SSS-III系列水平磁场立环脉动高梯度磁选机的研制与应用_徐少华.pdf

SSS-III系列水平磁场立环脉动高梯度磁选机的 研制与应用 徐少华 1， 2， 3 汤玉和 1， 2， 3 张军 1， 2， 3 林恬盛 1， 2， 3 （1. 广东省资源综合利用研究所， 广东 广州 510650； 2. 稀有金属分离与综合利用国家重点实验室， 广东 广州 510650； 3. 广东省矿产资源开发和综合利用重点实验室， 广东 广州 510650） 摘要SSS-II系列水平磁场立环脉动高梯度磁选机虽具有精矿品位高、 磁介质不易堵塞、 磁系无腐蚀的优 点， 但磁能利用率不足、 磁介质体积量较小、 回收率偏低等问题制约了其推广应用。为解决这些问题， 以SSS-II系 列磁选机为基础， 开发了SSS-III系列水平磁场立环脉动高梯度磁选机。该磁选机的双层磁介质盒分选环结构， 显 著提高磁能利用率、 磁介质体积量和分选作用高度， 实现强弱磁性颗粒的梯级分选， 起到 “1粗1扫” 短流程选别效 果， 提升设备处理能力和选矿回收率； 双层冲洗卸矿装置确保磁介质不易堵塞的优点得以延续。攀枝花某选钛厂 粗选车间的生产实践表明， SSS-III-2750型水平磁场立环脉动高梯度磁选机运行平稳、 可靠， 在原矿TiO2品位为 9.89条件下， 获得了TiO2品位为17.54、 TiO2回收率为86.23的钛粗精矿， 与SSS-II-2750型水平磁场立环脉动高 梯度磁选机相比， 在精矿TiO2品位低1.09个百分点的情况下， TiO2回收率提高了11.91个百分点， 与现场某垂直磁场 立环脉动高梯度磁选机相比， 在原矿TiO2品位仅高0.43个百分点的情况下， 精矿TiO2品位和回收率分别大幅度提 高了3.42和15.56个百分点。 关键词水平磁场双层磁介质盒分选环 “1粗1扫” 短流程双层冲洗卸矿装置 中图分类号TD457文献标志码A文章编号1001-1250 （2019） -05-137-05 DOI10.19614/ki.jsks.201905022 Development and Application of SSS-III Series Vertical Ring Pulsating HGMS with Horizontal Magnetic Field Xu Shaohua1， 2， 3Tang Yuhe1， 2， 3Zhang Jun1， 2， 3Lin Tiansheng1， 2， 32 （1. Guangdong Institute of Resources Comprehensive Utilization， Guangzhou 510651， China； 2. State Key Laboratory of Rare Metals Separation and Comprehensive Utilization， Guangzhou 510651， China； 3. Guangdong Key Laboratory for Development and Comprehensive Utilization Mineral Resources， Guangzhou 510650， China） AbstractAlthough SSS-II series vertical ring pulsating HGMS （High Gradient Magnetic Separator with horizontal mag- netic field has the advantages of high grade concentrate，jamless magnetic medium and no-corrosion magnetic system，the problems of insufficient magnetic energy utilization rate， low volume magnetic medium ， poor recovery rate and so on restrict its popularization and application. In order to solve these problems， and based on SSS-II series magnetic separators， the SSS- III series vertical ring pulsating HGMS with horizontal magnetic field were developed. The machine adopts a special double layer magnetic medium box sorting ring structure， which significantly improves the utilization rate of magnetic energy， the vol- ume of magnetic medium and the height of separation action， realizes the steps sorting of ferromagnetic and low magnetic parti- cles，plays a short process sorting effect of“one roughing and one scavenging” ，and improves equipment processing ability and recovery rate. The double layer washing discharging device ensures the advantage of jamless magnetic medium. The pro- duction practice of the roughing workshop of a titanium selection plant in Panzhihua showed that the SSS-III-2750 vertical ring pulsating HGMS with horizontal magnetic field run smoothly and reliably. In the case of the grade of TiO2in raw ores 9.89 ， titanium roughing concentrate with TiO2grade of 17.54 and TiO2recovery rate of 86.23 was obtained. Compared with the 收稿日期2019-03-26 基金项目广东省科技计划项目 （编号 2017B030314046， 2017A070701020） ； 广东省科学院实施创新驱动发展能力建设专项 （编号 2018GDASCX-0109） 。 作者简介徐少华 （1986） ， 男， 工程师， 硕士。 总第 515 期 2019 年第 5 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 515 May 2019 机电与自动化 137 ChaoXing 金属矿山2019年第5期总第515期 SSS-II-2750 vertical ring pulsating HGMS with horizontal magnetic field， the recovery rate of TiO2increased by 11.91 percent- age points in the case of the raw ores with grade lowered by 1.09 percentage points. Compared with a on-site vertical ring pul- sating HGMS with vertical magnetic field， the grade and recovery rate of TiO2increased significantly by 3.42 percentage points and 15.56 percentage points in the case of raw ores grade only higher by 0.43 percentage points. KeywordsHorizontal magnetic field， Double layer magnetic medium box sorting ring， The short process of “One rough- ing and one scavenging” ， Double layer washing discharging device 立环脉动高梯度磁选机是利用磁力、 重力、 脉 动流体力等耦合力来分离 （弱） 磁性物质和非磁性 物质的高效磁选设备， 自问世以来， 已广泛应用于 国内外诸多领域。根据磁场方向的不同， 工业用立 环脉动高梯度磁选机可分为垂直磁场立环脉动高 梯度磁选机和水平磁场立环脉动高梯度磁选机2大 类。水平磁场立环脉动高梯度磁选机以广州有色 金属研究院SSS-II系列为代表 ［1］， 其优点是细粒较 强磁性矿物磁选精矿品位高、 磁介质不易堵塞、 磁 系无腐蚀等［2］， 因而在南京梅山铁矿选矿厂、 攀枝 花钢铁集团密地选钛厂、 承德钛铁矿厂的应用取得 了良好的指标 ［3-5］。但SSS-II系列磁选机存在的磁能 利用率不足、 磁介质体积量较小、 回收率偏低等问题 制约了其的推广应用。 针对SSS-II系列水平磁场立环脉动高梯度磁选 机存在的不足， 以SSS-II系列磁选机为基础， 开发了 SSS-III系列水平磁场立环脉动高梯度磁选机 ［6］， 在 攀枝花某选钛厂粗粒磁选车间进行了工业应用条件 试验。 1SSS-III系列水平磁场立环脉动高梯度磁 选机的结构和分选原理 1. 1SSS-III系列水平磁场立环脉动高梯度磁选机 的结构 SSS-III系列水平磁场立环脉动高梯度磁选机的 结构示意见图1， 主要由双层冲洗卸矿装置、 双层磁 介质盒分选环、 给矿装置、 主传动部件、 激磁线圈、 水 平磁系和脉动装置组成。图2是双层磁介质盒分选 环和双层冲洗卸矿装置示意图， 双层磁介质盒分选 环由外层磁介质盒分选环和内层磁介质盒分选环组 成， 内层磁介质盒分选环直径小， 装载有内层粗棒磁 介质盒； 外层磁介质盒分选环直径大， 装载有外层细 棒磁介质盒； 双层冲洗卸矿装置包括外层冲洗卸矿 装置和内层冲洗卸矿装置， 外层冲洗卸矿装置置于 外层磁介质盒分选环外侧， 内层冲洗卸矿装置置于 内外层磁介质盒分选环之间； 水平磁系的结构示意 见图3， 由磁系框架、 左磁极头和右磁极头组成， 磁极 头间隙为分选腔体。 1. 2SSS-III系列水平磁场立环脉动高梯度磁选机 的分选原理 激磁线圈通入直流电， 在水平磁系中形成磁力 线， 磁极头引导磁力线至分选腔体形成磁场分选区 域； 内外层磁介质盒随着双层磁介质盒分选环旋转 进入分选腔体， 内层磁介质盒置于较低背景磁场强 度分选区域， 外层磁介质盒置于较高背景磁场强度 138 ChaoXing 徐少华等 SSS-III系列水平磁场立环脉动高梯度磁选机的研制与应用2019年第5期 分选区域； 矿浆由给矿装置给入， 依次经过内层磁介 质盒和外层磁介质盒， 矿浆中的强磁性矿物被内层 粗棒磁介质吸附， 弱磁性矿物和遗漏的强磁性矿物 被外层细棒磁介质吸附， 非磁性物从分选腔体底部 排走； 内外层磁介质盒随着分选环旋转脱离磁场分 选区域进入上部无磁场冲洗卸矿区， 双层冲洗卸矿 装置对吸附有磁性物的内外层磁介质盒进行冲洗卸 矿作业， 磁性物脱离磁介质棒排走。如此循环， 实现 矿浆中磁性物与非磁性物的分离。 2SSS-III系列水平磁场高梯度磁选机的特点 2. 1磁能利用率高和实现梯级选别 SSS-III-2750型立环脉动高梯度磁选机沿分选高 度方向背景磁场强度分布云图见图4， 图中中心区域 为-100 mm 至 100 mm 区域， 背景磁场强度为 0.4～ 0.54 T； 上部区域为大于100 mm区域， 下部区域为小 于-100 mm区域， 上、 下部区域背景磁场强度对称梯 级衰减， 300 mm及-300 mm处背景磁场强度约为 0.35 T。 SSS-III-2750型立环脉动高梯度磁选机根据磁场 分布特点， 采用双层磁介质盒分选环结构， 将内层磁 介质盒置于背景磁场强度为0.3～0.38 T的区域， 磁介 质采用粗棒介质； 外层磁介质盒置于背景磁场强度 为 0.4～0.54 T 区域， 磁介质采用细棒介质。SSS-II- 2750型立环脉动高梯度磁选机沿分选高度方向背景 磁场强度分布与SSS-III-2750型立环脉动高梯度磁选 机一样， 但是其为单层磁介质盒分选环结构， 磁介质 全部置于中心区域， 只利用中心区域 （0.4～0.54 T） 磁 能， 上、 下区域有效磁能 （0.4～0.3 T） 未得到利用。 SSS-III-2750型立环脉动高梯度磁选机相较于 SSS-II-2750型立环脉动高梯度磁选机， 增加了利用 上、 下区域的有效磁能， 显著提升了磁能的利用率。 内层磁介质盒处于较低背景磁场强度分选区域， 粗 棒磁介质吸附强磁性矿物， 外层磁介质盒处于较高 背景磁场强度分选区域， 细棒磁介质吸附弱磁性矿 物， 实现矿物的梯级选别。 2. 2磁介质体积量大 图5是SSS-I系列垂直磁场立环脉动高梯度磁选 机和SSS-II系列水平磁场立环脉动高梯度磁选机磁 介质体积量对比曲线。 从图5可以看出， 随着转环直径的增大， SSS-II 系列磁选机的磁介质体积量由大于逐渐变成小于 SSS-I系列磁选机的磁介质体积量， 临界点的转环直 径为1 750 mm， 直径为2 500 mm的SSS-I-2500型磁 选机的磁介质体积量比 SSS-II-2500 型磁选机高 35。SSS-II系列磁选机大型化不能迅速放大磁介质 体积量主要原因在于水平磁系的结构特点决定了其 分选腔宽度 （转环宽度） 不能过大， 以往仅仅依靠分选 环外径的增大来提升有限的磁介质体积量； SSS-I系 列磁选机随着机型的放大， 不仅可通过分选环外径 的增大来提升磁介质体积量， 还可通过增加分选环 宽度来提升其磁介质体积量 （如SSS-I-2750型磁选机 分选环宽度 （1 497 mm） 是SSS-I-2000型磁选机分选 环宽度 （942 mm） 的1.59倍， SSS-II-2750型磁选机分 选环宽度 （702 mm） 是SSS-II-2000型磁选机分选环宽 度 （636 mm） 的1.1倍， 差距明显） 。 SSS-III系列水平磁场立环脉动高梯度磁选机利 139 ChaoXing 金属矿山2019年第5期总第515期 用分选高度方向无磁系约束的特点， 采用双层磁介 质盒分选环结构， 既保留外层环磁介质盒， 又沿分选 环径向方向增加内层环磁介质盒， 大幅提升磁介质 体积量。表1是直径2 750 mm各类高梯度磁选机磁 介质体积量对比表， 从中可以看出， SSS-III-2750型磁 选机磁介质体积量为1.602 m， 约为SSS-II-2750型磁 选机磁介质体积量的160， 达到SSS-I-2750型磁选 机磁介质体积量的约97。原则上， 磁介质体积量越 大则设备处理能力越大， 所以SSS-III系列水平磁场 高梯度磁选机有效地提升了设备的处理能力。 2. 3分选作用时间长 SSS-III系列水平磁场高梯度磁选机的双层磁介 质盒分选环结构， 成倍地增大了磁介质分选作用高 度， 延长矿浆分选作用时间。表2是直径2 750 mm各 类高梯度磁选机磁介质分选作用高度对比表。 从表2可以看出， SSS-III-2750型磁选机分选作用 高度是SSS-II-2750型磁选机分选作用高度的2倍， 是 SSS-I-2750型磁选机分选作用高度的2.1倍。原则上， 矿浆分选作用时间越长， 磁性物被捕获的概率越高， 非金属矿选别除铁效果更优或磁性物回收率越高。 同时， SSS-III系列水平磁场高梯度磁选机双层磁 介质分选作用， 产生了类似传统2台磁选设备1粗1 扫的作业效果 矿浆经过内层磁介质， 强磁性颗粒物 被磁介质吸附， 类似实现矿浆的1次粗选作业； 剩余 矿浆穿过内层磁介质， 进入到背景磁场强度更高的 外层分选区域， 弱磁性颗粒物及遗漏的强磁性颗粒 物被外层磁介质吸附， 类似实现矿浆的1次扫选作 业。这种1粗1扫的作业效果在同一台设备上实现， 有效地提升了磁性物回收率， 减少设备数量和占地 面积， 降低设备购置成本和维护难度。 2. 4双层冲洗卸矿装置 SSS-III系列水平磁场立环脉动高梯度磁选机采 用双层磁介质盒分选环结构， 由于分选作用高度的 增加， 反向冲洗卸料的深度也同时增加， 这就可能引 起冲洗卸料不干净、 磁介质易堵塞的问题。因此， 本 系列磁选设备根据双层磁介质盒分选环的结构特 点， 保留外层冲洗卸矿装置， 同时在内层磁介质和外 层磁介质间增加了内层冲洗卸矿装置， 内外层冲洗 卸矿装置协同作用， 对内外层磁介质同时进行冲洗 卸矿作业， 保证了充足的卸矿水量和卸矿时间， 确保 SSS-III系列水平磁场立环脉动高梯度磁选机卸料干 净、 磁介质盒不易堵塞。 3SSS-III系列立环脉动高梯度磁选机的应用 SSS-III-2750型水平磁场立环脉动高梯度磁选机 于2018年在攀枝花某选钛厂粗选车间完成安装 （图 6） 、 调试和工业生产， 设备运行3个月未见磁介质盒 堵塞情况。在激磁电流1 300 A、 转环转速3 r/min、 脉 动冲程 12 mm、 脉动冲次 270 次/min 的条件下， SSS- III-2750型和SSS-II-2750型磁选机生产指标对比见 表3。 从表3可以看出， SSS-III-2750型水平磁场立环 脉动高梯度磁选机在原矿品位为9.89条件下， 获得 了TiO2品位为17.54、 TiO2回收率86.23的钛粗精 矿， 尾矿TiO2品位仅为2.65； 与SSS-II-2750型水平 磁场立环脉动高梯度磁选机相比， 在精矿TiO2品位低 1.09个百分点的情况下， TiO2回收率提高了11.91个 百分点； 与现场某垂直磁场立环脉动高梯度磁选机 相比， 在原矿TiO2品位高0.43个百分点的情况下， 精 矿TiO2品位和回收率分别大幅提高了3.42和15.56个 百分点。 140 ChaoXing ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ 生产实践表明， SSS-III系列水平磁场双层立环脉 动高梯度磁选机在基本确保精矿质量的前提下， 显 著提升了精矿回收率。 4结论 （1） SSS-III系列水平磁场立环脉动高梯度磁选机 采用双层磁介质盒分选环结构， 提升了磁能利用率、 增大了磁介质体积量、 可延长分选作用时间， 从而提 高设备的处理能力和选矿回收率。 （2） SSS-III系列水平磁场立环脉动高梯度磁选机 实现了强弱磁性物的梯级分选， 达到了 “1粗1扫” 短 流程选别效果，“1粗1扫” 短流程在同一台设备上实 现， 有效地提升了磁性物的回收率， 减少了设备数量 和占地面积， 降低了设备购置成本和现场的维护难 度； 同时， 根据双层磁介质盒分选环结构特点， 设计 双层冲洗卸矿装置， 保留SSS-II系列水平磁场立环脉 动高梯度磁选机磁介质不易堵塞的优点。 （3） 在攀枝花某选钛厂粗选车间的应用实践表 明， SSS-III-2750型水平磁场双层立环脉动高梯度磁 选机运行平稳、 可靠， 在原矿TiO2品位为9.89条件 下， 获得了TiO2品位为17.54、 TiO2回收率为86.23 的钛粗精矿， 与SSS-II-2750型水平磁场立环脉动高 梯度磁选机相比， 在精矿TiO2品位仅下降1.09个百分 点的情况下， TiO2回收率提高了11.91个百分点， 与现 场某垂直磁场立环脉动高梯度磁选机相比， 在原矿 TiO2品位仅高0.43个百分点的情况下， 精矿TiO2品位 和回收率分别大幅度提高了3.42和15.56个百分点。 （4） SSS-III系列水平磁场立环脉动高梯度磁选机 属中等背景磁场强度， 在强磁性矿物分选领域具有 良好的应用前景， 但在弱磁性微细粒矿物分选方面 的应用受到限制， 提升其背景磁场强度将是今后研 究的主要方向。 参 考 文 献 汤玉和.SSS-II湿式双频脉冲双立环高梯度磁选机的研制 ［J］ .金 属矿山， 2004 （3） 37-39. Tang Yuhe. Development of SSS-II wet type double frequency pul- sation double vertical ring high gradient magnetic separator ［J］ .Met- al Mine， 2004 （3） 37-39. 赵明， 何健全， 许丽敏.SSS-II型立环脉动高梯度磁选机磁介质 棒排布方式的研究 ［J］ .矿山机械， 2009 （19） 97-99. Zhao Ming，He Jianquan，Xu Limin. SSS-II type vertical ring pul- sation high gradient magnetic separator magnetic media studies rods arranged in the way ［J］ .Mining Processing Equipment， 2009 （19） 97-99. 王丰雨， 谭世国， 赵明， 等.SSS-II水平磁场高梯度磁选机及其 在密地选钛厂的应用 ［J］ .金属矿山， 2014 （2） 122-126. Wang Fengyu， Tan Shiguo， Zhao Ming， et al. Development of SSS- II horizontal magnetic field high gradient magnetic separator and its application in Panzhihua Midi Titanium Plant ［J］ .Metal Mine， 2014 （2） 122-126. 杨龙， 张军， 汤玉和.水平磁系高梯度磁选机在梅山选矿厂 的应用 ［J］ .金属矿山， 2009 （7） 86-89. Yang Long，Zhang Jun，Tang Yuhe. Application of the high gradi- ent magnetic separator with horizontal magnet system in Meishan iron concentrator ［J］ .Metal Mine， 2009 （7） 86-89. 张军， 汤玉和， 李文博.SSS-II型高梯度磁选机在承德钛铁矿生 产中的应用 ［J］ .有色金属选矿部分， 2011 （s1） 174-176. Zhang Jun， Tang Yuhe， Li Wenbo. Application of SSS-II high gradi- ent magnetic separator in Chengde Ti-Fe Mine ［J］ .Non-ferrous Met- alsMineral Processing， 2011 （s1） 174-176. 汤玉和， 张军， 徐少华， 等. 一种双层立环高梯度磁选机 中 国， 201721573957.0 ［P］ . 2018-04-13. Tang Yuhe， Zhang Jun， Xu Shaohua， et al. A double-layer vertical ring high gradient magnetic separatorChina， 201721573957.0 ［P］ . 2018-04-13. （责任编辑罗主平） 2019年第5期徐少华等 SSS-III系列水平磁场立环脉动高梯度磁选机的研制与应用 141 ChaoXing