大颗粒立环脉动高梯度磁选机的研制与工业应用

李泽萍 饶宇欢 解志锋 丁 利 万 鹏 熊大和 曾招科

（赣州金环磁选设备有限公司，江西 赣州 341000）

磨矿能耗是选矿厂重要的成本来源，实现“多碎少磨、提高入磨品位”已成为选矿界降本增效的普遍共识。我国铁矿资源呈现“贫、细、杂”的特点，在矿石入磨前进行预选抛废，实现“能收早收、能抛早抛”，不仅能大大降低企业能耗，还能提高设备的生产利用率，达到降本增效的目的［1-3］。

目前，混合型铁矿石或弱磁性铁矿石破碎后若没有高效预选抛尾作业，大量废石进入球磨机，不仅增加后续作业的负荷，而且导致细粒尾矿排放量增加，缩短尾矿库的使用寿命，因此急需适应此类矿石粗粒预选的设备［4-5］。近年来，高压辊磨及大颗粒（粒度范围为2～5 mm）立环脉动高梯度磁选技术的迅速发展，为该类矿石的高效预选提供了可能。弱磁性矿物的高效预选，可以大大减少入磨矿量，降低设备运行成本［6-9］；预选出的粗粒尾矿可分出部分建筑用砂，既减排又增效，还可延长尾矿库的使用寿命。因此，将高压辊磨—粗粒湿式强磁预选工艺应用于弱磁性铁矿石的磨前预选拋尾具有重要的意义［10-13］。

本文概述了SLon-大颗粒立环脉动高梯度磁选机的研制过程，介绍了其工作原理及结构特点，并以安徽周油坊贫磁铁矿-镜铁矿混合矿石和印度某赤铁矿为研究对象，开展了SLon-大颗粒立环脉动高梯度磁选机应用研究，结果表明设备运行稳定，选矿指标优异，可为后续工业推广应用提供参考。

1 SLon-大颗粒立环脉动高梯度磁选机

1.1 研制

立环脉动高梯度磁选机是一种利用磁力、脉动流体力和重力等综合力场的选矿设备。传统SLon立环脉动高梯度磁选机用于处理微细粒级（-1 mm）弱磁性矿物，其中-0.074 mm粒级需占30%以上，相应各部分的结构（包括磁介质堆、精矿斗、精矿收集槽、尾矿斗等）均按照此适用条件进行设计。当给料粒度大于1 mm时，磁选机中的磁介质易发生堵塞，同时物料在矿斗、管道中流动不畅，矿斗快速磨损、磨穿，无法正常生产。

针对实际生产需求和设备现状，赣州金环磁选设备有限公司相关技术人员对传统立环脉动高梯度磁选机进行了技术改造，研发了大颗粒立环脉动高梯度磁选机。其在保留原有的磁系结构、激磁线圈、转环部分、传动机构、脉动机构的基础上，创新性地设计了磁介质堆、精矿斗、精矿收集槽、尾矿斗等，克服了大颗粒物料流动性差、易沉淀堆积、冲刷磨损内壁等问题，满足了大颗粒物料对磁选机分选通道的所有要求，实现了对不超过5 mm大颗粒弱磁性物料的预先抛尾，节能减排效果显著，提高了弱磁性贫矿资源的开发效率。

1.2 结构、特点及工作原理

1.2.1 结构及特点

SLon-大颗粒立环脉动高梯度磁选机主要由脉动机构、铁轭部分、激磁线圈、转环组件和各种矿斗、水斗组成［14］，且磁介质盒均采用导磁不锈钢材质的圆棒或钢板网，具体结构见图1。

SLon-大颗粒立环脉动高梯度磁选机采用低电压、大电流、低电流密度的激磁方式，具有磁场稳定性高、设备操作安全方便等特点，作业率大于98%；磁系设计新颖，磁介质组合合理，背景磁感应强度可高达1.8 T，能为矿物分选提供持续的高梯度磁场，矿石分选效率高；转环立式旋转，反向冲洗磁性产品，粗颗粒矿石不必穿过磁介质堆便可冲洗出来，磁介质不易堵塞；矿石分选粒度上限可达5 mm，下限低至2 μm；采用水内冷、双循环冷却方式，线圈冷却速度快，同时配备线圈智能温控系统和管路清洗系统，便于线圈日常维护，线圈设计使用寿命可达10 a以上。

1.2.2 工作原理

当设备的激磁线圈通入直流电后，可在分选区产生感应磁场，此时分选区的磁介质表面会产生非均匀磁场（即高梯度磁场）；当转环沿顺时针方向旋转时，磁介质堆不断被送入和运出分选区；矿浆缓缓从给矿斗进入，沿上铁轭矿缝隙流经转环。矿浆中的弱磁性颗粒被吸附在磁介质堆表面，并随转环运动至顶部无磁场区，在垂直冲洗水的冲刷下进入磁性产品矿斗，而非磁性颗粒在重力、流体力的作用下穿过磁介质堆，沿下铁轭矿缝流至尾矿斗后外排，从而实现非磁性颗粒与磁性颗粒的分离。

2 大颗粒立环脉动高梯度磁选机的应用

2.1 安徽周油坊镜铁矿石的湿式预选

安徽金日晟矿业周油坊铁矿石属于低磷低硫单一酸性氧化铁矿石，主要为贫磁铁矿-镜铁矿混合矿石，原矿品位低（TFe品位为25%～29%）、嵌布粒度粗细不均，磁铁矿、镜铁矿主要与脉石矿物共生，矿物种类较简单，原采用破碎—阶段磨矿—弱磁选—重选—阶段强磁选—反浮选联合工艺处理，流程复杂，指标波动较大。为优化工艺流程，实现降本增效的目标，最终确定入磨前先采用赣州金环大颗粒立环脉动高梯度磁选机进行预选抛尾，大大降低后续作业的处理量，为获得良好的选矿技术指标创造条件。

2.1.1 条件试验

2.1.1.1 给矿粒度试验

取-2 mm、-3 mm和-4 mm粒度代表性矿样若干份，采用2台SLon-500型大颗粒立环脉动高梯度磁选机模拟工业生产应用条件，进行2次粗选试验，背景磁感应强度分别为0.7 T、1.0 T，冲次均为200 r/min，棒介质直径均为5 mm，给矿粒度对选别指标影响试验结果见表1。

由表1可知，不论给矿粒度为-2 mm、-3 mm还是-4 mm，经过2次粗选，尾矿TFe品位均降至13%以下，并且2次粗精矿累计回收率大于80%；粒度越粗，尾矿品位和回收率越低。综合考虑，确定后续试验给矿粒度为-4 mm。

2.1.1.2 棒介质直径试验

采用2次粗选，背景磁感应强度分别为0.7 T、1.0 T，冲次均为200 r/min，给矿粒度为-4 mm，棒介质对选别指标影响试验结果见表2。

由表2可知，随着棒介质直径的增大，2次粗选精矿累计TFe品位从36.44%升高至37.56%，而TFe回收率从92.07%降低至84.59%。综合考虑，确定后续试验棒介质直径为5 mm。

2.1.1.3 背景磁感应强度试验

采用2次粗选，冲次均为200 r/min，给矿粒度为-4 mm，棒介质直径为5 mm，背景磁感应强度对选别指标影响试验结果见表3。

由表3可知，随着背景磁感应强度的升高，2次粗选精矿累计TFe品位降低，TFe回收率增大。综合考虑，确定后续试验背景磁感应强度分别为0.7 T、1.0 T。

2.1.2 现场工业试验

2020年9月中旬，2台SLon-3500大颗粒高梯度强磁机在周油坊铁矿开始安装，并于10月初正式投入工业生产，棒介质盒介质直径为5 mm，冲次均为200 r/min，给矿粒度为-4 mm，背景磁感应强度分别为0.7 T、1.0 T，工业试验结果见表4。

由表4可知，工业试验可获得与实验室基本一致的良好选别指标，说明将SLon-3500大颗粒高梯度强磁机应用于周油坊镜铁矿石的湿式预选具有较好的效果。

2.2 印度某高品质赤铁矿石的应用

印度某铁矿石属于高品质氧化铁矿石，主要铁矿物为赤铁矿、镜铁矿，还含有少量的假象赤铁矿，矿石嵌布粒度较粗，TFe品位为58%～60%。该厂现有生产工艺简单，仅有碎矿作业。为了能在没有磨选作业的前提下获得较高品位的铁精矿，计划采用大颗粒立环脉动高梯度磁选机对碎至-5 mm物料进行预选。

2.2.1 实验室探索试验

2019年末，在印度当地取一批有代表性的矿样（粒级为-5 mm），模拟工业现场进行了实验室探索试验。试验采用SLon-500型大颗粒立环脉动高梯度磁选机进行1次粗选，矿浆浓度为25%，棒介质盒介质直径为6 mm，冲次为200 r/min，背景磁感应强度为1.0 T，试验结果见表5。

由表5可知，SLon-500型大颗粒立环脉动高梯度磁选机1次选别就可以获得TFe品位62.98%、TFe回收率82.04%的粗精矿。

2.2.2 工业试验

2020年7月底，2台SLon-2000型大颗粒立环脉动高梯度磁选机在现场完成安装，于8月中旬正式投入使用。在给矿粒度为-5 mm，棒介质盒介质直径为6 mm，冲次为200 r/min，2次粗选背景磁感应强度分别为0.8 T、1.1 T的情况下，工业试验结果见表6。

由表6可知，2次粗选可获得TFe品位62.11%、TFe回收率96.37%的综合粗精矿，指标良好；TFe品位26.03%的尾矿的后续加工工艺研究本文不作介绍。

3 结 论

（1）赣州金环对传统高梯度磁选机进行了多方面的技术创新，其中大颗粒立环脉动高梯度磁选机作为主要成果之一，通过独特的设计，满足了大颗粒物料入选对磁选机分选通道的所有要求，实现了不超过5 mm大颗粒弱磁性物料的直接预选，对提高弱磁性贫矿资源的开发效率和节能减排具有重要意义。

（2）安徽周油坊铁矿采用2台SLon-3500型大颗粒立环脉动高梯度磁选机对-4 mm、TFe品位28.01%的矿石进行预选，2次粗选磁场强度分别为0.7 T、1.0 T，棒介质直径为5 mm的条件下，获得了TFe品位35.06%、TFe回收率93.52%的预选精矿，抛尾产率达25.29%，大大降低了后续磨选作业的压力。

（3）印度某高品位赤铁矿石在给料粒度为-5 mm、TFe品位59.14%的情况下，采用大颗粒立环脉动高梯度磁选机2次粗选，背景磁感应强度分别为0.8 T、1.1 T，棒介质直径为 6 mm，获得了 TFe品位62.11%、TFe回收率达96.37%的综合粗精矿，TFe品位26.03%的尾矿的后续加工工艺研究本文不作介绍。