李珺瑋，朱　濤，盧　寬

(河北鋼鐵集團(tuán)灤縣司家營鐵礦有限公司，河北 唐山 063700)

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在氧化鐵礦選別流程中激磁電流對SLon中強(qiáng)磁機(jī)選別效果的影響

李珺瑋，朱濤，盧寬

(河北鋼鐵集團(tuán)灤縣司家營鐵礦有限公司，河北 唐山 063700)

摘要：司家營鐵礦氧化礦流程中，SLon強(qiáng)磁和中磁機(jī)主要用于拋尾，其選別效果好壞直接影響最終回收率和下步選別過程。論文通過調(diào)整中磁機(jī)及強(qiáng)磁機(jī)激磁電流，分析不同電流條件下磁場強(qiáng)度及選別效果，確定了中磁機(jī)及強(qiáng)磁機(jī)最佳工作電流區(qū)間分別為600～800A和400～600A，此時(shí)，精礦品位和回收率均接近最高值。同時(shí)對精礦指標(biāo)隨磁選機(jī)電流變化的機(jī)理進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)隨中、強(qiáng)磁機(jī)激磁電流逐步增強(qiáng)，對微細(xì)粒級(jí)磁性礦物顆粒捕捉增強(qiáng)，在最佳工作電流區(qū)間附近精礦品位反而會(huì)上升并達(dá)到極大值。最佳電流區(qū)間的確定對穩(wěn)定生產(chǎn)指標(biāo)、節(jié)能降耗具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：SLon中磁機(jī)；SLon強(qiáng)磁機(jī)；激磁電流；節(jié)能降耗；回收率

氧化鐵礦為我國重要的鐵礦資源。司家營鐵礦為代表的“鞍山式”赤鐵礦是其中重要的一類。這類礦石的選別過程常用到磁選。而SLon中強(qiáng)磁機(jī)是其磁選過程中重要的選別設(shè)備。因此針對SLon中強(qiáng)磁機(jī)的電流參數(shù)優(yōu)化設(shè)置進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)研究，以指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，研究具有實(shí)際意義。

1原礦性質(zhì)及選礦流程

河北鋼鐵集團(tuán)灤縣司家營鐵礦有限公司位于河北唐山灤縣地區(qū)。其所屬礦床屬“鞍山式”沉積變質(zhì)鐵礦床，礦石的礦物成分比較簡單，主要為磁鐵礦、假象赤鐵礦，其次為赤鐵礦。脈石礦物主要為石英，其次為陽起石、透閃石及少量角閃石和輝石等。其選礦流程按原礦性質(zhì)分為氧化礦流程和原生礦流程。

SLon中強(qiáng)磁機(jī)主要應(yīng)用于氧化礦流程。

氧化礦流程原礦組成見表1。鐵物相組成見表2。

針對氧化鐵礦選別流程原礦性質(zhì)，選礦流程采用“階段磨礦、粗細(xì)分級(jí)、重選-強(qiáng)磁-陰離子反浮選”工藝。原礦經(jīng)兩段連續(xù)磨礦后給入粗細(xì)分級(jí)旋流器(二旋)，粗粒級(jí)重選，尾礦再經(jīng)中磁機(jī)拋尾并將中磁精礦合并重選中礦給入階段磨礦(三磨)后返回粗細(xì)分級(jí)旋流器(二旋)；粗細(xì)分級(jí)中的細(xì)粒級(jí)經(jīng)強(qiáng)磁機(jī)拋尾后，強(qiáng)磁精礦入浮選；浮選后尾礦拋尾，精礦與重選精礦作為氧化礦流程最終精礦。流程見圖1。

表1　原礦多元素分析結(jié)果

表2　鐵物相分析結(jié)果

圖1　氧化鐵礦工藝流程圖

2中、強(qiáng)磁機(jī)在流程中的作用

司家營鐵礦氧化礦流程分為4個(gè)系列，每個(gè)系列配置三臺(tái)SLon-1750中磁機(jī)，兩臺(tái)SLon-1750強(qiáng)磁機(jī)和一臺(tái)SLon-2000強(qiáng)磁機(jī)。

在氧化礦流程中，中、強(qiáng)磁機(jī)主要用于拋尾，其選別效果直接關(guān)系著中磁尾礦、強(qiáng)磁尾礦品位的高低，影響最終回收率。同時(shí)中磁精礦經(jīng)過再磨后給入粗細(xì)分級(jí)旋流器(二旋)返回流程循環(huán)；強(qiáng)磁精礦作為浮選作業(yè)的給礦。因此中強(qiáng)磁機(jī)的選別效果也通過對后續(xù)作業(yè)的影響，間接影響著最終精礦。

根據(jù)礦石性質(zhì)的變化，與中強(qiáng)磁機(jī)相關(guān)的可供調(diào)節(jié)參數(shù)有給礦濃度、激磁電流強(qiáng)度、給礦粒度(磨礦細(xì)度)等，但最簡便易行、直接有效的還是調(diào)整激磁電流強(qiáng)度。因此，需要對不同激磁電流下的分選效果進(jìn)行比較，找出其變化規(guī)律并確定最適宜的電流強(qiáng)度區(qū)間。

3激磁電流對分選效果的影響

查閱相關(guān)文獻(xiàn)，對激磁電流與分選效果的關(guān)系，雖有所研究，但對電流選取的跨度通常較大，且較少有針對氧化鐵礦的相關(guān)研究[1]，因此針對司家營選廠氧化礦選別系統(tǒng)設(shè)計(jì)試驗(yàn)探討不同激磁電流對中、強(qiáng)磁機(jī)分選效果的影響。

因?yàn)橹?、?qiáng)磁機(jī)的給礦性質(zhì)與設(shè)備特性存在較大差異，因此將兩者分別討論。

3.1中磁機(jī)激磁電流對選別效果的影響

中磁機(jī)電流強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度關(guān)系見圖2。

圖2中磁機(jī)性能曲線中背景場強(qiáng)與激磁電流等參數(shù)的具體對應(yīng)關(guān)系見表3。

從圖2中可以看出，中磁機(jī)磁場強(qiáng)度與激磁電流基本成正比例關(guān)系。因此，激磁電流的變化將主要通過場強(qiáng)的變化影響選別效果。

表3　中磁機(jī)場強(qiáng)測定數(shù)據(jù)

對不同激磁電流(磁場強(qiáng)度)下的分選效果進(jìn)行對比?？紤]到不同時(shí)間原礦品位、物相組成、粒度組成等性質(zhì)間的差異較大，試驗(yàn)共進(jìn)行兩次，首次試驗(yàn)得到以下表4數(shù)據(jù)。另選時(shí)間重復(fù)試驗(yàn)一次，得到數(shù)據(jù)，見表5。

綜合兩次試驗(yàn)結(jié)果可見：兩次試驗(yàn)各自的中磁機(jī)給礦品位變化不大，大致在13.49%～15.32%之間波動(dòng)。但隨著激磁電流增加，精礦品位、尾礦品位變化趨勢明顯。尾礦品位隨電流增加，整體呈下降趨勢，并在800A(444mT)、900A(495mT)時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，下降趨勢趨于平緩。而精礦品位隨電流增加，整體變化趨勢相對較平緩。雖然整體也呈現(xiàn)下降，但在600A(337mT)～800A(444mT)時(shí)下降出現(xiàn)停滯，甚至在現(xiàn)場環(huán)境波動(dòng)、實(shí)驗(yàn)誤差等其他因素影響下出現(xiàn)了微小波峰。結(jié)合尾礦品位和精礦品位的變化，隨電流增強(qiáng)回收率整體呈上升趨勢。

圖2　中磁機(jī)電流強(qiáng)度與場強(qiáng)關(guān)系

激磁電流/A給礦品位/%精礦品位/%尾礦品位/%回收率/%40014.3317.7112.4444.3250015.3218.8010.7569.6760014.9217.7110.7571.1270014.6917.8710.1571.5480014.2317.919.9567.6790014.3317.278.8678.39100013.9317.379.0573.14

表5　第二次中磁機(jī)試驗(yàn)結(jié)果

3.2中磁最佳電流區(qū)間的選取

中磁機(jī)在選別流程中主要用于拋尾。一方面要盡量提高回收率，減少有價(jià)成分的流失；另一方面又要做到能拋早拋，避免過多脈石礦物返回流程，拉低后續(xù)作業(yè)的入選品位。因此確定最佳中磁電流區(qū)間就要保證在較高回收率的前提下盡量避免過低的精礦品位。綜合兩次試驗(yàn)結(jié)果，選取600A(337mT)～800A(444mT)作為最佳區(qū)間，能夠較好兼顧各方面要求。因此在實(shí)際生產(chǎn)中根據(jù)原礦性質(zhì)的變化，在此區(qū)間內(nèi)確定中磁機(jī)激磁電流強(qiáng)度較為適宜。

3.3強(qiáng)磁機(jī)激磁電流對選別效果的影響

圖3為強(qiáng)磁機(jī)電流強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度對照圖，兩者同樣也基本呈正比例關(guān)系。

圖3　強(qiáng)磁機(jī)電流強(qiáng)度與場強(qiáng)關(guān)系

圖3強(qiáng)磁機(jī)性能曲線中背景場強(qiáng)與激磁電流等參數(shù)的具體對應(yīng)關(guān)系見表6。

同樣方法通過兩次試驗(yàn)得到強(qiáng)磁機(jī)激磁電流與選別效果的關(guān)系，首次試驗(yàn)得到表7數(shù)據(jù)。在不同時(shí)間重復(fù)試驗(yàn)一次，得到表8數(shù)據(jù)。

兩次強(qiáng)磁機(jī)試驗(yàn)的給礦品位相差較大。第一次試驗(yàn)在13.75%～14.89%間波動(dòng)，第二次試驗(yàn)在16.72%～17.31%間波動(dòng)，但兩次試驗(yàn)各自的給礦品位在試驗(yàn)中變化都不大，變化曲線都很平穩(wěn)。雖然兩次給礦品位相差較大，但精尾礦品位及回收率變化趨勢基本相似。尾礦品位隨著激磁電流增強(qiáng)，逐漸降低。而精礦品位在較低電流區(qū)域，隨電流增長逐步上升，在400A(381mT)～600A(562mT)時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)。隨后隨電流增長品位顯著下降。

表6　強(qiáng)磁機(jī)場強(qiáng)測定數(shù)據(jù)

表7　首次強(qiáng)磁機(jī)試驗(yàn)結(jié)果

表8　第二次強(qiáng)磁機(jī)試驗(yàn)結(jié)果

3.4強(qiáng)磁最佳電流區(qū)間的選取

同樣本著回收率盡可能高，而精礦品位不要太低的原則，選取400A(381mT)～600A(562mT)作為強(qiáng)磁最佳電流區(qū)間，并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況具體選定適宜電流。雖然700A(643mT)電流下精礦與500A(471mT)電流下接近，且回收率更高，但其精礦中夾雜的脈石礦物相對難以經(jīng)后續(xù)浮選脫除。因此僅選定400A(381mT)～600A(562mT)作為強(qiáng)磁最佳電流區(qū)間。

4機(jī)理分析

SLon磁選機(jī)的工作原理為：激磁線圈通以直流電，在分選區(qū)產(chǎn)生感應(yīng)磁場，位于分選區(qū)的磁介質(zhì)表面產(chǎn)生非均勻磁場即高梯度磁場；轉(zhuǎn)環(huán)作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，將磁介質(zhì)不斷送入和運(yùn)出分選區(qū)；礦漿從給礦斗給入，沿上鐵軛縫隙流經(jīng)轉(zhuǎn)環(huán)。礦漿中的磁性顆粒吸附在磁介質(zhì)表面上，被轉(zhuǎn)環(huán)帶至頂部無磁場區(qū)，被沖洗水沖入精礦斗；非磁性顆粒在重力、脈動(dòng)流體力的作用下穿過磁介質(zhì)堆，沿下鐵軛縫隙流入尾礦斗排走。該機(jī)的轉(zhuǎn)環(huán)采用立式旋轉(zhuǎn)方式，對于每一組磁介質(zhì)而言，沖洗磁性精礦的方向與給礦方向相反，粗顆粒不必穿過磁介質(zhì)堆便可沖洗出來。該機(jī)的脈動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)礦漿產(chǎn)生脈動(dòng)，可使分選區(qū)內(nèi)礦粒群保持松散狀態(tài)，使磁性礦粒更容易被磁介質(zhì)捕獲，使非磁性礦粒盡快穿過磁介質(zhì)堆進(jìn)入到尾礦中去。顯然，反沖精礦和礦漿脈動(dòng)可防止磁介質(zhì)堵塞；脈動(dòng)分選可提高磁性精礦的質(zhì)量。這些措施保證了該機(jī)具有較大的富集比、較高的分選效率和較強(qiáng)的適應(yīng)能力[2]。

通過上述表述，可以看出：礦物顆粒被回收的的關(guān)鍵是當(dāng)其在礦漿的反復(fù)刷洗作用下通過磁介質(zhì)時(shí)，被磁場捕捉并吸附在磁介質(zhì)上。因此，當(dāng)激磁電流升高時(shí)，磁場對磁性礦物顆粒的捕捉能力增強(qiáng)，使其流失的可能性降低，尾礦品位逐漸降低。同時(shí)在磁場中，介質(zhì)表面場強(qiáng)較高，磁性礦物顆粒與介質(zhì)只要發(fā)生碰撞就被吸附，因此大顆粒磁性礦物在較低電流強(qiáng)度時(shí)，就能被回收。而細(xì)粒級(jí)磁性礦物顆粒通過介質(zhì)間空隙時(shí)，只能等場強(qiáng)增強(qiáng)到一定程度后才能被吸引至介質(zhì)表面，加以回收。所以給礦更細(xì)的強(qiáng)磁機(jī)精礦在激磁電流增加后，更多的回收了細(xì)粒級(jí)磁性礦物，使得精礦品位反而上升。而隨著電流的進(jìn)一步增強(qiáng)，磁性礦物顆粒對非磁性礦物顆粒的包裹夾雜嚴(yán)重，品位逐漸出現(xiàn)了下降。而因?yàn)樵诹鞒讨薪?jīng)粗細(xì)分級(jí)后中磁給礦粒度相對較粗，中磁精礦雖然也出現(xiàn)了在低電流區(qū)間精礦品位不隨電流增長而下降的現(xiàn)象，但現(xiàn)象不如給礦粒度較細(xì)的強(qiáng)磁機(jī)效果明顯。

進(jìn)一步從受力角度分析不同粒徑的礦物顆粒在磁場中選別過程。

礦物顆粒在磁場中大致受到三種力的共同作用。磁力Fm、重力Fg、流體的拖曳力Fd。

當(dāng)梯度匹配時(shí)，磁力計(jì)算見式(1)。

(1)

式中：Fm為顆粒所受磁力；μ0為真空磁導(dǎo)率；k為物質(zhì)體積磁化系數(shù)；b為顆粒半徑；H0為背景場強(qiáng)。

可見，當(dāng)梯度匹配時(shí)，磁力與顆粒半徑b的平方成正比。

重力計(jì)算見式(2)。

(2)

式中：Fg為球形顆粒在流體介質(zhì)中所受的重力；ρp為球形顆粒的密度；ρf為流體介質(zhì)的密度；b為顆粒半徑；g為重力加速度。

可見，密度ρp的球形顆粒在流體介質(zhì)中所受的重力與顆粒半徑b的立方成正比。

流體拖曳力計(jì)算見式(3)。

(3)

可見，顆粒所受的流體拖曳力與顆粒半徑b的一次方成正比。

因此，在相同條件下，顆粒越粗重力影響最大，顆粒越細(xì)流體拖曳力影響越大。

對于SLon中強(qiáng)磁機(jī)，其介質(zhì)棒交錯(cuò)排列，間隙較小，較粗顆粒在介質(zhì)棒中運(yùn)動(dòng)時(shí)更容易與介質(zhì)棒相碰撞并吸附而結(jié)束在磁場中的運(yùn)動(dòng)。

而對于細(xì)粒級(jí)礦物顆粒，其受流體拖曳力影響更大。當(dāng)磁場強(qiáng)度較低時(shí)，只有磁化率較高的顆粒被吸附；當(dāng)場強(qiáng)逐漸增加后，部分連生體礦物顆粒在流體拖曳力不變的情況下受到的磁力增加，被介質(zhì)吸附；當(dāng)場強(qiáng)繼續(xù)增加后，部分極細(xì)粒級(jí)的高磁性率礦物顆粒受到的磁力逐漸增強(qiáng)，足以抵抗原本就較高的流體拖曳力而被回收。

為了驗(yàn)證這一思路，對不同電流強(qiáng)度下的強(qiáng)磁精礦各粒級(jí)的品位進(jìn)行分析見表9。

表9　不同電流強(qiáng)度下強(qiáng)磁精礦各粒級(jí)組成品位

同時(shí)計(jì)算不同電流強(qiáng)度下各粒級(jí)品位分布律見表10。

表10　不同電流強(qiáng)度下強(qiáng)磁精礦各粒級(jí)品位分布律

從表9可以看出，當(dāng)激磁電流強(qiáng)度遞增時(shí)，+0.074mm粒級(jí)和-0.074mm+0.043mm粒級(jí)品位變化不大，但-0.043mm粒級(jí)隨電流增強(qiáng)品位出現(xiàn)了先增加后下降的現(xiàn)象，在400A(381mT)條件下出現(xiàn)拐點(diǎn)。說明對于這一粒級(jí)電流小于400A(381mT)時(shí)逐步增強(qiáng)有利于捕捉礦物顆粒，但隨后隨電流增強(qiáng)對細(xì)粒級(jí)脈石礦物或貧連生體礦物包裹增強(qiáng)，導(dǎo)致精礦品位下降。

從表10中也可以看出-0.043mm粒級(jí)礦物顆粒的品位分布律隨激磁電流增加出現(xiàn)了先下降后上升的現(xiàn)象。驗(yàn)證了之前的分析。

5在最佳電流區(qū)間確定中強(qiáng)磁電流的意義

激磁電流強(qiáng)度是中、強(qiáng)磁機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中最為重要的設(shè)定參數(shù)之一，也是調(diào)整最為靈活的一個(gè)參數(shù)。根據(jù)給礦性質(zhì)的變化靈活調(diào)整電流設(shè)定不但有利于節(jié)能降耗，還直接影響后續(xù)選別作業(yè)的效果。首先，過低的電流設(shè)置容易造成尾礦的流失，降低回收率。其次過高的電流意味著較高的能耗，也影響著激磁線圈的發(fā)熱。過高的電流產(chǎn)生更多的熱量，需要更多的冷卻水，同時(shí)對相關(guān)零部件的壽命也有一定影響。此外當(dāng)電流強(qiáng)度高于適宜區(qū)間時(shí)，回收率雖然可以大幅提高，但精礦夾雜嚴(yán)重，嚴(yán)重影響后續(xù)選別作業(yè)。

因此確定最佳的電流設(shè)定區(qū)間對穩(wěn)定生產(chǎn)指標(biāo)、節(jié)能降耗具有積極意義。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2016-04-01

作者簡介：李珺瑋(1987-)，男，助理選礦工程師，武漢理工大學(xué)礦物加工工程專業(yè)本科學(xué)歷，河北鋼鐵集團(tuán)灤縣司家營鐵礦有限公司選礦一廠技術(shù)員。 E-mail：black-phantom@163.com。

中圖分類號(hào)：TD951

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4051(2016)07-0109-05

The influence of magnetizing current separation effect on SLon mid and high magnetic sparator in oxidized iron ore processing flowsheet

LI Jun-wei，ZHU Tao，LU Kuan

(Hebei Iron and Steel Luan County Sijiaying Iron Ore Co.，Ltd.，Tangshan 063700，China)

Abstract:SLon high intensity and medium intensity magnetic separators are mainly used to tailings discarding in the oxidized ore processing flow of Si Jiaying iron mine.The separation efficiency of magnetic separators influence the recovery of final concentrate and following separation flow directly.In this paper，magnetizing current intensity was changed to investigate the separation efficiency and magnetic field intensity.The tests results indicated that the recommended current intensity range of high intensity and medium intensity magnetic separators was 400～600A and 600～800A，respectively.At this time，the grade and recovery of concentrate was close to highest value.The mechanism of concentrate indexes which along with the changes of magnetizing current intensity was analyzed.The recovery of fine magnetic mineral particles increased with the increase of magnetizing current intensity，meanwhile，the grade of concentrate increased to the highest value when the magnetizing current intensity was closed to the recommended range.The optimization of recommended current intensity range was significant to the steady production and energy-saving and cost-reducing of Sijiaying iron mine.

Key words：SLon mid intensity magnetic separator；SLon high intensity magnetic separator；field current；energy-saving and cost-reducing；recovery rate