磁铁矿选矿设备干式磁选机的研制

进口铁矿石价格不断攀升以及新建选矿规模越来越大，极大地刺激了国内铁矿石生产，也迫使人们对生产中各个环节成本更加关注。目前国内多数选厂都采用“多碎少磨、以碎代磨”多段破碎工艺来减少入磨粒度以降低磨矿成本。多段破碎后碎矿产品中已有部分脉石解离出来，如果是低品位磁铁矿，解离出来的脉石会更多。研制新型高效的磁铁矿选矿设备，将这部分脉石充分抛出以进一步降低磨矿成本，是整个铁矿行业的客观需求，也是磁铁矿选矿设备研制生产单位的任务。

一、细碎磁铁矿选矿设备

随着“多碎少磨、以碎代磨”认识的不断深入，人们不断加大对破碎环节设备和生产工艺的研究与改进，国内包括鞍钢调军台、齐大山选矿厂、太钢尖山铁矿选矿厂在内的从多大中型选矿厂采用进口圆锥破碎机代替国产圆锥破碎机，并采用更加合理的筛分设备与之配套，均取得了满意的细碎效果。

采用“多碎少磨、以碎代磨”工艺，细碎产品中已有约10%~30%的脉石解离出来，如果是低品位甚至是超低品位磁铁矿的话，会有超过50%的脉石解离出来，这需要通过磁选设备将解离的脉石抛出。、

1、磁铁矿选矿设备

我国于20世纪80年代研制成功适于预选强磁性铁矿石的大块干式永磁磁滚筒，包括北京矿冶研究总院的CT系列以及马鞍山矿山研究院的CTDG系列磁滚筒（磁滑轮）。国内包括大石河、水厂、尖山以及齐大山等众多铁矿选厂都在使用这种类型的干式分选设备进行大块围岩的抛除作业以及中碎后产品的磁选分离作业。

从磁铁矿选厂的资料看，目前国内绝大部分选厂老师了已经采用细碎设备对矿石进行细碎处理。但从细碎后预选作业情况看，除少数选厂对细碎后磁铁矿进行预选抛尾后，包括鞍钢集团大弧山、弓长岭、齐大山以及胡家庙选矿厂，本钢集团南芬选矿厂、贾家堡子铁矿，太钢峨口铁矿、尖山铁矿，包钢集团公司选矿厂等众多选厂都未对细碎后铁矿石进行分选处理，而是将细碎铁矿直接给入磨机。

采用细碎预选工艺的选厂，其预选主要有两种，其一为磁滚筒（或以磁滚筒为基础的干选机）干式预选，其二为以BKY型预选磁选机为主的湿式预选。磁滚筒干式预选，通常采用两段预选或者细化筛分粒级、分级分选，也有的采用一次磁滚筒预选、一次粗粒跳汰扫选方式进行预选作业。这种干式、一次粗粒跳汰扫选方式进行预选作业。这种干选方式，流程相对复杂，辅助环节多、系统能耗高、指标波动大。

北京矿冶研究总院近几年研制的BKY型预选用筒式磁选机实现了细碎后入磨前石的预选抛尾。该项预选设备解决了常规湿式磁选设备不能适应细碎后矿石颗粒相对粗大，粒度分布宽，易沉槽堵塞以及筒体、槽体磨损严重等缺点，已在多家选厂推广应用，取得了良好的经济效益。但是该预选磁选机为湿式永磁选设备，工作中需要一定的水，这限制了其在缺水地区或高地区的推广应用。

2、干式磁选优势

如果对细碎后矿石进行分选处理，将该部分脉石抛除，可在“多碎少磨、以碎代磨”基础上进一步减少磨机的无效消耗、增大磨机的有效处理能力。除节约用水、降低消费外，还减少了水泵、管路、泵池等固定投资以及运转易损件的投资。采用干式预选，可将干式预选环节就近布置在破碎站而不是布置在磁选厂中，这样抛出的合格尾矿就地回填堆放，这样不仅减少了矿石的运输成本，提高了运输效率，而且抛除的粗脉石不用进入选矿厂矿库，可延长越来越紧张的尾矿库的服务年限并降低泵、管路的磨损。提前抛除细粒尾矿，可减少磨机过磨，对后续的分选，筛分和细磨都十分有益。因此，细碎后入磨前对矿石进行干式分选处理，正成为选厂的一个重要处理环节。

从磨机需求角度考虑，细碎物料球磨机一般要求入磨浓度高于80%，如果采用干式抛尾，则可以自由控制入磨浓度，改善磨机的磨矿条件，这点是湿式分选方式无法做到的。

二、细碎磁铁矿专用干选机研制

1、结构特点

细碎磁铁矿干式磁选机分选物料粒度为25mm甚至12mm以下粗颗粒，粗颗粒中含有部分细粒矿物，同时还含有部分粉矿。这要求干选机无论从分选原理、磁场分布还是具体的结构方面都不同于常规磁选机以适应细碎磁铁矿特点。图1为设备结构，其中1为磁系传动部件，2为机架，3为筒体传动部件，4为振动给料器，5为转向轮，6为皮带，7为分选磁筒，8为上下料斗，9为分矿板。实验室用XCTG0404型干选机具体技术参数见下表1。

1）采用360°包角满磁系结构。磁系由12组周向极性交替布置的磁级组成，采用小极面结构，磁极宽度65mm。各磁极间缝隙加入加楔磁块以提高磁场强度和磁场深度。磁系采用高磁能积的优质钕铁硼材料制成。满磁系、小极面结构，使磁场梯度大，吸附力强，有利于磁性矿物的充分回收。

2）双旋转设计，在筒皮旋转带动皮带运动的同时，磁系也以较高转速旋转。磁性颗粒翻转次数数倍于常规磁选设备，脉石在多次翻转过程中充分抛出。

3）采用皮带输送物料方式，在降低筒皮磨损的同时，充分分散物料，同时也利用被吸附的磁性矿物卸矿。

4）满磁系结构与皮带输送方式结合，形成预磁化空间，磁性矿物在进入磁场的过程中被预磁化，磁性颗粒特别是微细粉状磁性颗粒首先磁化并结合在一起，这对提高粉矿中磁性物料的回收率起着重要作用。

5）磁筒筒皮采用非金属材料制成。

6）采用振动给料机布料方式均匀给料。

7）采用筒皮和磁系同时旋转的传动方式。两种传动均采用链条传动方式，这种传动方式传动平稳可靠，噪声低。

8）采用变频调整技术。皮带和磁系均设计成可以调速的方式，这样可以根据物料性质和粒度大小等因素来调旋转方向和速度。

采用上述技术方案的干选机，分选粗精矿中脉石夹杂少，分选尾矿中磁性铁含量低，分选指标明显好于传统干式磁选设备。

2、分选原理

分选原理示意见图2。物料通过振动给料器均匀地给到皮带上，经皮带输送逐渐进入磁场，在进入磁场的过程中微细粒磁性颗粒首先结成磁链，以磁链方式进入分选空间。非磁性颗粒不受磁场力作用，在重力和离心力的共同作用下抛入非磁性物料斗。磁性颗粒由于受到磁场力的作用，其运动轨迹发生改变。磁性颗粒在高速旋转的动态磁场中，除随皮带向前运动外，自身同时翻转运动，其翻转次数数十倍于常规磁选机。翻转过程能够将形成的磁链、磁团以及物理性团块打散，夹杂其中的脉石在团聚—打散—团聚—再打散的过程中从磁团中脱离出来，在重力和离心力的作用下进入非磁性物料斗。而磁性颗粒因受到磁场力的作用，被吸附在磁筒表面，随皮带前行，继续参与分选。磁系旋转速度越快、磁极数越多，磁性颗粒在分选空间的翻转次数就越高，料层翻转就越剧烈，磁团打散次数就越多，脉石夹杂就越小，分选效果就越好。当磁性颗粒随皮带运动到达磁性物料斗区，随着皮带运动逐渐远离磁场，落入磁性物料斗，分选过程完成。

3、磁性颗粒运动状态分析

图3为磁性颗粒运动状态示意图。磁性颗粒在进入磁场后首先被磁化成一个个小磁体。当磁体磁化方向与外部磁场方向存在夹角时，外部磁场就会有翻转力矩作用在磁性颗粒上，磁性颗粒就会在此力矩作用下翻转以保持与外磁场方向一致。其宏观表现就是在磁场的相互作用下，磁性颗粒被吸向一个磁极，当磁性颗粒被外部筒体的旋转带到另外一个极性相反的磁极时，磁体在磁场力的作用下对调两端位置，此时磁性颗粒本身已经翻转了180°，随着筒体的继续，磁性颗粒再翻转180°完成一个翻转周期。在大量翻转的磁性颗粒中间夹杂的脉石在此过程中被释放并在重力和离心力的作用下逐渐远离磁场区域，使得夹杂减少，实现磁性颗粒与非磁性颗粒的有效分离。如果磁性颗粒连续翻转，夹杂的颗粒将明显减少，实际上如果磁性颗粒充分地翻转夹杂就不会不断形成。

图中V1为磁性颗粒磁翻转速度，V2O为拖动颗粒运动的皮带线速度（即筒体线速度）。令磁性颗粒线速度为V，则V=V2+V1。磁性颗粒本身的翻转议程很复杂，与颗粒尺寸、密度、比磁化系数、颗粒惯性、磁场强度、磁场旋转频率等相关。在一定假设条件并简化的情况下，磁性颗粒翻转频率f可以认为与磁场旋转频率相等，即颗粒翻转频率f可以表达为f=(n1+n2)·N/120，其中n1和n2分别表示磁极和皮带的旋转速度，N代表分选磁筒中磁极数，考虑磁场分布合理性，该数通常取偶数。上述公式的一个假设是皮带弯曲半径与磁极变曲半径差别很小，可以认为相等，颗粒半径远小于皮带弯曲半径。如果磁极和皮带运动方向一致，n1和n2有一个负值，运动方向相反，n1和n2同取正值。

4、磁场特性

图4为XCTG0404距离磁极表面不同距离的磁场强度测量曲线（部分磁系），其中1点和5点为加楔中心点。通过分析所测量的磁场强度数据，与传统用于大块分选的磁滚筒（磁滑轮）相比较，XCTG0404干选机磁场分布比较均匀，特别是12~30mm的区域磁场更加均匀，20mm磁场强度与平均场强的变化率仅为8.3%，这样的指标对于细粒磁性物料的分选是十分有利的。

三、选矿试验

河北张家口某矿矿样，最大粒度12mm，XCTG与CT型干选机试验数据见表2。

辽宁宽甸某矿矿样，矿样最大粒度30mm，通过缩分处理后，将部分原矿进行细碎，使其最大粒度为10mm，其中含有部分细粒和粉状矿物，试验结果见表3。

张家口矿样，由于矿样给矿品位只有11%，属于贫矿，所以两种干选设备抛尾率都很高，均超过了50%。但是与传统CT型干选机相比，XCTG型干选机不仅粗精矿品位提高4%，尾矿品位低1.5%，而且废石抛出率还高10%，这说明此种XCTG型干选机分选效率明显高于以传统CT型磁滚筒为基础的干选机。

辽宁宽甸某铁矿，-30mm和-10mm两种不同给矿粒度条件下，采用同样的分选设备分选，其分选指标差距很大，特别是抛尾率相差一部以上，说明-10mm矿物的解离度明显高于-30mm矿物，即-30mm矿物进一步细碎是很必要的。XCTG干选机在CT型干选机已经取得较好指标的情况下，又将抛尾提高了近13%，而尾矿基本没有变化。在尾矿品位基本不变或者降低的情况下，抛尾率大幅提高，这是新型XCTG细碎干选机与常规CT型干选机比较的优势所在。

四、结语

1、采用“多碎少磨、以碎代磨”、强化细碎筛分工艺的铁矿选厂，细碎磁铁矿中有大量脉石可以通过磁选设备分离出来。

2、XCTG型干式磁选机分选原理、磁系结构、磁场分布等不同于传统磁选机，具有磁性铁矿物回收率高、抛除合格脉石充分、粒度适应性强的特点，可有效地实现细碎磁铁矿特别是贫磁铁矿的预选抛尾作业。

3、XCTG型干式磁选机不仅可以分选细碎后的磁铁矿，也可用于河砂、老尾矿库以及钢渣等中强磁性成分的回收利用。

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