1 强磁场磁选的进展

强磁场磁选机进展的特点是高效电磁强磁选机的研制, 强磁选机的改进及永磁强磁选机的迅速发展。

电磁感应辊式强磁选机是一类重要的强磁选设备, 主要在原有感应辊式磁选机的基础上向着多级分选、高处理能力和高效的方向发展。前苏联研制成功一种新型电磁感应辊式磁选机, 采用下部给料使物料进入分选区, 同时还增加了辊的直径, 辊与磁极头间的工作表面具有独特的形状, 并且操作维护方便, 其特点为:可在一次选别作业中获得磁性不同的四种产品, 可以直观地操作和调整分选过程, 可使感应辊工作表面单位面积的处理量提高, 比与其相应单位处理量的磁选机的重量减少50% ~ 88%, 按单位处理量计的电能消耗可降低33% ~ 75%。这种磁选机可用于有色金属选矿厂, 玻璃工业以及其他工业部门的弱磁性矿物的干式磁选。英国伯明翰Master Magnet有限公司研制了四辊1000型感应辊式磁选机, 磁感应强度可超过2.0T。1000IR型磁选机有1、2、4、6辊几种机型, 根据给料而定, 以适应所处理的特定矿石。借助无级变速马达控制辊速; 借助装有现代化电路系统的控制板, 可控制磁系的激磁电流。英国Boxmag-Rapid公司也研制了一种磁场范围大的感应辊式磁选机, 用于工业矿物和磨料工业中.在国内, 湿式感应辊式强磁选机已广泛用于锰矿的分选, 同时也研制了一些高效的设备, 如马鞍山矿山研究院研制的CS-2型粗粒湿式电磁感应辊式强磁选机, 其粒度上限为l5mm, 为粗粒弱磁性矿石强磁选别开辟了新途径.但国内现有的感应辊式强磁选机均作为一段分选设备, 随着矿物资源的开发利用, 为强磁选机开拓了更为广泛的应用前景。一段分选的感应辊强磁选机已满足不了发展需要.为此, 北京矿冶研究总院研制了同时完成两次选别的湿式感应辊式强磁选机, 型号为I/IQCG25/105, 其最大磁感应强度上辊为1.4T, 下辊为1.8T.特点为上下辊分选间晾的磁感应强度可以根据矿物分选工艺分别进行调节, 采用复合型磁极对, 极头及辊表面采用喷涂处理, 线圈用水外冷却, 该机运转平稳可靠, 易于操作与维修。

E. A. Mehdrdla等介绍了一种用于烟尘回收的强磁选机, 此机采用U型电磁系, 其中间为7个旋转的类似螺丝结构的铁芯, 当烟尘流过时, 其中的r-Fe₂O₃颗粒被吸附于铁芯上, 通过铁芯旋转到弱磁场区将磁性物卸去, 该机处理烟尘的处理量为20t/h, 回收粒度为0.1mm。

强磁选机在其结构优化, 防止堵塞, 提高处理量及分选效率等方面取得较大进展。琼斯磁选机在DP317的基础上形成了改进型DP317-S, DP317-S型具有更强的磁场和更大的处理量, 同时开发出3种不同的介质板, 8R型齿板用于处理中等尺寸的赤铁矿和-1.5mm的褐铁矿, 4R齿板处理6mm的粗粒赤铁矿, 12R齿板用于选别-50μm的超细物料.前苏联提出了一种强磁选机的介质, 由带凸棱和齿槽的铁磁性板构成, 垂直安装在极间间隙之中.其特点是在水平和垂直方向上, 交错排列的连续的沟槽构成上述的凸棱, 这样可提高分选过程的效率。前苏联研制的6-ERM-35/315电磁强磁选机。由3个转环构成。其实质上是在ERFM-1型强磁机的基础上进行了改进, 使分选间隙扩大到4mm, 采用特殊的介质板, 使得矿一浆在介质表面形成薄流膜层, 分选指标明显提高, 同时避免了介质堵塞。国内对用于湿式强磁选机的新型"Z"形介质板进行了研究, "Z"形介质板用于东鞍山赤铁矿选别比常规三角形齿板取得较大的回收率。主要原因是由于"Z"形介质板多次迂回曲折, 使矿浆重新分布, 且使流速变缓, 形成薄流膜, 加之分选空间磁场的强弱及梯度高低的网状分布, 增加了矿粒的捕获几率及捕获力, 使磁性矿物的回收率提高。

A. W. Stradling对应用在砂矿中的交叉带式磁选机的数学模型进行了研究。得出了每一磁极回收矿物的临界比磁化率与磁极场强及皮带上矿物的回收概率之间的关系, 可以由此确定选矿指标的好坏。黄冲分析了CS-1型湿式感应辊式强磁选机的磁场特性, 建立了矿粒在分选间隙中运动轨迹模型, 通过对该模型数值化, 得到了不同粒度、不同磁性的弱磁性矿粒在分选间隙中的分选特性。

稀土永磁铁的出现使磁选领域发生重大变革, 由于永磁强磁选机结构简单, 节省能耗等优点, 所以新型的永磁强磁选机不断出现。

稀土永磁带式磁选机是一种应用较多的永磁强磁选机, 作为机头的磁辊由稀土永磁圆盘与薄的钢圆盘交替排列组成, 当薄皮带运送的物料通过该辊时得到分选。英国伯明翰Boxmag-Rapid公司生产的Magnaroll带式磁选机, 机头的磁辊由钦铁硼组成, 皮带表面的磁感应强度为0.9 ~ 1.0T, 有ϕ75mm和功ϕ100mm两种磁辊, 前者用于细粒分选, 后者用于粗粒分选, 主要应用于石英砂和长石提纯、红柱石的分选以及从萤石和无水陶瓷砂中除去氧化铁。其处理粒度范围为400mm ~ 45μm。美国科罗拉多Golden的国际加工系统有限公司研制了永磁强磁场磁选设备, 该机有5种磁场强度, 设计了新的皮带运行系统, 克服了稀土磁铁带式磁选机皮带寿命短的问题。该机适用于处理大于2 mm的粗粒硅线石、铝和镁矿物、铁矿石、金刚石等, 对于细粒矿可以处理海滨砂矿(钦铁矿、错英石、金红石、独居石等)等。

在使用永磁带式磁选机时应注意给矿中的磁性物料含量不得超过40%, 磁性物料多时会导致非磁性颗粒的机械夹杂。通常出现的机械夹杂主要是由于非磁性颗粒夹在吸到皮带表面的磁性颗粒之间。为了提高选择性, 人们采用了交叉带式永磁强磁选机。我国桂林稀土磁性材料厂研制了交叉皮带式永磁强磁选机, 该机采用了特殊的聚磁方法, 使10mm的分选间隙磁感应强度达到1.8T, 不过目前研制的交叉皮带永磁强磁选机处理量小。

永磁辊式强磁选机是另一类重要的永磁强磁选机, 它可使物料在永磁辊上直接分选。法国FCB公司设计了新一代Rollap永磁强磁机, 借助于磁体模型和计算的初步理论研究确定滚筒表面及其周围的磁力, 通过这此计算确定工业型磁选机的性能。该机磁系是由稀土磁铁板构成, 使用薄的电熔陶瓷作为防腐及防磨层。由于待选物料与磁体直接接触, 可选别磁性很弱的顺磁性物料或5mm粗粒物料, 既可用于提纯, 又可用于精选。日本研制的永磁强磁选机, 将环型磁极片与永久磁铁安装在转子的不同位置上, 为了从转子11卸下磁性物料, 在转子的外部设有毛刷。在磁铁外围涂有50μm厚的陶瓷层。磁极片的内径与磁铁的内径实际相等。这样能改善设备的性能, 并能延长转子的使用寿命。

Г.Ф.苏斯里科夫等介绍了一种永磁盘式磁选机, 对磁系和卸料器的最佳结构进行了分析。研究了两种磁系, 一种由50mm × 40mm的磁块组成, 另一种由300mm × 30mm的磁块组成, 测定了磁块同极性和反极性安装及彼此间不同间隙时的磁场梯度, 得出了同极性、彼此无间隙安装的30mm × 30mm磁块构成的磁系可产生最大的磁力。用该机对北方采选公司精矿样进行磁选工艺试验, 原矿粒度为0.1 ~ 0mm, 全铁品位为63.8%, 磁性铁品为位57.9%。精矿品为65.4%, 精矿产率为95.1%, 铁回收率为96.5%。

2 高梯度磁选的进展

高梯度磁选在磁选领域中仍占有很币要的位置, 特别是随着.拓岭上的广泛开发和应用, 以及对于急待发展的钢厂废水及城市水处理工业, 高梯度磁选将有着更为广阔的应用前景。其主要进展特点为:高梯度磁选设备的进一步开发应用; 高效高梯度磁选机的研制; 高梯度磁选机的设计优化; 分选理论不断健全; 新型的永高梯度磁选机的出现。

南非矿产技术委员会研制一种湿式高效高梯度磁选机。它借助一个典有给矿通道的圆柱形线圈产生垂直于矿浆流的磁场。磁介质系统为装有钢丝网的机械筛, 机械筛为一无极的筛带, 它通过圆柱形线圈的空腔, 可以通过反冲洗脱去介质上的磁性产品和可导致堵塞的物料。设备采用双磁系, 可使生产效率提高一倍, 而外形尺寸无明显加大。用它处理某矿的矿石, 磁性精矿产率为36%, 其中回收了95%的金。中南工业大学正在研制的往复式振动高梯度磁选机, 采用了钻装鞍形线圈磁系, 具有高场强(达2.0T)、连续式、高效率的特点。与环形磁选机相比, 由于线状分选槽代替了环状分选槽, 因而结构简单、重量小, 可使磁介质振动.是有色金属硫化矿磁分离的有效设备。

电磁高梯度磁选机的成本高, 能耗大, 因此高梯度磁选机的设计优化、模拟及运行情况预测是高梯度磁选机发展的一个重要方面。何平波等人提出了恺装鞍形线圈磁系设计的新方法, 即预估-反算有限元法。其主要特点是:首先预估漏磁系数, 初步设计磁系, 然后用有限元法求出初步设计磁系的场强分布和中点场强, 再根据中点场强反算漏磁系数, 修正电流密度, 若修正后的电流密度在合适的范围内, 则初步设计泊勺磁系可行。熊银银对高梯度磁选机多目标优化设计进行了研究, 把多目标优化原理应用到高梯度磁选机的设计之中, 建立了磁选机的多目标优化设计模型, 并且运用新的交互式多目标优化设计方法进行求解。结果表明, 可以起到减少铜耗和铁恺材料的消耗、降低功率以及提高磁场强度的作用。从而达到降低生产成本, 提高整机性能的目的。H. J. Clauben等对高梯度磁选运行预测问题进行了探讨, 先运用实验室试验来估计高梯度磁选与质量指标相关的量, 然后对其工业应用加以考虑, 包括安装地水质及分散对脱水过程和产品质叭的影响, 为高梯度磁选的工业应用提供了有益的参考。

关于高梯度磁选机理论, 力的平衡模型及粒子运动轨迹模型等有不少报道, 一但大多数基于实验室小型试验的结果。日本的龟个谷宏利用实用的高梯度磁选机的磁选结果, 根据矿粒在磁化过程中初期磁化比例的数据, 建立起粒子运动轨迹模型和捕获方程式, 初期磁化比例计算方程式等, 并指出分离特征与粒度分布状况有很大关系。祁超英等用数值法求解高梯度磁选机的磁场力。在直角坐标系中, 借助微机求出高梯度磁选过程中圆形及矩形截面单丝聚磁介质的磁场力, 由计算分析证明了单丝聚磁介质表面的上方与外磁场垂直及平行的方向上皆有引力和斥力分区, 且两向的分区范围不同。该结论与试验观察结果相符, 并能较好地说明文献中圆截面单丝分选过程的聚集现象。

提高高梯度磁选效率, 减少机械夹杂的研究取得了进展。J. H. P. Watson等采用所谓的"低温分选盒法"和显微系统一起, 能够观察磁性物质在单丝上的捕集, 从而证明了振动是提高高梯度磁选选择性的理想方法。

永磁高梯度磁选机不断发展。美国艾利兹磁性元件公司用永久磁铁制造的磁过滤机, 其磁场强度可达1.6T, 处理能力为760L/min, 可用于处理粉浆和釉料、滑石、粘土、化工产品、墨水及调色剂等。马鞍山矿山研究院用铰铁硼材料制成的永磁高梯度磁选机, 极距为100mm时, 背景磁感应强度可达0.6T, 经对海南铁矿和马鞍山姑山铁矿等矿样进行动态试验, 其分选指标达到同类电磁高梯度磁选机水平。由鞍钢烧结总厂等研制的ϕ100mm规格的多元高梯度永磁强磁选机已取得进展, 它是集球、齿板、板网及钢毛等磁介质于一体的新型高梯度磁选机。

干式高梯度磁选对缺水地区以及物料难以脱水的情况特别适用。采用干式磁选可以有效地从煤中分选出灰分和黄铁矿。俞康春等对干式高梯度磁选工艺和理论进行了探讨, 对徐州硬质高岭土经一次干式振动高梯度磁选, FeO₃含量由2.20%降到0.82%, 精矿产率为86.3%。由于干式振动高梯度磁选是一个复杂的过程, 尤其是物料的风力输送系统, 分散系统及防尘系统存在着较大的困难, 因此限制了其工业应用。朱德华等人设计的高效分散器能很好地解决物料分散问题, 同时对风路系统进行了综合考虑, 可望得到上业应用。

开梯度磁选机(OGMS)产生磁场梯度的空间是开放的, 因而得名。J. Boehm建立了开梯度磁选机的颗粒运动模型, 其模型考虑了水平运动与垂直运动的颗粒间的相互作用, 同时考虑了颗粒的碰撞及颗粒物理性质的影响。R. Gerber研究了颗粒尺寸及分选空问的空气压力对开梯度磁选的影响, 建立了颗粒轨迹模型, 其理论预测与试验结果相吻合。认为空气压力的减少可以弥补因颗粒尺寸减小对破坏落帘稳定性的影响, 这就为微细粒的开梯度磁选开辟了道路。

参考文献略