1 磁选

关于磁选设备的进展, 已有若干专门评述^[1-4], 这里仅就搜集到的磁选论著和信息进行综合评述。

1.1 弱磁选

弱磁选进展的特点是, 利用高性能钕铁硼永磁体制造场强更高的筒式磁选机, 筒式磁选机大型化和预选大块磁铁矿石, 发展有利于提高精矿品位的弱磁选机。钕铁硼永磁体(Nd₂Fe₁₄B)的最大磁能积可达3.18×10⁵(T·A/m), 约为钐钴合金(SmCo₅)最大磁能积(1.59×10⁵T·A/m)的2倍^[5], 锶铁氧体(Sro.6Fe₂O₃)最大磁能积(0.326×10⁵T·A/m)的10倍。因此, 采用钕铁硼磁系容易提高磁选机的场强和性能。例如, 德国用钕铁硼永磁棒研制的'Permos'鼓式磁选机的磁感应强度可达0.4~0.5T, 既可用于物料的干选或湿选, 也可比较理想地用于除去强磁选给料中的磁性较强的物质^[6]。英国Boxmag-Rapid有限公司用钕铁硼永磁体研制的'Magnadrum'筒式磁选机的磁场可达0.3~0.4T, 用于分选工业矿物和磨料粉^[7]。作为设备大型化的例子如, 我国马鞍山矿山研究院继开发CTDG1210型大筒径磁选机后, 又研制了CTDG1516型更大筒径的磁选机^[3], 采用钕铁硼磁系, 筒面平均磁场可达0.4T, 用于分选大块磁铁矿石。鞍山黑色冶金矿山设计研究院与山东张家洼铁矿合作研制了一种φ1400mm×1600 mm电磁水冷磁滑轮^[8], 筒面平均磁场为0.24T, 处理能力可达200t/h, 用于预选-350mm的磁铁矿石, 8个月内从66.7万t原矿剔除含铁11.97%的7.5万t尾矿, 共增加经济效益53.42万元。为了提高设备的分选效果, 峨嵋矿产综合利用研究所将常规磁选槽改进为磁-重选机^[9], 其槽体上部由圆锥形改为圆筒形, 永磁铁氧体磁系由下部圆塔形整体磁系改为上部多层圆阵形分散磁系, 场强分布为12~0 kA/m, 并配备浓度自控系统, 可将分选区矿浆浓度控制在30%~35%之间, 该设备在首钢迁安铁矿应用的效果是:配合改进工艺流程, 提高了分选粒度, 与以往细磨细筛工艺流程相比, 在磨机容量、精矿品位和铁回收率相同的条件下, 提高了生产能力27.66%。这种设备已发展为φ300、600、1500、1800、2500mm系列产品。为了提高精矿品位, 北京矿冶研究总院研制了一种Bk-1021多力场筒式磁选机^[10]。该机采用7极开放磁系和顺流型选箱, 在选箱中部补加上升水和排粗粒尾矿, 在给料端设溢流堰和排细粒尾矿, 使随筒运行的磁性物始终受到反向水流的清洗作用, 达到提高精矿品位的目的。该机在南芬铁矿选矿厂的工业试验结果表明, 与φ1050mm× 2100mm半逆流型磁选机相比, 精矿品位高2.04%, 分选效率高10.28%, 而磁性铁回收率只低0.19%。

值得注意的是, 前苏联研究了用电化学调节法强化磁选过程^[11]。在实验室研究确定, 对难选矿石和氧化矿石, 第一段弱磁选前采用电极化作用最有前途, 精矿品位可提高1.1%~1.4%, 铁回收率提高4.5%~6.4%, 弱磁选尾矿在强磁选前再进行调节, 铁回收率又可提高1%~2.4%。对易选矿石, 极化作用后, 第一段和第二段磁选的铁回收率只能分别提高0.2%~2.8%和0.1%~2%。据认为, 效果不同是由于矿石性质、磁化强度和矿物组成不同, 还由于矿石中的氧化物的固定电位值和交换电流值及还原阴极反应电流的极限度不同。

1.2 强磁选

强磁选设备的研制主要限于永磁和电磁辊式或带式强磁选机。英国Boxmag-Rapid有限公司用钕铁硼永磁体制造了'Magnaroll'辊式磁选机^[6], 包括辊径φ75mm和φ100mm两种规格, 分别用于处理细粒和粗粒物料。它在给料带面的磁场通常为0.9~1.0T, 并可由回路产生高梯度, 分选性能比感应辊式磁选机优越, 典型应用包括提纯硅砂和长石, 提高红柱石质量和陶瓷细粒干料除铁。前苏联研制了一种旋转磁场辊式磁选机^[12], 又名电动分选装置。该机主要由输料带和带下面的与带平行配置的永磁辊构成。磁辊由三部分永磁体组成, 中部永磁体的磁极法向与辊轴垂直, 前后永磁体的磁极法向与辊轴成45°角, 形成同一平面三个方向的磁场, 辊面磁场为0.45T。分选原理是, 利用非磁性导电颗粒在旋转磁辊产生的旋转磁场中受交变电动力作用与非导电颗粒分离。该机被用于从有色金属加工渣屑和废料中回收铝、铜等金属颗粒, 导体产品纯度和回收率都可达94%以上。我国马鞍山矿山研究院继开发Cs-1型辊式磁选机后, 又研制了Cs-2型电磁感应辊式强磁选机^[13], 其辊径和有效长度分别为φ380mm和1468mm, 双辊平行配置, 共四个分选带, 磁场可在0.4~1.78T之间调节, 激磁、传动和风冷功率分别为4.23kw、13×2kw和0.09×2kw。该机在梅山铁矿用于分选12~2mm赤-菱铁矿石的指标是, 原矿含铁30.40%时, 精矿品位和回收率分别为44. 05%和78.75%, 单台设备的年经济效益为63万元。与辊式磁选机不同。带铁磁性齿板或球介质的湿式强磁选机由于构造复杂, 造价高, 加之类型较多, 发展的任务仍是推广应用和改进完善。SHP-2000型强磁选机在齐大山铁矿得到了应用^[14], SQC-6-2770型强磁选机在马钢姑山铁矿纳入生产流程, φ1500型双立环强磁选机在昆钢进一步得到了推广应用^[15]SHP-3200型强磁选机的改进包括^[16]:磁包角由83°改为70°, 激磁线圈由风冷改为油冷等。颇有意思的是, 昆钢对齿板介质平环磁选机和球介质立环磁选机用相同试料作了对比试验^[15], 结果表明, 齿板平环型的精矿品位和铁回收率分别约高4%和8%, 但立环型由于反向冲洗磁性物, 因而不易堵塞, 对隔渣、隔粗、冲洗水压和水质要求不严, 运行更加可靠。

1.3 高梯度磁选

在磁选领域, 对高梯度磁选的研究仍占有重要位置, 并取得了显著进展。Svoboda叙述了一种新型高梯度磁选机^[17], 该机采用短线圈水冷磁系, 磁场为1.2T, 输入功率110kw, 用于从南非威特沃特斯兰德残渣中回收金和铀, 能力为30t/h。前苏联新克里沃罗格采选联合公司和黑色金属选矿研究院合作研制了ЭКМФ-600型磁选机^[18]。该机采用铠装电磁磁系和网眼13.5mm×5.1mm冲孔网板作分选介质, 磁感应强度为0.5T, 处理能力可达30Ot/h, 用于处理细度95%-0.045mm的氧化铁石英岩。铜矿资源丰富的赞比亚对高梯度磁选给予了重视, 最近用背景磁场1.3T、分选罐尺寸23mm×32mm×104mm(有效容积42ml)、充填5%50~100μm钢毛的横向磁场高梯度磁选装置, 对5~38μm的铜精矿和原矿作了试验研究^[19], 在给料流速7cm/s和清洗流速14cm/s条件下分选二次, 前一种磁性产品的黄铜矿和斑铜矿含量由72%提高到86%, 回收率为82%;后一种磁性产品的铜矿物含量从16%提高到44%, 回收率为72%。在国内, 高梯度磁选已跨入工业应用时期, 由中南工业大学和江西赣州有色冶金研究所合作研制的SLON-1000型立环脉动高梯度磁选机已发展为SLON-1500型^[20], 其分选环直径由1000mm增至1500mm, 处理量由5t/h提高到30t/h, 且结构有所改进, 性能有所提高, 第一台SLON-1500型磁选机于1989年安装在姑山铁矿, 处理矿泥和强磁选细粒尾矿等难选混合物料, 原预计年经济效益106万元^[21], 实际达到了108万元。1990年通过技术鉴定后, 该矿又订购了一台SLON-1500型脉动高梯度磁选机。近两年来, 还在弓长岭铁矿和铜录山铜矿分别应用了五台与一台SLON-1500型立环脉动高梯度磁选机。对脉动高梯度磁选原理也作了进一步探讨^[22]。中南工业大学对盘古山钨细泥的脉动高梯度磁选试验研究也获得了好指标^[23]:含WO₃0.74%的钨细泥在合适条件下分选一次, 得到WO₃含量17.90%和回收率73.78%的钨精矿; 与非脉动高梯度磁选相比, 精矿品位高13.99%, 回收率只低1.09%。由中南工业大学和醴陵市科技开发中心合作研制的CL-φ500mm周期式振动高梯度磁选机^[24]填补了我国高岭土高梯度磁选的空白。该机的罐径和高分别为500mm和300mm, 磁场可达2T, 耗功率约220kw, 处理量约为2t/h。工业试验表明, 该机的激磁和冷却性能良好, 能有效除去高岭土中的含铁顺磁性微细颗粒, 显著增加高岭土和成瓷白度, 可产生较好的经济和社会效益。

关于高梯度磁选理论, 自1973年Watson提出磁捕收颗粒数概念^[25]以来, 已建立了相当完整的磁捕收理论。最近, Svoboda等人根据能量观点, 探讨了高梯度磁捕收新理论^[26]。他认为, 顺磁性颗粒在高梯度磁场中与铁磁性捕集丝相碰撞时, 具有的总作用能为范德华-伦敦作用能、双电层作用能、平均磁能和剪切应力对颗粒作功之和, 并由此导出被介质丝捕收的颗粒半径(限定颗粒粒度)与颗粒磁化系数、磁场强度、介质丝磁化强度和半径、流体速度和密度及粘性系数等的关系式。

1.4 超导磁选

超导磁选已进入大型化工业应用时期。美国Eriez磁力公司继1986年将重250t、直径为2134mm罐式超导磁选机用于J.M.Huber公司高岭土加工厂提纯高岭土后, 不到一年, 同一公司又订购了一台重250t、直径3048mm的同类型超导高梯度磁选机^[27], 当该机正在制造时, 又订购了第三台这种设备, 按计划已于1990年第一季度安装运转。这是世界上最大的超导磁选机, 超导磁体用Nb-Ti线绕制, 液氦冷却至-269℃, 只需每个周期的开头供给激磁电流, 在60秒内, 磁场可由零升至2T, 然后不需外电能仍能维持2T磁场, 周期末关闭时, 磁体'归还'的电能约为启动时'借去'电能之半。超导磁选的成本比普通高梯度磁选稍高些, 第二台设备的生产成本又比第一台稍高些。德国KHD洪堡·韦达格公司已将一台Descos超导筒式磁选机售给土耳其^[28], 用于将弱磁性的蛇纹石脉石与菱镁矿分离, 原矿粒度为100~4mm, 约含SiO₂20%、Fe₂O₃4%, 干选一次得含SiO₂1.5%和Fe₂O₃0.3%的菱镁矿粗精矿。该机的规格为$\varphi$120Omm×1500mm, 磁场可达3.2 T, 处理量为100t/h, 能耗约为1.5kW·h/t, 是世界上第一台用于粗粒分选的超导磁选机。现在期望用'高温'超导体开发第三代超导磁选机^[29]。

2 电选

Kelly和Spottiswood用三篇论文全面评述了电选理论。第一篇评述了基础原理, 包括静电学:颗粒特性, 即颗粒导电率(Band理论、电子捕获和其它形式的导电), 半导体的表面电子学性质; 颗粒或金属接触的等效回路, 流体中的颗粒运动。第二篇评述了颗粒电性的测量和颗粒荷电的机理。电性测量包括电场测量, 荷电量测量, 接触荷电量累计测量和导电率测量。颗粒荷电机理包括电晕荷电, 感应荷电, 摩擦荷电, 荷电速率, Coehn法则。第三篇评述了静电选矿实践, 包括静电选矿机的理论分析(受力分析), 静电选矿机的经验分析, 设备参数, 分选回路, 三篇论文涉及95篇文献。关于电选的工艺和理论研究也有一些报导。国外有人用添加剂产生大量摩擦电荷的方法将KCI与NaCl分离。该法利用KCl与NaCl摩擦带电的差别, 在物料中加入适量添加剂，使之在流动层皮带运输过程中摩擦带电, 然后在分选机中得KCl精矿, KCl精矿品位可达92%, 回收率为50%。A.L.沙洛姆等人探讨了将非均匀交流电场分离技术用于液体和气体介质条件下的分选机理^[34], 建立了电场强度、荷电量和库仑力与惯性力之比的表达式。

参考文献略