聚磁介质对高梯度磁选效果的影响*

李文博 汤玉和 韩跃新 袁致涛

(1.东北大学资源与土木工程学院;2.广州有色金属研究院;3.稀有金属分离与综合利用国家重点实验室)

高梯度磁选机因在强磁场中植入导磁不锈钢介质而使分选区域获得高磁场梯度，从而实现了对微细粒级弱磁性铁矿物颗粒的有效回收。聚磁介质作为高磁场梯度的发生源及磁性矿物的捕获体，目前已有多种形式被应用于金属矿选矿与非金属矿除铁工艺中［1］。生产中常见到的聚磁介质类型包括不锈钢棒介质、齿板介质、网介质及非金属除铁中应用的钢毛介质。微细粒级弱磁性矿物回收效果差和聚磁介质堵塞影响分选效果是高梯度磁选中常遇到的两个问题，然而聚磁介质的自身特点又决定了两者是一对很难同时得到根本解决的矛盾体。以钢毛介质为例，其在磁场中可产生107数量级的高磁场梯度，对体积小、比磁化系数低的弱磁性颗粒回收效果优异，但由于其无序排列且密布充填，卸矿难度大，易造成积累堵塞而恶化分选效果，故只能应用于磁性矿物含量低的物料分选过程中。相对而言，在水平磁场中采用平行排列的不锈钢棒介质对于解决细粒级弱磁性物回收和介质堵塞矛盾具有一定优势，目前已有工业应用实例［2-3］。本研究通过对比试验，考察聚磁介质形式和直径对高梯度磁选效果的影响。

1 试样

分别以国外某微细粒赤铁矿石和广东某褐铁矿石的强磁扫选尾矿为试验矿样。国外某微细粒赤铁矿石铁品位为32.30%，主要铁矿物为赤铁矿;样品－0.043 mm粒级占89.35%，且铁矿物主要集中在－0.043 mm粒级中。广东某褐铁矿石尾矿铁品位为12.52%，铁矿物以褐铁矿为主，含有少量云母状赤铁矿，褐铁矿一般粒度为0.02～0.04 mm;样品+0.030 mm粒级的产率和铁品位分别为62.31%和6.20%，铁分布率仅30.87%，而－0.030 mm粒级的产率和铁品位分别为37.69%和22.97%，铁分布率达72.83%。

2 试验设备和试验方法

2.1 试验设备

以SSS－II型水平磁场周期式高梯度磁选机为试验设备。如图1所示，该设备其主要由铁轭、磁极头、线圈绕组、分选器、聚磁介质盒、脉动机构及传动电机等部件构成。

图1 SSS－II型水平磁场周期式高梯度磁选机结构

试验采用的聚磁介质分为圆棒介质和异型棒介质两种类型，其中异型棒介质(见图2)是在圆棒介质的基础上改进而成的，目的是使其产生的磁场梯度较圆棒介质有所提高，同时又保留圆棒介质表面磁性物吸附面积大的特点。

图2 异型棒介质

不同聚磁介质的直径(异型棒介质按中径计，中径=(外径+内径)/2)及充填率情况如表1所示。

表1 不同聚磁介质的直径及充填率

2.2 试验方法

将介质盒置于分选器内，向分选器内注水并开启脉动机构，调节液面至介质盒被浸没并保持液面稳定。给线圈通电，调整激磁电流使背景磁感应强度达到预定值后，边搅动待分选矿浆边匀速将矿浆倒入分选器内。给矿结束后停止向分选器补水，切断激磁电流，清洗介质盒。所有分选试验均为1次选别，所得精矿和尾矿分别称重、化验铁品位、计算产率和铁回收率。

3 试验结果与分析

3.1 相同充填率下介质形式对分选指标的影响

表2是背景磁感应强度分别为0.58和0.80 T时，介质直径同为3 mm、充填率同为20.20%、介质形式分别为圆棒介质和异型棒介质的1#和2#介质盒对国外某微细粒赤铁矿试样的分选结果。可见:背景磁感应强度为0.58 T时，在精矿品位相近的情况下，2#介质盒的精矿回收率较1#介质盒的精矿回收率提高6.17个百分点;背景磁感应强度为0.80 T时，在精矿品位相近的情况下，2#介质盒的精矿回收率较1#介质盒的精矿回收率提高3.17个百分点。即不同背景磁感应强度下，异型棒介质的精矿回收率均比圆棒介质有所提高。由此可知，异型棒介质对磁性颗粒的吸引力比圆棒介质更强，因此，改变介质表面的几何特征是强化磁场梯度作用，提高磁场力的有效途径。

表2 国外试样不同形式介质分选结果

3.2 相同介质间隙下介质直径对分选指标的影响

介质直径与磁性矿物颗粒的粒度具有适宜的匹配关系。在单颗粒、单根介质理想体系下，最佳的介质直径与颗粒粒径之比为2.69［4］。而在实际应用中，介质直径与颗粒粒径之比远高于该数值，但总体遵循粗颗粒选用较大直径介质、细颗粒选用较小直径介质的原则。为了考察相同介质间隙下介质直径对分选指标的影响，在0.58 T背景磁感应强度下，采用介质形式同为异型棒介质，介质间隙同为3 mm，介质直径分别为3、4、5 mm的3#、4#和5#介质盒对广东某褐铁矿尾矿试样和国外某细粒赤铁矿试样进行了分选对比试验，结果如表3、表4所示。

表3 广东试样不同直径介质分选结果 %

表4 国外试样不同直径介质分选结果 %

由表3可见，广东某褐铁矿尾矿经3种直径的异型棒介质分选后，所得精矿的品位较为接近，但4 mm直径异型棒介质所得精矿的回收率为35.53%，比3 mm、5 mm直径异型棒介质所得精矿的回收率分别提高2.14和2.98个百分点。由表4可见，国外某细粒赤铁矿经3种直径的异型棒介质分选后，所得精矿指标的变化规律与广东某褐铁矿尾矿相同，即精矿品位相差不大，而4 mm直径异型棒介质所得精矿的回收率分别比3 mm、5 mm直径异型棒介质所得精矿的回收率高出1.18和5.52个百分点。由此表明，在介质间隙保持不变的情况下，适当增大介质直径有利于提高充填率，进而提高分选空间的磁感应强度，加强对磁性物的捕捉能力，但介质直径过大时，反而会因介质表面有效吸附面积的减少和磁场梯度的下降而影响对磁性物的捕捉。

4 结论

(1)试验所采用的异型棒介质显示出比圆棒介质更强的对磁性颗粒的吸引力，说明改变介质表面的几何特征是强化磁场梯度作用，提高磁场力的有效途径。

(2)适当增大介质直径可提高精矿回收率，但介质直径过大时反而会降低对磁性物的捕捉能力。

(3)介质直径较大有利于提高充填率，进而提高分选空间的磁感应强度，但介质表面积减少，磁性物被吸附的几率降低;介质直径较小可提高磁场梯度，增大介质表面积，但充填率降低，磁损耗增加。因此，针对不同的待分选物料，应综合考虑以确定适宜的介质直径与充填率。

［1］ 李文博，韩跃新，汤玉和，等.高梯度磁选机聚磁介质的研究概况及发展趋势［J］.金属矿山，2012(9):129-133.

［2］ 杨 龙，汤玉和，张 军.水平磁系高梯度磁选机在梅山选矿厂的应用［J］.金属矿山，2009(7):86-89.

［3］ 汤玉和，李文博.SSS－II高梯度磁选机研制与应用十年回顾［C］∥中国采选技术十年回顾与展望.北京:冶金工业出版社，2012:616-620.

［4］ Oberteuffer Johnia.Magnetic separation:A review of principles，devices and applications［J］.IEEE Transactions on Magnetics，1974，10(2):223-238.