在有效重力作用下垂直向下运动,进入尾矿腔成为尾矿。这两种不同的运动轨迹使给矿在粗选区沿径向产生品位梯度,中间部分品位低,周边部分品位高,从而实现了对给矿进行粗选的效果。粗选区沿筒壁向下运动的磁链以及部分夹杂的非磁性颗粒进入精选环腔,在连续向下的磁场力和有效重力及旋转上升水流动力的联合作用下,磁链向下沉降,经过多次团聚分散淘洗,最后由分选筒下部精矿排矿管排出成为高品位铁精矿;磁链中淘洗出的非磁性颗粒、贫连生体及中等连生体则在上升水流动力的作用下经过内筒上边缘后,转为向下运动进入尾矿腔,与粗选区尾矿合二为一,经尾矿排矿管排出成为作业尾矿。粗选区的选别效果可以由调节电磁铁磁系的励磁电流强度和磁场循环周期等参数加以控制;精选区的选别效果可以由调节上升水流速度、精选区磁系的励磁电流强度以及磁场循环周期等参数加以控制。2.3磁极选择环柱的特性(1)“下”排矿方式磁选环柱的设计不采用磁选柱“顺流而上”的排尾方式,而采用粗大颗粒尾矿顺其自身有效重力“顺流而下”的排矿方式直接进入尾矿腔,从设备下部排出。由于粗大颗粒尾矿不进入精选环腔,这就避免了粗粒脉石对精选作业的影响,相当于减小了精选环腔的给矿粒度上限。因此磁选环柱的入选物料粒度可以比磁选柱相对放宽,能够克服磁选柱对给矿粒度要求较严格的不足。预期磁选环柱作业前不需要设置预先筛分作业。(2)铁精矿的适应性更强,符合磁铁矿的使用特性磁选环柱由于放宽了对给矿粒度的要求,因此其对给矿粒度的适应性增强,既能适用于磁铁矿的精选作业,生产高品位铁精矿;又能适用于磁铁矿的粗选作业,抛弃低品位合格尾矿。因而磁选环柱的应用范围能够扩大到磁选厂的整个选别作业。(3)升水流速度和沉降速度磁选环柱采用粗大颗粒尾矿“顺流而下”的排矿方式,不再需要比粗大颗粒尾矿沉降速度大的上升水流速度;粗大颗粒不再进入精选环腔,精选环腔所须的上升水流速度将减小,仅需要克服夹杂在磁团聚中的细粒脉石和连生体的沉降速度即可。所以在相同给矿条件下,磁选环柱所须上升水流速度较小,耗水量得以降低,而且尾矿排出速度较磁选柱上部排尾方式快,提高了设备处理能力。3试验结果与分析3.1砂厂预处理后的批量试验纯磁铁矿取自山西省长治市超纯铁精矿选矿厂,化验铁品位为72.03%;石英砂取自鞍山石英砂厂,经破碎和磨矿加工后制成。首先通过试验获得最佳结构参数和操作参数,最后进行了批量试验,批量试验结果见表1。从表1可见,磁选环柱粗选区电磁铁磁系磁场力能够成功地使磁性颗粒在下降过程中偏转到分选筒周壁附近;内筒的设置成功地实现了对磁选柱尾矿排矿方式的根本改变。3.2磁铁矿单体解离度为9.为考查磁选环柱是否适用于粗选作业,对吉林板石选矿厂一次分级溢流产品进行选别试验。一次分级溢流产品-0.074mm含量为44.6%,粒度范围为0.7～0mm,化验品位为27.60%,磁铁矿单体解离度为85.31%。批量试验结果见表2。从表2可见,板石选矿厂一次分级溢流产品(原矿)经磁选环柱选别后,铁精矿品位54.44%,尾矿品位6.76%,尾矿产率56.30%,回收率86.21%。板石选矿厂现场实际生产情况是一次分级溢流产品经磁力脱水槽和筒式磁选机两次选别后,铁精矿品位47%～50%,尾矿品位9%左右,尾矿产率45%～50%,回收率83%～86%。从实验室和现场两者选别指标对比来看,如果在工业上用磁选环柱来代替现场的一次脱水槽、一次磁选设备,即使考虑到实验室试验和工业生产的差别,磁选环柱也具有很大的优势。3.3磁选环柱的应用为了考查磁选环柱是否适用于精选作业,对吉林板石选矿厂细筛筛下产品进行试验。细筛筛下产品-0.074mm含量为89.1%,化验铁品位为65.15%,磁铁矿单体解离度为92.37%。批量试验结果见表3。从表3可见,板石选矿厂细筛筛下产品经磁选环柱选别后,铁精矿品位68.95%,尾矿品位26.67%,精矿产率91.02%,回收率96.33%。实验室小型磁选柱处理板石选矿厂细筛筛下产品,最佳条件下铁精矿品位69.10%,尾矿品位34.00%,精矿产率88.75%,回收率94.13%。可见磁选环柱作为精选设备保持了磁选柱的优点。板石选矿厂现场实际生产情况是细筛筛下产品经过筒式磁选机获得最终精矿,铁精矿品位66.00%～66.50%,尾矿品位8.50%左右,精矿作业产率97.00%左右,作业回收率99.00%左右。试验还表明,处理板石选厂细筛筛下产品,实验室磁选环柱耗水量10m3/t,较实验室小型磁选柱耗水量18m3/t降低40%左右。处理能力磁选环柱18.75g/(cm2·min),较实验室小型磁选柱9.52g/(cm2·min)提高近1倍。4新型电磁铁环经营成盐系统(1)磁选环柱分选筒中内筒的设置成功地