磁选柱结构改进及优化研究

朱殿冰，朱巨建，赵通林

(辽宁科技大学矿业工程学院，辽宁 鞍山 114051)

磁选柱结构改进及优化研究

朱殿冰，朱巨建，赵通林

(辽宁科技大学矿业工程学院，辽宁 鞍山 114051)

摘要：针对磁选柱实际应用中存在磁选柱溢流品位高、耗水量大和难以大型化的问题，通过对磁选柱结构及工作原理的分析，提出了磁选柱结构改进及优化方案。研究通过引入脱磁过程，优化磁选柱的结构，采用脱磁过程和交变磁场联合作用，改变了分散磁团聚的方式，降低了上升水流速度，单机处理量可提高3～4倍。实验数据表明，改进及优化的磁选柱，具有更高的分选精度，且具有处理量大，耗水量低，对资源的利用率高，对入选的原矿适应性强等优点。

关键词：磁选柱；磁团聚；励磁线圈；回收率

随着我国经济的快速发展，钢铁行业对铁精矿中硅的含量提出了更高要求，但我国磁铁矿铁精矿中硅含量平均在6.3%左右，高于国际4%的标准，因此提铁降硅工艺技术在我国迅速发展，新型磁选设备层出不穷，其中磁选柱在选矿厂中得到广泛应用，主要用于精选作业中的提铁降硅[1]。工业生产中，效果十分显著，品位提高幅度一般在2%～7%，且在节能、降耗，降低精矿成本中发挥重要作用，自1994年实际应用以来，从主体和操作上得到了不断的改进，但仍存在处理微细粒磁铁矿效果不佳、对给矿粒度的要求严格、耗水量偏大、单机处理量低难以大型化等缺点，因此，磁选柱结构改进及优化将对降低我国磁铁矿中硅含量，提高精矿品位，缩短与国际水平的差距具有十分重要的意义。

磁选柱的电磁磁系由至上而下的多组线圈组成，采用从上至下且断续周期性变化的供电方式，在磁选柱中形成连续向下且又上下浮动的磁场力[2]，是一种低弱磁场磁重选矿机。磁选柱通过多次反复的磁聚合和分散作用，充分有效地将夹杂的中、贫连生体及单体脉石从磁铁矿中分离出来，分选低品位磁选精矿效果显著[3]。磁选柱的结构见图1。

磁选柱在工业应用中，验证了其分选精度高的优点，但也暴露了一些需进一步改进及克服的缺点。

1)分选微细颗粒磁铁矿时，效果不佳。磁选柱中心处的磁场强度仅为8～16kA/m，对微细磁性颗粒的磁力作用较弱，难以抵消上升水流力的冲刷作用，致使微细粒磁性颗粒被冲入到尾矿，降低回收率。

图1磁选柱结构图

2)对给矿粒度要求比较严格。为了能够克服粗粒脉石矿物自身的重力将其冲入尾矿，势必增大上升水流，但同时会把微细粒磁铁矿冲入到尾矿，增大了尾矿品位；相反，粗粒脉石矿物会混入到精矿，影响精矿品位。因此，磁选柱要求严格的给矿粒度，通常粒度在-0.2mm左右。

3)耗水量偏高。磁选柱上升水流速度大于尾矿颗粒的沉降速度，造成了耗水量的偏高，尾矿浓度只有1%～5%，处理每吨给矿的用水数量为2～4t。

4)单机处理量低，大型化困难。由于介质流态难以控制，目前最大型号的磁选柱只有直径600mm的，处理量只能达到每小时15t左右，对于大型选矿厂，使用时设备台数多，配置困难。

2结构改进及优化设计

针对磁选柱分选区易出现磁团聚和脉石夹杂的现象，对其分选区进行改进，引入了脱磁区，可以有效地打散磁团聚，且由原来的单一稳定磁场改为交变磁场，能有效破坏磁团聚从而提高精矿品位，对水流的控制要求降低，节约水资源便于实现大型化，是一种利用脱磁过程和交变磁场充分分散磁团聚去除脉石夹杂，又能有效利用磁团聚来提高磁铁矿回收率的磁重选机。设备结构见图2。

设备主体由不锈钢筒体和包裹在外部的励磁线圈构成，结构简单。控制箱是指挥中心，通过它来控制不同线圈的励磁方式。电控系统由控制电路、驱动电路和电磁系三部分构成[3]。在主机选别区内分别有若干区域的聚磁区和脱磁区，当矿浆进入选别区后，会经历几次聚磁区和脱磁区的作用。经过聚磁区时磁性矿物在磁场力下形成竖直向下移动的磁链，利用磁团聚有效回收磁铁矿，非磁性脉石矿物在上水流作用下冲入尾矿，磁链在向下移动过程中经过脱磁区时又被交变磁场重新打碎磁链在向下移动过程中经过脱磁区时又被交变磁场重新打碎，使包裹在磁链中的脉石杂质被上升水流淘洗出来，这样经过几段聚磁、脱磁作用，非磁性介质都会很彻底地被上升水流带到上部形成溢流尾矿，从而得到理想品位的铁精矿。因此改进的磁选柱主要用于精选品位较低磁选矿精矿，效果更好。

图2改进后磁选柱结构

2.1材质的确定

筒体必须是非导磁性材料，且为了试验观察方便外筒和精选筒应该是透明的，同时考虑到要易于加工，因此确定外筒和精选筒采用有机玻璃材质。

2.2筒体截面积及其高度的确定

根据小型试验的需要，并参考小型磁选柱的设计经验，拟定分选腔的面积为10cm2右为宜。根据有机玻璃市场现有的规格标准，确定外筒选用内径90mm，外径100mm，壁厚5mm的有机玻璃管；精选筒选用内径40mm，外径50mm，壁厚5mm的有机玻璃管。计算出精选筒的截面积为12.56cm2参考小型磁选柱的设计经验以及磁铁矿和分选过程中磁场循环周期，综合以上各因素及探索试验的结果，分别确定外筒、精选筒各自需要的高度为140mm和精选筒的高度为120mm。

2.3磁系设计

由电磁学理论可知，电流强度I，线圈匝数n及介质磁导率μ的多层螺绕环线圈轴线上P点的磁感应强度计算见图3。

根据小型磁选柱的设计经验，线圈中心磁感应强度达到15mT左右时，基本上可以满足分选的目的。采用两组励磁线圈形成磁场，线圈套于精选筒外。根据以上公式和小型磁选柱的设计经验确定。实测值与理论值对比见图4。

根据实际需要，精选区励磁线圈需要的是轴向磁场梯度较大，线圈高度大，不利于轴向磁场梯度的提高，且由于线圈之间有一定的间隔和分选过程中磁场有一定的作用范围，故确定励磁线圈采用1.2mm铜导线，每层20列，共35层；总匝数为700匝。

Bp=∫r1r2dB=∫r1r212μnI(cosθ1-cosθ2)dr(r2-r1)=12μnIr2-r1L1lnr2+r22+L21r1+r21+L21æèç+L2lnr2+r22+L22r1+r21+L22öø÷

图3计算简图

图4线圈磁感应强度测定值与理论值对比

3实验研究

3.1参数水平设定

励磁线圈的位置及间距影响磁铁矿回收率。试验目标是确定励磁线圈最佳位置及间距。确定设备基座为水平0位置，励磁线圈位置及间距取值范围见表1。

表1　励磁线圈位置和间距取值范围

3.2励磁线圈位置对选别效果的影响

励磁线圈位置对选分效果影响试验条件为励磁线圈的间距为5cm，试验结果表明，随着励磁线圈位置的下移，磁铁矿回收率逐渐下降到；石英混入率缓慢上升。优先考虑石英混入率大小，确定精选区励磁线圈的位置为7.7cm。

3.3励磁线圈间距对选别效果的影响

精选区励磁线圈间距对选分效果影响的试验条件为励磁线圈位置为7.7cm。由图5可看出，随着励磁线圈间距由4cm逐渐增大到7cm，回收率由99%下降为98.3%；石英混入率由0.7%上升为1.0%。励磁线圈间距的加大回收率逐渐减少，混入率缓慢增高。优先考虑石英混入率大小，应确定励磁线圈的间距为4.0cm。

图5励磁线圈间距对选别效果的影响

结果表明，励磁线圈位置及间距的改变对磁铁矿的回收率产生了一定影响。确定选别效果最佳条件为励磁项圈的位置7.7cm，励磁线圈的间距4.0cm。

3.4实验室分选研究

条件实验确定了最佳的操作参数范围，主要分选条件试验。批量试验结果见表2。

实验结果表明：从溢流的尾矿指标看，溢流品位均低于25%，溢流品位大大降低，没有出现细粒级精矿进入溢流的现象。

4结论

1)优化的磁选柱处理细粒级矿物，如-200目90%以上矿物，溢流品位明显降低，可直接抛尾，精矿回收率高，流程得到简化，无需进行浓缩后再磨再选，降低了生产成本，对水的依赖大大降低，有效地节约了水资源。

表2　矿批量试验选别结果

2)优化的磁选柱采用脱磁过程和交变磁场联合作用方案，有效打散磁团聚，对水流的控制要求降低，因此便于大型化。实验室小型设备可达到26g/cm2·min以上，较同规格的磁选柱处理量可提高的3～4倍。

3)优化的磁选柱采用空间更大的分选区，耐冲击能力强，在给矿略有波动情况下，仍处于良好工作状态，精矿品位稳定。且精矿品位提高相对较大，尾矿品位降低明显，选别精度更高。

4)选矿厂实际矿样选别试验结果表明该设备能够适应不同矿石性质的实际矿样，并获得较好的技术经济指标，适用范围更广。

参考文献

[1]赵通林.磁选柱的分选特性分析与实践研究[J].矿产综合利用，2013(6)：15-17.

[2]李庚辉，宋吉明.磁选柱在提质降硅工艺中的应用实践[J].矿山机械，2006(34)：161-162.

[3]赵通林，陈中航.磁选柱自动化控制系统[J].中国矿业，2011，20(8)：90-91，94.

[4]陈广振.磁选柱及其工业应用[J].金属矿山，2002(9)：30-31.

[5]赵通林，陈中航.小岭子磁选尾矿回收处理工艺研究[J].中国矿业，2014，23(4)：115-117.

[6]金文杰.用磁选柱选分攀枝花钒钛磁条矿的试验研究[J].中国矿业，2000，19(4)：65-67.

[7]刘秉裕，朱巨建.磁选柱在矿物分离中的应用[J].有色金属，1997(3)：32-35.

Study on the structure improvement and optimization of magnetic separation column

ZHU Dian-bing，ZHU Ju-jian，ZHAO Tong-lin

(School of Mining Engineering，University of Science and Technology Liaoning，Anshan 114051，China)

Abstract:Magnetic separation has problems in its opplications with higher overflow grade，larger water nend，difficult to be large-scale.Therefore，after analysis on structure and operation machanism or magnetic separation column，improvement and optimization plans for it was proposed.By introducing de magnetizing and opitimizing the structure of magnetic separation column，the dispersion way of magnetic agglomeration is changed under the combined effect of demagnetizing and periodic magnetic field.Thus，upper water flow rate is reduced and through put of each unit can be improved to be triple or four times of that before.Experimental data show that after improvement and optimization，magnetic separation column has advantages of higher separation accuracy，larger through put，lower water need，higher resource utilization efficiency and stronger adaptability for run-of-mine-ore.

Key words：column magnetic separation；magnetic agglomeration；excitation coil；recovery

收稿日期：2015-07-14

中图分类号：TD924

文献标识码：A

文章编号：1004-4051(2016)05-0121-03