电磁精选机中矿物颗粒受力分析及选矿试验研究.pdf

2 1 6 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年增刊 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 3 ．z 1 ．0 5 5 电磁精选机中矿物颗粒受力分析及选矿试验研究 魏红港，冉红想，李国平 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 摘要在介绍电磁精选机分选原理的基础之上，简要分析了在选矿过程中矿物颗粒受到的主要作用力，阐明了磁性 颗粒和非磁性颗粒分离的必要条件。针对某磁铁矿精矿进行分选试验研究，分析了电流强度、脉冲时间和冲洗水速度对分选 效果的影响，并通过试验数据计算出磁铁矿精矿品位和尾矿品位的多元线性回归方程。 关键词精选；磁选机；励磁线圈；磁铁矿 中图分类号T D 9 2 4文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 3 s o 一0 2 1 6 0 4 铁矿石资源是钢铁工业的原材料，铁精矿的质 量决定了高炉冶炼的成本和质量。铁精矿品位越高 所需要的焦炭就越少，冶炼时间就会缩短，从而降 低炼钢成本㈦] 。研究表明，铁精矿品位提高l ％， 所需焦炭可降低2 ％，产量提高3 ％，可见提高铁 精矿的人炉品位是钢铁企业节能降耗，提高经济效 益的重要途径之一。 磁选方法是生产铁精矿最重要的方法，目前常 用的提高铁精矿质量的方法有多次磁选、细筛再 磨、反浮选等工艺[ 蛳] 。由于传统筒式磁选机磁场 恒定，难以将团聚体中包裹的脉石和贫连生体有效 地分离出去，增加磁选段数并没有从实质上解决夹 杂现象，精矿品位得不到有效地提高，而且还使工 艺流程复杂化；细筛再磨工艺近年来得到推广应 用，该工艺靠控制人选矿石的细度来提高铁精矿的 品位，但是存在的问题是效率低、能耗大、流程复 杂、成本高；反浮选工艺流程更加复杂，成本更 高，浮选药剂还可能对环境造成污染。 电磁精选机是近些年来出现的一种弱磁场磁选 设备，其分选原理和传统永磁磁选设备不同，它能 克服传统磁选设备由于磁团聚夹杂现象，最大限度 提高磁铁矿的精矿品位，因其选别强磁性矿物经 济、简单、分选效果好、环境污染小而得到了众多 选厂的认可。 1 结构及工作原理 北京矿冶研究总院研制了一种新型电磁精选磁 选机，主要由给料装置、尾矿溢流槽、分选筒、励 磁线圈、冲洗水管及阀门、精矿排矿管及阀门和控 制系统等部分组成，其结构见图1 所示。 图1电磁精选机结构示意图 1 一给料装置；2 一尾矿溢流槽；3 一分选筒；4 一外励磁线圈； 5 一内励磁线圈；6 一冲洗水管及阀门；7 一精矿排矿管及阀门 8 一控制系统 该电磁精选机的磁系是由自上而下设置有多组 激磁线圈组成的，每组线圈都是由内外两个激磁线 圈嵌套而成，控制系统采用特殊供电机制自上而下 控制每组激磁线圈的通断电次序，如此可以在分选 空间产生一个水平方向相对均匀，竖直方向顺序交 变的磁场。． 矿浆经给矿装置给入分选筒上部的分选空间， 磁性颗粒在自上而下交变磁场力的作用下，团聚一 分散一团聚交替进行，再加上自下而上高速旋转冲 洗水的冲刷、淘洗作用，能在磁团聚分散时最大限 度地分离出夹杂与其中的单体脉石和贫连生体，并 带人到柱体上部溢流成为尾矿；磁性颗粒，包括单 基金项目北京市科技专项 Z 1 2 11 0 4 0 0 9 2 1 2 0 3 5 箨薯是羿i 魏2 0 红1 3 港- 1 0 - 2 4 1 9 8 4 一 ，男，河北望都人，硕士，工程师，从事选矿设备与工艺的研究工作。作者简介魏红港 一 ，男，河北望都人，硕士，工程师，从事选矿设备与工艺的研究工作。 万方数据 2 0 1 3 年增刊魏红港等电磁精选机中矿物颗粒受力分析及选矿试验研究 2 1 7 体铁矿颗粒和磁铁矿富连生体在向下的相对强大的 磁场力及有效重力的作用下，不被冲洗水冲带，连 续向下运动，最后由电磁精选机底部精矿口排出， 成为高品位磁铁矿精矿。 2 矿物颗粒受力分析 在电磁精选机中，磁性颗粒和非磁性颗粒受到 不同的作用力，它们的受力情况决定各自的运动状 态，图2 为电磁精选机中非磁性颗粒和磁性颗粒受 力分析图。 磁性颗粒 图2 矿物颗粒受力分析图 对于非磁性颗粒来说，主要受到上升水流冲力 瓦和有效重力Z 的联合作用，要实现非磁性颗粒从 电磁精选机上部溢流进入尾矿，则上升水流冲力瓦 必须要大于其有效重力瓦，即 Z Z 1 毋 E 1 对于磁性颗粒来讲，除受到上升水流冲力万和 有效重力一作用外，还受到激磁线圈所产生的磁场 力作用瓦，磁场力瓦可以分解成径向磁场力瓦和轴 向磁场力瓦。轴向磁场力瓦使得磁性颗粒产生向 下运动，是有效分选力，径向磁场力瓦方向由分 选筒中心指向分选筒外壁，使磁性矿粒产生水平运 动，是无效分选力[ 7 | 。要实现磁性矿物颗粒从电磁 精选机下部精矿口排出，必须使得磁性颗粒所受合 力向下，即 F 。 F ； F f 0 2 通过以上分析可知，要实现磁性颗粒和非磁性 颗粒的分离的必要条件为 i 毋 疋 i 言．言、言 3 【如 疋 毋 V 7 式 3 表明，磁性颗粒和非磁性颗粒的受力 状态决定了它们能否实现有效分离，而其受力状态 则取决于分选物料的性质和电磁精选机的参数特 征，故可以通过调节分选参数实现对分选效果的 控制。 3 选矿试验 河北某铁矿生产企业生产用矿石属于鞍山式贫 磁铁矿，矿石中的铁矿物以磁铁矿为主，其次为赤 铁矿；脉石矿物以石英和透辉石为主，其次有紫苏 辉石和角闪石等。试验矿物为磁铁矿精粉，铁品位 为6 2 ．9 3 ％，一0 ．0 7 4h i m 占5 5 ．3 6 ％。为了提高铁精 矿品位，简化现有工艺流程，我们采用电磁精选机 进行磁铁矿精选的提质除杂试验研究，以确定该矿 采用电磁精选机后能达到的分选效果。 3 ．1 电流强度对于对分选效果的影响 激磁电流选择3 ～6A ，线圈脉冲时间为2s ， 上升水流速度为3c m ／s ，电流强度对于对分选效果 的影响如图3 所示。 零 ＼ 趔 n 暑 零 ＼ 褂 擎 回 激磁电流，A 图3 电流强度试验结果 由图3 可见，随着通电线圈激磁电流的增加， 回收率不断增加，而磁铁矿精矿品位和尾矿品位却 降低，因为激磁电流的增加导致分选区磁场强度的 增加，磁陛颗粒所受的向下磁力增强，一方面可以 使一些原本可以被冲洗水带人尾矿的磁性颗粒也进 入磁选精矿，另一方面也增强了磁团聚现象，少量 低品位脉石和贫连生体也会被带到分选区底部成为 精矿，这两方面都可以导致精矿品位的降低。 3 ．2 脉冲时间对分选效果的影响 激磁线圈所加电流为脉冲电流，在分选空间产 生脉冲磁场，在激磁电流5A ，上升水流速度3 c m ／s 的条件下，脉冲时间对分选的影响见图4 。 图4 表明，脉冲时间对分选效果影响显著，精 矿品位和尾矿品位都随着脉冲时间的延长而逐渐增 加，回收率则逐渐降低。这是由于在脉冲时间较短 时电感作用明显，使得磁场变化幅度变小，磁团聚 的破坏作用减弱，使得夹杂于磁团聚中的脉石矿粒 难以从中脱离，影响分选效果。随着脉冲时间的增 长，电感作用减弱，磁团聚的破坏力增强，夹杂于 万方数据 2 1 8 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年增刊 堡 通 口暑 零 ＼ 褂 擎 回 脉冲时间／s 图4 脉冲时间试验结果 其中的脉石矿粒从中脱离出来的几率增加，但是脉 冲时间不能无限制的增加，当脉冲时间过长时，不 仅会使磁性矿物向下运动时间延长，还会造成磁| 生矿 粒在磁场较高水平面的聚集，影响设备的处理能力。 3 ．3 冲洗水速度对分选效果的影响 在激磁线圈通电电流为5A ，脉冲时间为2s ， 不同上升水流速度的试验结果见图5 。 冰 、 遥 咯 冲洗水速度／ c m S ‘1 图5 冲洗水速度试验结果 零 、 褂 擎 回 由图5 可见，冲洗水速度由1c m ／s 增大到4 c m ／s 过程中，精矿品位和尾矿品位上升，回收率下 降；当冲洗水速度由3c m ／s 增大到4c m ／s 时，尾 矿品位大幅上升，回收率大幅下降。这是由于冲洗 水在分选筒内部的上升力是分离脉石矿物的主要作 用力，随着冲洗水速度的增加，上升力也随之增 强，对磁团聚的剥离作用加强，大量的脉石和低品 位连生体被带人到上部尾矿溢流槽排出成为尾矿， 但是当冲洗水速度达到一定程度时，一些微细粒磁 性颗粒也被冲人尾矿中，导致尾矿品位升高，回收 率降低。 4 试验数据的数学分析 对该矿佯试验数据进行数理统计分析，电流强度、 脉冲时间、冲洗水速度和分选效果可以看成个样本， 采用多元线性回归分析方法计拟合出其关系式。 设磁铁矿精矿品位／3 的多元线性回归模型为 3 a o a l xl a 2 x 2 a 3 x3 4 式中，菇，、z 和戈，分别表示电流强度、脉冲 时间和冲洗水速度，a o a ，为系数值。 采用多元线性回归方法对试验数据用M a t l a b 进行分析可得 盆庐6 3 ．5 7 0 7 ，a o 的置信区间为 6 2 ．8 9 9 9 ，6 4 ．2 4 1 4 ； a 1 0 ．3 3 7 4 ，a 。的置信区间为 一0 ．4 5 0 7 ，一0 ．2 2 4 1 ；龟 0 ．8 0 4 5 ，龟的置信区间为 0 ．6 9 5 2 ，0 ．9 1 3 9 ；龛 0 ．4 4 3 9 ， 龟的置信区间为 0 ．3 5 9 8 ，0 ．5 2 7 9o 检验回归模型统计量的三个数值分别为相关 系数占0 ．9 8 1 8 ，F 1 6 1 ．9 0 8 9 ，p 0 ．0 0 0 0 。 由于p O ．0 5 ，磁铁矿精矿品位J B 的多元线性回 归模型成立，为 ／3 6 3 ．5 7 0 7 0 ．3 3 7 4 x 】 0 ．8 0 4 5 x 2 0 ．4 4 3 9 x 3 5 图6 为该模型多元线性回归的残差图，从图中 可见各残差值在0 上下随机分布，说明该多元线性 回归方程对试验数据拟合情况较好。 O _ 3 O ．2 0 ．1 装 。 一0 ．1 0 ．2 - 0 ．3 川⋯h ⋯⋯⋯ 。 上 24681 01 2 数据组数 图6 残差图 同理得尾矿品位艿的多元线性回归模型为 8 2 3 ．1 0 5 9 4 ．9 0 3 3 x 1 3 ．5 5 4 3 x 2 7 ．7 7 2 4 2 3 6 由式 5 和式 6 可见，增大电流强度值戈， 可同时降低精矿品位卢和尾矿品位艿，但是对于尾 矿品位6 的影响作用明显；延长脉冲时间值z 可 同时提高精矿品位卢和尾矿品位6 ，但是对于尾矿 品位6 的影响较大；增加冲洗水速度值戈，可同时 提高精矿品位卢和尾矿品位艿，但是对于尾矿品位 6 的影响显著。对于无量纲的自变量麓 i 1 、2 、 3 在一定的取值范围内，脉冲时间值算对磁铁矿 精矿品位卢影响最大，而冲洗水速度值物对磁铁 矿尾矿品位6 影响最大。 5结论 1 电磁精选机内矿物颗粒受力情况复杂，磁 下转第2 2 1 页 万方数据 2 0 1 3 年增刊王芝伟等粗粒分选大型磁选机的研制与工业试验研究 2 2 1 4 结论 1 B K Y l 5 4 5 大型磁选机与现有C T S l 2 3 0 磁选 机相比，尾矿磁性铁降低O ．2 3 个百分点并可以严 格控制在0 ．4 3 ％以下，磁性铁的回收率高4 ．0 6 个百 分点。 2 B K Y l 5 4 5 大型磁选机处理宝通矿业公司三 选一系列的所有物料，给矿量达2 3 0t ／h 非该机 最大处理量 ，在给矿量频繁波动的情况下，该机 运行稳定，分选指标稳定，单台功耗比原来2 台 C T S l 2 3 0 磁选机降低1 5 ．9 ％。 3 B K Y l 5 4 5 大型磁选机试验的成功实施，证 明了该型磁选机满足选厂大型化设计的工艺要求和 配置要求，为大型低品位钒钛磁铁矿综合选矿系统 大型磁选设备的设计选型提供了重要依据。可以用 于同类选厂或工艺流程的改造和优化。 参考文献 [ 1 ] 朱俊士．钒钛磁铁矿选矿及综合利用[ J ] ．金属矿山， 2 0 0 0 1 1 - 5 ． [ 2 ] 赵瑞敏，董恩海．B K 系列专用筒式磁选机分选机理和特 点[ J ] ．金属矿山，2 0 0 5 1 4 2 - 4 7 ． 、 仓 仓 仓 仓 仓 仓 仓 岔 仓 僚 仓 仓 岔 岔 仓 岔 金 仓 岔 岔 岔 仓 金 岔 岔 岔 岔 命 岔 岔 岔 岔 岔 岔 上接第2 1 8 页 性颗粒主要受到磁场力、有效重力和上升水流冲力 三者的联合作用；非磁性颗粒主要受到有效重力和 上升水流冲力二者的联合作用。要实现磁性颗粒和 非磁性颗粒的有效分离就要使非磁性颗粒受到的合 外力方向向上，磁性颗粒受到的合外力方向向下。 2 通过调节电磁精选机的电流强度、脉冲时 间和冲洗水速度可以控制矿物颗粒的受力状态，实 现对分选结果的控制。在电流强度为5A ，脉冲时 间为3S ，冲洗水速度为3c m ／s 时，磁铁矿精矿品 位达6 5 ．6 6 ％，尾矿品位为2 8 ．3 2 ％，精矿品位提高 2 ．7 3 个百分点。 3 将该试验数据作为样本，用M a t l a b 分析求 解出精矿品位口和尾矿品位6 的多元线性回归方 程，通过该方程可以看出，在合理的取值范围内，对 精矿品位影响程度最大的因素是脉冲时间，其次是 电流强度和冲洗水速度，对尾矿品位影响程度最大的 因素是冲洗水速度，其次是电流强度和脉冲时间。 参考文献 [ 1 ] 余永富．国内外铁矿选矿技术进展及对炼铁的影响[ J ] ． 矿冶工程，2 0 0 4 ，2 4 2 2 6 2 9 ． [ 2 ] 余永富，陈雯，麦笑宇．提高铁精矿质量实现高炉节能 减排增效[ J ] ．矿产保护与利用，2 0 0 9 1 1 3 一1 6 ． [ 3 ] 毛益平．我国高品质铁精矿研究现状及发展前景[ J ] ． 金属矿山，2 0 0 2 增刊1 9 一1 4 ． [ 4 ] 袁怀雨，胡永平，李克庆．采用高效选矿技术，提高和优 化铁精矿品位[ J ] ．金属矿山，2 0 0 1 1 2 9 5 9 8 ． [ 5 ] 陈达，葛英勇，余永富．磁选铁精矿再提纯反浮选工艺 和药剂的研究[ J ] ．矿产保护与利用，2 0 0 5 4 4 6 5 0 ． [ 6 ] 燕洪全，李玉刚，樊丽勤，等．包钢选厂采用细筛再磨工 艺提质降杂工业试验[ J ] ．金属矿山，2 0 0 4 增刊1 3 5 8 3 6 0 ． [ 7 ] 谢强．强磁物磁链的分选磁力[ J ] ．国外金属矿选矿， 2 0 0 0 1 0 1 7 2 0 ． 万方数据