高梯度磁选机永磁化的研究与进展

1、引言

自1968年第一台高梯度磁选机被用于高岭土工厂除铁以来，这种设备被广泛应用于铁矿选矿、非金属矿深加工以及二次资源的回收和利用等，这导致了大批的科研人员和科研机构进行高梯度磁选理论的研究和设备的研制。其中江西赣州有色冶金研究所的熊大和博士研制的SLon型脉动高梯度磁选机已有800多台应用于国内的各大赤铁矿选矿厂，并已出口秘鲁等国。

在实际应用中，脉动高梯度磁选机虽然取得了较好的分选指标，但其耗水量、耗电量很高，以一台SLon-2000型脉动高梯度磁选机为例，干矿处理量50~80t/h，额定背景磁场强度1.OT，其激磁功率74kW，耗水量达150~300m3/h。一直以来，节能降耗备受各选厂关注，如果永磁高梯度磁选机能够达到与SLon型脉动高梯度磁选机近似的选别指标，则可以大大降低电耗和水耗。目前磁性材料的发展使得高梯度磁选设备的永磁化有了可能。

2、永磁材料在磁选设备中的应用

磁选设备中使用的永磁材料主要是锶铁氧体和烧结钕铁硼。国内用于磁选设备的锶铁氧体的磁性能一般停留在Y30H-l以下，经过磁路组合后，在磁选设备的有效选别区域所产生的最高磁场强度不超过200mT，这种磁材仅适用于制作强磁性矿物的选别设备。近几年来，为了提高磁选设备的磁场强度，人们采用了钕铁硼这种高性能永磁材料和锶铁氧体组合设计磁路，开发出了磁场强度为200~800mT的磁选设备。进入2l世纪以来，中国钢铁行业迅猛发展，对铁精矿的需求急剧增加，但是由于我国铁矿矿产资源自身的特点，对新型磁选设备尤其是中高磁场强度的磁选机的需求量愈来愈大。永磁高梯度磁选机把具有良好导磁性能的导磁介质和永磁磁系有机地结合起来，结构简单、设计新颖。研究表明，利用钕铁硼合金组成的永磁磁系产生的磁场可以使钢毛等导磁介质磁化达到饱和，满足物料分选所需的磁场梯度和磁场力。

在高梯度磁选机的分选过程中，使磁性矿粒与非磁性矿粒分离的主要条件是磁力大于竞争力。竞争力主要为流体粘滞力和重力（对微细矿粒，重力可以忽略不计）。磁性矿粒所受比磁力为：

fm=u0x0H0gradH0

式中，u0为真空磁导率；x0为矿粒的比磁化系数；H0为背景场强；gradH0为场强Ho在l方向的梯度。

以粒径为0.15mm(假设颗粒为球形)的鞍山式赤铁矿为例，其真密度p=4.8×l0(3)kg/m3，比磁化系数为12.7×10(-7)m3/kg，真空磁导率u0=4π×1(-7)，假设颗粒需要克服的竞争力等于其本身重力的10倍，使用新型钕铁硼材料N40组成的磁系，达到背景磁场强度1.OT，代人以上公式可得磁场梯度gradH=960mT/mm，使用导磁介质后能够产生满足高梯度磁选机要求的磁场梯度，可以顺利分选弱磁性铁矿石。

3、永磁高梯度磁选机的研究与进展

(1)永磁带式高梯度磁选机

中南大学冯定五博士研制的永磁带式高梯度磁选机主要由永磁磁系、无端磁介质带、电磁振动线圈及机架组成。磁系由铠装NdFeB磁铁组成，磁能积255kj/m3，剩余磁感应强度1.1T。磁系上下的磁极间距可调，使分选空间的场强可调，以适应不同的应用要求。介质带是由钢毛介质编织而成，介质带上装有两个电磁振动线圈，其产生的高频低幅振动可使物料分选的选择性提高。

介质带在传动轮的带动下，沿分选空间循环通过。物料给入分选空间的介质带上，非磁性物料因重力作用穿过介质带，沿倾斜的溜槽滑入非磁性产品槽，磁性物料则粘附于介质带而随介质带离开分选空间，分选区内补加漂洗水以清除介质中夹杂的非磁性颗粒。正反向冲洗水把磁性物彻底地冲出介质带，电磁线圈产生的振动避免分选空间的机械阻塞，并强化了磁性物料从介质中的脱除。

使用该设备对某釉料进行除铁试验，2#和4#钢毛[2#钢毛规格为(60~90)×(30+5)μm，4#钢毛规格为(120—150)×(40+5)μm]按1:1质量比相匹配作为磁介质，在矿浆浓度32.3%、矿浆流速1.2cm/s、介质充填率3%、入选釉料含Fe2O30.21%，分选场强0.38T的条件下，经四次选别，最终精矿含Fe2030.13%，累积除铁率约50%，除去了形成陶瓷斑点的粗粒机械铁及部分影响陶瓷白度的弱磁性铁污染物。该磁场强度属于中等磁场强度，而且由于磁极的体积，影响了它的处理量，再加上磁介质构造复杂，限制了它在其他方面尤其是弱磁性铁矿处理上的应用。

(2)双立环高梯度磁选机

由马鞍山矿山研究院研制的YGl-15永磁双立环高梯度磁选机是一种利用永磁磁力、脉动流体力和重力的综合力场选矿的工业型设备。该设备主要由脉动机构，永磁磁系，驱动机构及其他配套部件组成。

其中永磁磁系主要由钕铁硼、铁氧体磁块复合组成，能够达到1.OT的背景磁场强度；转环由导磁不锈钢焊制而成，又被分成24个分选室，每个分选室由导磁钢板网和非导磁钢板网相叠充填，在背景磁场的作用下产生很高的磁场梯度，以实现捕捉矿物的作用；脉动机构中产生的脉动流体力使矿物在分选区反复分选，并始终保持松散状态，以利于克服非磁性矿粒的机械夹杂，从而较大幅度地提高磁性精矿品位，缓解矿物对钢板网的堵塞。

该样机自研制成功后，先后对遵义锰矿、马钢姑山铁矿以及南京梅山铁矿的矿样进行了选别试验，取得了较好的选别指标和选矿效率，而且还将选别粒度范围扩大到了0.01~0.8mm，从而简化了预筛设备，与同类电磁设备相比有节能、吨机生产能力大、设备造价低等优点；但也具有体积大，给矿口、尾矿溢流口容易堵塞等缺点。

(3)干式永磁高梯度磁选机

由长沙矿冶研究院冯定五博士研制的干式永磁高梯度磁选机主要由内、外永磁磁系，内、外简体，磁介质，磁介质振动系统，风力分散系统，给料系统，接料斗和机架等组成。

该机内、外磁系之间的分选间隙可调整，以适应不同物料对分选场强的要求，其结构选择齿状磁场多极永磁磁系，所采用的钕铁硼永磁体的磁能积为293kj/m3，剩余磁感应强度1.1T，内、外磁系均为磁铁铠装挤压磁系，减少了漏磁。磁介质选用钢板网，用于吸附进入分选空间的物料，随着磁介质的转动和振动，磁性物料进入接料斗，而非磁性物料则随自身的轨迹抛落出去。其中的风力分散系统是通过旋转的叶轮产生的离心力把物料甩向周边的斗壁，物料中的团聚颗粒受撞击而分散，并在叶轮产生的风力作用下送入磁选机的分选腔。机械振动则提高了物料分选的选择性，避免机械夹杂。

在连州复合材料厂的钾长石除铁试验中，该设备使精矿中的Fe203由0.27%降至0.18%，达到了工业一级品的要求，而且运行过程中未出现物料的机械堵塞，运行平稳可靠，但是1.5t/h的处理能力需要进一步提高。

(4)PHGM型永磁高梯度磁选机

鉴于现有的永磁高梯度磁选机多用于非金属除铁，而日益增加的铁精矿市场又急需高效低耗的永磁高梯度磁选机，东北大学矿物加工研究所和沈阳选矿机械研究所联合研制了针对鞍山式赤铁矿的永磁高梯度磁选机。该设备采用铁氧体和钕铁硼合金复合磁系，平均磁能积310kj/m3，剩余磁感应强度1.18T，感应介质选用圆柱形的导磁不锈钢棒，平均感应场强1.25T。

给入的物料随简体一起转动，磁性矿物被具有高感应磁场强度的介质棒所吸引携带至无磁区卸矿，而非磁性矿物则被高压冲洗水直接冲下至尾矿区。所选用的导磁不锈钢介质磁导率可达1.05H/m，离开磁场区域后剩磁几乎为零，另外在竖直方向和筒体外壁双向给入冲洗水的卸矿方式，既能提高精矿质量，又保证了精矿卸矿顺利。

PHGM600型试验型的永磁高梯度磁选机已经研制成功，结构简单，操作方便，电机驱动功率仅为2.2kW，整机总重1193kg。利用该设备对鞍山式低品位赤铁矿石进行选别试验，在原矿铁品位13.04%的情况下，经过该设备选别后，分别得到了品位26.05%的精矿和6.4%的尾矿，满足了进一步处理的工艺要求。但是给矿区域较大和筒体转速过快导致了选别指标有所波动。目前正在设计PHGM1000型永磁高梯度磁选机，在考虑了上述情况以及处理能力的因素后，磁系组成也得到了改进，有望获得更好的选别指标。

我公司生产的为双立环脉动高梯度磁选机，常用于赤铁矿选矿设备、褐铁矿选矿设备中，需要的用户可以与我们联系，拥有丰富的选场经验与成功的案例供客户参考。