SLon大型化立环脉动高梯度磁选机在刚果（金）铜钴矿的试验探索及应用

李磊，李雨涵，黄建雄

（赣州金环磁选设备有限公司，江西赣州 341000）

我国是铜和钴的消费大国，但我国的铜钴矿资源匮乏，长期依赖进口,钴矿是一种重要的战略物资，耐高温，稳定性良好，具永磁性，是制造耐热合金、磁性合金和锂电池不可或缺的原料,主要用于锂动力电池正极材料和磁性材料，广泛应用于航空、航天、电器、机械制造、化学和陶瓷工业。目前已探明世界上资源储量最大、分布密度最高矿床是横跨刚果（金）与赞比亚两国中非铜钴矿带，尤其是刚果（金）是现今全球最大的钴矿供应地［1］。随着新能源汽车快速增长及钴价逐年攀升,已在钴冶炼占据半壁江山的中国企业如华刚矿业、洛阳钼业、紫金矿业、华友钴业等一批中资矿业公司，大量投入人力物力远赴非洲刚果（金）收购矿山、设立工厂，以保障原料供应，但是钴资源的开发利用工艺复杂，尤其是细粒级尾矿中的铜钴矿回收一直是业界的难点。

1 SLon 系列磁选机在细粒级铜钴矿选别方面的探索与研究

自2010年起，赣州金环磁选设备有限公司一直在进行中非铜钴矿带尾矿中细粒级铜钴矿磁选回收工艺的探索与试验。

1.1 刚果（金）铜钴矿原矿物成分分析

中非矿带刚果（金）原矿矿样是由多家中资公司提供的综合矿样，矿物成分分析结果见表1。

表1 矿物成分分析结果 /%

1.2 华友钴业刚果（金）铜钴矿磁选试验探索

该矿样为浮铜尾矿，两个矿样分别标注为1#，2#；采用高梯度磁选机进行铜钴分离，尽量回收钴，采用强磁一粗一扫选别流程，结果见表2：

表2 试验条件及结果/%

2 SLon 系列磁选机的结构与工作原理［2］

2.1 SLon 立环脉动高梯度磁选机的结构

设备主要部件有磁轭铠装、励磁线圈、机架、脉动机构、转环组件、供水系统和各种矿斗组成，结构简图见图1。

图1 SLon 高场强高梯度磁选机结构示意

2.2 工作原理

激磁线圈通入直流电，周围产生电磁感应磁场，转环带动分选介质进入到磁场区域，其表面产生非均匀的梯度磁场。选矿时矿浆沿上铁轭缝隙流经转环，穿过分选介质，矿浆中的磁性颗粒被吸附在磁介质表面上，随着转环持续转动被带至顶部无磁场区，被冲洗水冲入磁性产品矿斗；非磁性颗粒在重力和脉动流体力的综合作用下穿过分选介质层，沿下铁轭缝隙流入非磁性产品矿斗；完成磁性颗粒与非磁性颗粒的分离。

2.3 技术特点

（1）SLon 立环脉动高梯度磁选机使磁性矿物颗粒和非磁性矿物颗粒分别受不同的综合力场作用；磁性颗粒受电磁力被捕获，非磁性颗粒受重力与脉动流体力，产生脉动振动，顺利通过分选介质层；使磁介质不易堵塞，同时在分选过程中得到高富集比和高分选效率。

（2）圆型转环设计，持续将分选介质带入和带出磁场区域，转环顶部采用冲洗水反冲精矿，防止大颗粒矿物堵塞分选介质，采用大包角半封闭式垂直磁场高梯度磁系，设置倒三角型大坡度尾矿斗和高频脉动冲程机构，设计及优化线性排列的磁选棒介质，便于磁性矿粒的收集和非磁性矿粒的排出，极大地提高了设备多粒度多矿中的适应性，使设备性能日臻完美。

随着矿物对磁选机技术创新要求的不断增长，为了降本增效，填补国内外缺乏大型细粒弱磁性矿石选矿设备的空白，磁选机开始向着大型化、高场强、智能化、节能、环保的方向发展。

3 SLon大型化磁选机的研制及在刚果（金）铜钴矿选厂的应用

3.1 SLon 磁选机大型化的研制目标

（1）设备大型化，增大台时处理能力；智能化、自动化程度高，能实现远程集中控制。

（2）激磁线圈磁场稳定，设计水循环系统、温控系统；磁介质长期不堵塞、选矿指标稳定。

3.2 SLon大型化磁选机的优化设计--大型磁系机构

SLon 立环脉动磁选机大型化的主要设计点在改进和优化磁系结构大型化；如图2 设计，从上向下依次为左、右上磁轭，左、右中铁轭，激磁线圈和下磁轭，上磁轭的固定由边缘卡槽和螺栓联结，分选区域内采用弧形月牙板支撑，月牙板的弧形隔离区域，为分选转环和分选介质的穿越区［3］。

图2 大型磁系结构示意图

3.3 该磁系结构的优点

（1）大型磁系在保证磁场强度的前提下减少了磁头铁轭材料用量，同时该设计增加了分选区域空间，提高了磁选机处理能力；采用了半包围组合式的磁系结构，分体式组合底壳，便于设备的检修和安装维护。

（2）大型的磁系空间可使激磁线圈的外形扩大，水内冷结构的线圈铜管内径变大，有效提高冷却效率，使线圈的热交换更快，确保设备具有持续稳定的激磁性能，以保证和满足微细粒级弱磁性矿对磁场稳定性的要求。

（3）同等处理量的情况下大型化设备比小型设备能耗更低，图3 为各型号SLon 磁选机能耗对比情况。大型化设备的吨矿石能耗显著下降。

图3 SLon 磁选机处理每吨矿石能耗对比

3.4 SLon-2500（1.3T）磁选机在紫金刚果（金）穆索诺伊矿业中应用

目前紫金刚果（金）穆索诺伊矿业使用两台SLon-2500（1.3T）和两台SLon-2250（1.3T）磁选机进行一粗一精选别；浮选尾矿经脱泥后用滚筒弱磁选机选出机械铁，铜钴品位分别为：铜0.7%,钴0.05%，干矿量：200t/h，矿浆浓度：20%～25%，真密度约2.7t/m3；细度：-0.074mm占60%；通过计算可得出矿浆的体积量约为：

V浆=V矿+V水=（M矿/ρ矿）+｛(M矿/R)-M矿｝

注：V浆- 矿浆体积，M矿- 矿石质量，ρ矿- 矿石真密度，R- 矿浆浓度

根据上述公式和矿石的浓度范围可计算得一段强磁粗选的体积量范围为：

R 为20%时：V浆=（200/2.7）+｛(200/0.2)-200｝

=874M3

R 为25%时：V浆=（200/2.7）+｛(200/0.25)-200｝

=674M3

该段选型的两台SLon-2500 机最大体积处理能力为800M3/h，为了能够达到该体积量的处理要求，该项目设备磁系采用了优化的大型化磁系结构，满足了体积量要求，效果良好。表3 试验指标，表4 为实际生产指标和设计指标对比。

表3 两台标准SLon-2500 机试验条件及指标 /%

表4 现场生产生产指标和设计指标对比

入磁选原料铜品位0.54%～0.86%、磁选铜精矿品位2.11%～4.33%、回收率15.79%～36.83%；入磁选原料钴品位0.036%～0.053%，钴品位0.22%～0.26%，回收率19.88%～44.46%。

生产指标和试验指标走势高度吻合，并好于设计指标，随着入选铜品位的提高，钴的回收率显著提高，见图4。

图4 生产指标和试验指标走势图

3.5 SLon-3000（1.3T）磁选机在华刚刚果（金）SICOMINES 铜钴矿中应用

（1）SICOMINES 铜钴矿样进行强磁一粗两扫选别，同场强不同介质对比，试验结果见表5。

从表5 的试验数据来看，矿样直接通过高场强一粗两扫流程分选后，Φ2mm 介质所得到的强磁精矿Co 的综合品位为0.63%，产率为36.36%，回收率为56.79%，且尾矿中Co 的品位降低至0.22%左右，指标较好。

表5 华刚刚果(金)铜钴矿磁选试验结果 /%

（2）华刚刚果(金)SICOMINES 铜钴矿的设备使用及流程

经过探索试验，为了实现微细粒尾矿中铜钴矿回收利用工艺的技术突破，2019年度华刚刚果（金）SICOMINES矿业公司，购买6 台SLon-3000（1.3T）大型立环脉动高梯度磁选机，用于细粒级浮选尾矿中的铜钴回收，推荐流程见图5：

图5 细粒级浮选尾矿中的铜钴回收流程图

该流程在浮选尾矿中微细粒钴矿回收上；实现了给矿Co品位0.4%，综合Co精矿品位达到0.8%，产率38%以上，总回收率60%以上的优良指标，显著提高了细粒弱磁性矿石尤其微细粒级铜钴矿的选矿技术，效益可期。

4 结论

（1）经过多批次、多种工艺的工业化应用表明，SLon 系列磁选机在粗选抛尾、提高精矿品位、细粒级尾矿回收等多方面都表现优异，产品应用面广，对品位低、细粒弱磁性矿选矿适应性强，性能卓越。

（2）SLon大型化磁选机经过不断优化改进和完善，在非洲刚果（金）紫金穆索诺伊矿业和华刚刚果（金）SICOMINES 矿业的细粒级铜钴矿回收中得到成功应用；使我国对外投资企业的细粒级磁选关键技术实现突破性进展。也为提高全世界的细粒弱磁性矿石尤其微细粒级铜钴矿的选矿技术水平作出积极贡献。