淘洗机磁场强度对分选效果影响的研究

王泰安，王世杰

(沈阳工业大学机械工程学院，辽宁沈阳110870)

磁选技术作为提纯降杂十分有效的技术手段，具有工艺流程短、成本低、污染小等特点，可以有力地推动矿业技术的进步，实现矿山的绿色和谐开采。电磁淘洗机是一种靠磁力、重力、水流冲力以及矿物颗粒相互之间的碰撞联合作用，通过对电磁场、水流场和浓度的协调控制，在淘洗磁分选筒内部形成一种综合力场，经冲洗水剔除细粒级杂质及较粗级的连生体和脉石矿物从而使精铁矿得到有效的提纯[1-3]。电磁淘洗机可广泛应用于磁性矿的精选及浓缩，高效地剥离依附在磁性矿材上的无关杂质，完成对精矿品位的提升。

传统的电磁淘洗机设备智能化水平较低，自动控制一般采用开环控制，多为单一变量调节，参数调节为人工操作，设备工作效率低，控制效率也较差，并且容易对工作人员造成伤害[4]。电磁淘洗机的控制工业特点是变量多、耦合紧密复杂、惯性大及鲁棒性差等，目前能够通过PLC实现全自动或半自动控制，针对不同矿物，通过人工输入矿样的参数，在小范围内改变工艺参数来进行矿物分选，使分选桶中的铁矿浆在电磁场、水流场和重力场的复合力作用下实现了铁矿颗粒和非磁性矿物的分离，达到生产所要求的精矿品位。

已有的电磁淘洗机仍存在很多不足，比如：电磁场和水流场对分选效果起主要作用，当工艺参数不是最佳值时，无法对铁矿进行充分的分选，得到的精矿品位较低；为了提高分选速率，提高水流流速，部分弱磁颗粒会随上升水流进入溢流槽，造成跑尾现象，导致尾矿品位偏高[5-7]。通过研究电磁淘洗机的电磁场和磁系结构对分选效果的影响程度和规律，来确定选矿工艺的最佳参数，保证得到品位和回收率更高的精矿，对改进工业设备、设计研发新型磁选装置和指导实践应用具有实际意义。

1 试验部分

1.1 试验装置

试验依靠北方重工股份有限公司提供场地和试验设备，试验所用主要设备为电磁淘洗机(见图1)，直径φ为100 mm，通过配套的电控柜，用来调节电流大小和脉冲频率，设备实物如图1（a）所示，控制装置如图1（b）所示[8]。

图1 电磁淘洗机的试验装置

1.2 试验矿样

采用的矿石为黑山采矿场的矿样。破碎系统采用的“三段一闭路破碎、一段干选、一段湿选的流程”。本次黑山采矿场供矿总量为250×104 t/a（其中黑山Ⅰ号采石场矿石为100×104 t/a；黑山二号采石场矿石为50×104t/ a；东大洼采石场矿石为100×104t/a）。采石场不设置地下破碎，粒度为0 ～800 mm的矿石由4 m3的矿车经窄轨运至选矿厂，通过曲轨测卸到粗碎储矿仓。

1.3 试样制备

淘洗试验进行前，需要进行矿样的准备工作。首先将试验所用的矿样通过不同型号的颚式破碎机破碎。将破碎后的铁矿石用球磨机打磨，再减小铁矿颗粒直径。用标准检验筛通过洗选的方式，筛选破碎打磨后的矿石，方式为洗选。通过烘干箱，将洗选后的矿浆烘干，得到试验所用的矿样。在每次试验前，用加热盘对试验矿样进行二次烘干，防止因试验场所和时间对矿样质量的影响。

2 影响电磁淘洗机选矿效果分析

选取黑山铁矿粉矿样1.0 kg，矿粉与水体积比为1∶3调制矿浆，设定电磁淘洗机的电流大小为1 A，脉冲磁场频率为1.0 Hz，调整上升水流速度，分别选取水流速度为130 mL/s、140 mL/s、150 mL/ s、160 mL/s、170 mL/s 进行试验。由图2可以看出，随着水流流速逐渐增大，精矿品位总体呈下降趋势，下降幅度较小；尾矿品位与水流流速成正比关系，品位从30.15%增大到30.43%。当磁场强度由低到高变化时，精矿铁品位由62.32%下降至61.85%，水流流速为150 mL/ s 时，回收率最高98.38%。该因素各条件水平试验中最高铁品位62.02%，较原矿提高4.48%。

图2 水流速度对分选效果的影响

选取黑山铁矿粉矿样1.0 kg，矿粉与水体积比为1∶3调制矿浆，设定电磁淘洗机水流大小为140 mL/s，脉冲磁场频率为1.0 Hz，调整、电流大小，分别选取电流大小为0.6A、0.7 A、1 A、1.5 A、2 A 进行试验。由图3可以看出，在水流速度固定为140 mL/s的情况下，随着磁场强度的升高，精矿产率增大，幅度很大，尾矿产率随之降低。当电流大小为1 A 时，精矿铁品位最高，为62.52%，回收率为97.65%。该因素各条件水平试验中最高铁品位62.52%。

图3 电流大小对分选效果的影响

据已有的水流流速和大小，改变脉冲磁场的频率，提高矿粉在分选筒内团聚—分散—团聚的效率，以及其下降的速度。

在工作电流1.0 A、上升水流速度140.0 mL/s条件，通过电控柜改变脉冲磁场的频率，依次选取电流频率为0.5 s、0.8 s、1.0 s、1.2 s、1.5 s 进行试验。由图4可以看出，在水流大小和电流强度确定的情况下，随磁场频率变快，尾矿品位增大，尾矿回收率减小，说明磁场频率越大，从溢流槽流出的精铁矿越多。当磁场频率为1.0 时，精矿的品位最高，为62.52%，此时回收率为97.65%。

图4 磁场频率对分选效果的影响

由对比试验结果可知，物料精选产品指标提升明显，满足理论要求[9]；确定最佳工艺参数为：水流速度140.0 mL/ s，电流为1 A；精矿产率96.12%，精矿品位62.52%，回收率98.01%。

3 电磁淘洗机磁系结构改进

国内大部分厂家在设计电磁淘洗机的磁系部分时，都是先确定分选桶的内径，在保证机械结构稳定的前提下，尽可能提升分选桶的高度，增加铁矿的分选时间，提高分选效率。其中，第一组和最后一组励磁线圈分别置于分选桶的最上端和最下端，剩余线圈在中间均匀分布。

均匀的励磁线圈分布不一定是最佳的间隔位置。励磁线圈上下之间的相互距离没有明确的定值，对于不同的矿物，会有不同的宽度契合。用电磁淘洗机处理的大多数矿物，主要是将铁矿颗粒与非磁性矿物颗粒分离，打磨细度大致相同。可以通过试验得到符合一般情况的最佳励磁线圈间距。

在进行试验前，要对原试验设备的磁系结构进行修正。将原电磁淘洗机的线圈全部拆除，选用1 mm 铜线缠绕，轴向单位长度的线圈匝数为11，列数为25，共275 匝励磁线圈，分选桶外的第一匝线圈与桶壁用胶粘合在一起，用卷线机绕之后，再用绝缘胶带将励磁线圈的最外层固定。

通过电控柜设置电流为1 A，磁场频率为1.0 S，水流大小为140 mL/s，选用黑山铁矿粉矿样1.0 kg，矿粉与水体积比为1∶3调制矿浆。设定励磁线圈间距为变量，分别选取间距为20 mm、30 mm、40 mm、50 mm、60 mm 进行试验，通过试验得到的数据绘制线圈间距试验品位图和线圈间距试验回收率图。由图5可以看出，精矿的品位在线圈间距20 ～40 mm之间呈上升趋势，在线圈间距40 ～60 mm之间呈下降趋势，说明当线圈间距增大时，非磁场区域的铁团在水流的作用力下，充分的分散开，在线圈间距为40 mm时，铁矿颗粒和非磁性矿物颗粒的分离程度最大，铁矿的分选效果最佳，此时铁矿品位为62.56%。在线圈间距从20 mm 增大到60 mm 的过程中，尾矿品位逐渐提高，由29.53%提升至30.41%，整体呈上升趋势，但增加幅度不大，线圈每增加10 mm，尾矿品位提高0.4%左右，故可以忽略磁场间距对尾矿品位的影响[10]。精矿回收率曲线和尾矿回收率曲线基本为直线，变化较小。其中精矿回收率最低值为97.04%，符合实际工业的要求。

可以得出当磁场频率为1.0 Hz时，矿的品位最高，为62.52%，此时回收率为97.65%。

电磁淘洗机工作时，初始励磁线圈通持续的直流电，使该区域始终存在一个方向为下的电磁场，防止铁矿颗粒由于水流冲力过大或者其他影响因素，流入溢流槽，发生跑尾现象。因此，线圈初始位置会影响电磁淘洗机选矿效果[11]。

图5 线圈间距试验结果图

通过电控柜设置大小电流为1 A，磁场频率为1.0 Hz，水流大小为140 mL/ s，励磁线圈间距为40 mm。选取黑山铁矿粉矿样1.0 kg，矿粉与水体积比为1：3 调制矿浆，改变励磁线圈的初始位置，将初始线圈与分选桶顶部的间距分别为调整为0 mm、5 mm、10 mm、15 mm、20 mm、25 mm、30 mm 进行试验。结果如图6所示。

图6 线圈初始位置试验结果图

线圈的分布结构可以直接影响电磁场的强度。选取适当的线圈间距，可以使非磁场区域的铁矿团在水流的作用力下充分的分散开，在线圈间距为40 mm时，铁矿颗粒和非磁性矿物颗粒的分离程度最大，铁矿的分选效果最佳。初始线圈与分选桶上沿的距离约近，分选效果越好，但实际生产设计中，考虑加工工艺等因素的影响，初始线圈与分选桶上沿的间距不能为0 mm，在条件允许的情况下，尽可能减小两者间的距离，分选出较高品位的精矿。

线圈的结构和初始位置对尾矿的品位和回收率影响较小，说明改变磁系结构只会影响磁性颗粒的分选，对非磁性矿物颗粒几乎无影响。

4 结论

借助北方重工有限公司的实验装备，选定黑山精铁矿矿样，约束矿浆浓度、水流速度、工作电流和脉冲频率等参数，研究影响电磁淘洗机分选效果的因素，确定最佳工艺参数为：水流速度140.0 mL/s，电流为1 A；精矿产率96.12%，精矿品位62.52%，回收率98.01%。根据所获得的工艺参数，对电磁淘洗机磁系结构进行了改进设计，并完成了实验验证，达到了预期目标。改进后磁选设备，可提高铁矿品位1%～2%。其初始线圈的位置为内桶顶部，线圈间隔为40 mm，单匝线圈高度与线圈内外半径差相近。