混合型铁矿在开放磁路高梯度磁场中的磁场力分析与验证.pdf

7 8 有色金属 选矿部分2 0 1 8 年第4 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s 蚰．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 8 ．0 4 ．0 1 6 混合型铁矿在开放磁路高梯度磁场中 的磁场力分析与验证 成磊1 ，- ，尚红亮1 ，2 1 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 ；2 ．北矿机电科技有限责任公司，北京1 0 0 1 6 0 摘要在探讨混合型铁矿等比磁化系数基础上，以c o m s o I 仿真分析了开放磁路磁场力H g m d 日模型，为提高磁 场力实现混合铁矿分选，建立了开放磁路高梯度磁场，形成的感应磁场强度超过9 ．3 1 0 5A ／m 1 ．1 7T ，磁场力 H g r a d Ⅳ达到1 ．2 1 0 ”A 2 ／m 3 。通过试验验证，可以实现对磁．镜混合铁矿实现分选。 关键词混合型铁矿；等比磁化系数；磁场力；高梯度磁场 中图分类号T D 4 5 7文献标志码A文章编号1 6 7 l _ 9 4 9 2 2 0 1 8 0 4 瑚7 8 J D 4 A n a l y s i sa n dV e r i 6 c a t i O no fM a g n e t i cF i e l dF o r c eA c t e dO nB l e n d e dI r o no r e i nH i g hG m d i e n tM a g n e t i cF i e M 耐t ho p e nM a g n e t i cC i r c u i t C 髓ⅣG ∥，S 础ⅣG 舶昭阮增7 ，2 J 『．日e 咖增＆聊m ZR 船e 口砌觚砒u 据Q 厂胧凡i 凡g 口以胁f 口Z Z u r g ，，，B e 咖昭』D O J 6 D ，劬i 凡口； 2 ． 曰G R 删讹如i 聊可 A “f o 啪￡幻几‰ 加研c o ．，厶吐，B e 彬n gJ O D J 6 0 ，吼i n 口 A b s t r a c t O nt h eb a s i so fd i s c u s s i n ge q u i v a l e n ts u s c e p t i b i l i t yf o rb l e n d e di r o no r e ，t h eH g r a d 日m o d e lf o r o p e nm a g n e t i cc i r c u i ti sa n a l y z e dw i t hc o m s 0 1 ． I no r d e rt o i m p m v em a g n e t i c6 e l df o r c ef o rb l e n d e di m no r e s e p a r a t i o n ，h i 曲伊a d i e n tm a g n e t i cf i e l di no p e nm a g n e t i cc i r c u i ti sb u i l t ． 1 n d u c e dm a g n e t i c 矗e l di n t e n s i t yi sh i g h e r t h a n9 ．3 1 0 5A ／ma n dH g r a d 日r e a c h e s1 ．2 1 0 1 4A 2 ／m 3 ．T h r o u g he x p e r i m e n t a lv e r i 6 c a t i o n ，t h i sh i g hg r a d i e n t m a g n e t i c6 e l dc a ns e p a r a t eb l e n d e di r o no r eo fm a g n e t i t ea n ds p e c u l a r i t e ． K e yw o r d s b l e n d e di m no r e ；e q u i v a l e n ts u s c e p t i b i l i t y ；m a g n e t i c6 e l df o r c e ；h i g hg r a d i e n tm a g n e t i cf i e l d 混合型铁矿 磁／赤／镜等铁矿共伴生 资源储量 巨大，我国探明储量超过2 0 0 亿t ，约占铁矿总储量1 ／3 以上。近年来中低品位的混合性铁矿逐步得到开发， 由于矿石的贫化使浮选工艺负荷量大，生产成本高，相 比于易选磁铁矿，连续细磨及浮选工艺带来的成本增 加约4 0 ％，严重制约了混合型铁矿的经济开发。 矿石的贫化使其在一5m m 甚至是一1 2m m 粒 级具有很好的解离和抛尾特征。但由于混合型铁矿 石本身磁性偏弱，常规筒式磁选机采用开放磁场的 磁场强度和梯度有限，难以捕收以弱磁性矿物为主 的连生体矿石；闭合磁路型高梯度磁选机可以产生 捕收细粒微细粒弱磁性矿物的强磁场力，但分选粒 度受限，一般用于一1m m 以下细粒矿石分选，且强 磁性矿物容易造成分选空间堵塞。本文提出一种开 放磁路磁选和高梯度磁选结合的分选原理，在以混 合铁矿磁眭探讨的基础上，通过建立开放磁路磁场 力模型和高梯度磁场力模型，研究对磁一镜混合型铁 矿的捕收情况，并通过试验进行了验证，为进一步推 广应用奠定了基础。 1 混合型铁矿等比磁化系数 比磁化系数是衡量铁矿石具备磁选分离可行性 的关键。为了实现粗粒级混合型铁矿磁选分离，首 先要对混合型铁矿石的等比磁化系数进行分析。磁 铁矿、赤铁矿等单体铁矿物的比磁化系数经过长期 选矿实践和实验测试已实现量化，如赤铁矿比磁化 系数一般取2 ．9 1 0 ～m 3 ／k g ，镜铁矿比磁化系数一 般取3 ．7 1 0 ’。。m 3 ／k g 1 ，王常任教授研究了磁铁矿 连生体的比磁化率与其中磁铁矿含量间的关系，结 果如图1 所示旧o ，根据该模型及铁矿物单体比磁化 收稿日期2 0 1 8 _ 0 3 一1 4修回日期2 0 1 8 娟D 6 作者简介成磊 1 9 8 8 一 ，男，河北秦皇岛人，硕士，工程师，主要从事磁选技术研究与设备研发工作。 万方数据 2 0 1 8 年第4 期 成磊等混合型铁矿在开放磁路高梯度磁场中的磁场力分析与验证 7 9 系数，推算磁一镜混合铁矿石连生体 磁铁矿含量 0 ．2 ％一1 0 ％，镜铁矿含量1 0 ％～1 0 0 ％ 的等比磁 化系数约为1 1 0 ～～2 ．5 1 0 ～m 3 ／k g ，磁铁矿含 量占主要影响作用。赤铁矿由于相对磁铁矿比磁化 系数不足1 ％，与磁铁矿共生的混合性铁矿石连生 体颗粒比磁化系数以磁铁矿连生体为准，当磁铁矿 含量不足0 ．2 ％时可作译一永铁矿处理 图l 磁铁矿连生体比磁化率与其含量间的关系 F i 昏1R e l a t i o n s h i pb e t w e e nn l a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t y o fm 婚l e t i t ec o n t i n u u m 柚dm a g n e t i t ec o n t e n t 一般来说铁矿石原矿密度可取为28 0 0k g ／m 3 ， 按照p 摩擦F 磁 G 的磁选分离基本原则，分选磁- 镜混 合性铁矿石时需要的磁场力H g m d 日 1 ．5 6 1 0 1 2 ～ 3 ．9 1 0 1 3A 2 ／m 3 ，而这对于开放式磁系是一个很大的 挑战。 2 开放磁路磁场力H g r a d 日 开放磁路磁选机结构适用于强磁性铁矿石分 选，具有分选空间大、处理能力大、维护方便等优点， 不足在于产生磁场力有限。已有若干学者进行了开 放磁路磁场特性的研究。众所周知，磁性材料用量 是决定磁场力的主导因素，而在相同磁性材料用量 下，以典型结构主磁极．力Ⅱ楔一主磁极为例，磁极极面 宽度对磁场特性有显著影响。磁极极面宽度越大， 磁场作用深度越大；而磁极极面宽度越小，近磁源处 磁场梯度越大旧J ，但是仍无法判断磁极极面宽度对 于分选区磁场力的影响。为此，在c o m s o l 磁场仿真 平台下，引入磁场力H g r a d H 对某开放式强磁场磁 路进行了分析，结果如图2 所示。其中n ，6 ，c 代表 不同的磁极极面宽度，口 1 ．3 6 ，o 1 ．5 3 c 。可以看 出，该磁路在分选区产生的峰值磁场力随着磁极极 面宽度的减小而减小，而另一方面，随着磁极极面宽 度减小，磁场力H g r a d 日在5 1 0 1 2A 2 ／m 3 以上的强 图2 某开放磁路H g r a d 日变化曲线 F i g ．2 C u r v eo fH g r a d 日f o rs o m eo p e nm a g n e t i cc i r c u i l 万方数据 8 0 有色金属 选矿部分2 0 1 8 年第4 期 磁场区增加，磁极极面宽度为c 时比磁极极面宽度 为口时增加约2 0 ％，可增加对等比磁化系数大于 7 ．8 1 0 ～m 3 ／k g 磁铁矿含量不小于3 ．5 ％ 的磁一镜 混合铁矿石颗粒捕收的面积，增加设备处理能力。 但由于磁场力H g r a d 日最大仅为6 ．9 1 0 1 2A 2 ／m 3 ， 当混合铁矿连生体中磁铁矿含量小于3 ．1 ％时，即 使镜铁矿含量再高，单一的开放磁路也难以提供回 收混合铁矿连生体的足够磁场力。 3 开放磁路高梯度磁场的提出与建模 根据上节分析，为了对磁铁矿含量3 ．1 ％以下 伴生的镜铁矿连生体、镜铁矿单体等粗颗粒混合矿 石实现回收，需要在开放磁路基础上创建高梯度磁 场实现磁场力H g 阻d 日提升。而形成高梯度磁场的 聚磁介质尺寸受磁场深度的影响，不宜超过5 一， 根据圆柱形棒介质直径匹配理论，棒介质直径与矿 粒直径比例一般在1 以上HJ ，因此开放磁路高梯度 磁场分选矿石粒级上限基本为5m m 。 在均匀背景磁场下，不同直径的圆柱形聚磁介质 产生不同的高梯度磁场∞J 。以直径4m m 棒介质为 例，在磁场强度为4 ．8 1 0 5A ／m 0 ．6T 均匀背景磁 场中，其介质表面产生的高梯度磁场力如图3 所示，介 质表面1 ．5m m 内可产生大于5 1 0 ”A 2 ／m 3 的强磁场 力，可实现对磁铁矿含量3 ．1 ％以下伴生的镜铁矿连生 体、镜铁矿单体实现捕收，但作用区域极小，2 姗以外 区域难以提供足够磁场力，将1 ．5m m 处认为矿粒中 心．可认为这种磁场优选的分选粒级为一3n l I I l 。 图3 0 ．6T 均匀背景磁场下高梯度 磁场力 4 咖棒介质 F i g ．3 n eH g 隐d 日o fh i g hg r a d i e n tm a g n e t i cf i e l d i n d u c e db y4 Ⅱ瑚d i a I I l e t e rm a g n e t i cn l e d i u m i n0 ．6Tu n i f o mb a c k g r o u n dm a g n e t i cf i e l d 相比于均匀背景磁场，开放磁路产生的强磁场 具有磁场方向和磁场强度周期变化的特点，因此开 放磁路下聚磁介质产生的高梯度磁场也明显不同， 以图2 b 对应的开放磁路为背景磁路，增加聚磁介 质形成高梯度磁场，其磁场强度等位图如图4 ，可见 一部分棒介质位于水平背景磁场中，形成的高梯度 磁场集中于介质水平方向两侧，一部分棒介质位于 竖直背景磁场中，形成的高梯度磁场位于介质上下 面，高梯度磁场产生的相对位置随背景磁场方向变 化而变化。形成的高梯度磁场的磁场强度超过 战 f I ．f ．1t 二⋯ 图4 开放磁路高梯度磁场强度等位图 F i g - 4E q u i V a l e n c ec l o u do fm a g n e t i cf i e l ds t r e n g t I lf o rh i g hg r a d i e n tm a g n e t i c6 e l di no p e nm a g n e t i cc i r c u i t 万方数据 2 0 1 8 年第4 期 成磊等混合型铁矿在开放磁路高梯度磁场中的磁场力分析与验证 8 l 9 ．3 1 0 5A ／m 1 ．1 7T ，磁场力H g r a d 日达到1 ．2 1 0 1 4A 2 ／m 3 。因此，开放磁路高梯度磁场可以实现对 磁铁矿含量3 ．1 ％以下的磁一镜铁矿连生体、镜铁矿 单体实现捕收。 仍然可以将尾矿m F e 品位控制在0 ．1 9 ％，T F e 品位 6 ．9 7 ％，T F e 回收率9 6 ．7 7 ％，验证了开放磁路高梯 度磁选可以实现对磁铁矿含量3 ．1 ％以下的磁．镜铁 矿连生体实现回收。 4 试验研究5 结论 在实验室某开放磁路磁选机基础上，研制了开 放磁路高梯度磁选机，对某磁一镜混合铁矿进行了试 验研究。在同等试验条件下，对比了某原矿和中磁 后尾矿进行高梯度磁选的试验效果，试验结果见表 1 2 。 表l某磁- 镜铁矿原矿试验结果 T a b l e1T h et e s tr e s u l t so fr a wo r ef o rs o m eb l e n d e d i r o no r eo fm a g n e t i t ea n ds p e c u l a r i t e 表2 某磁- 镜铁矿中磁尾矿试验结果 ‘I 址l e2T h et e s tr e s u l t so ft a i l i n g so fm e d i u mm a g n e t i c s e p a r a t i o n f o rs o m eb l e n d e di r o no r eo f m a g n e t i t ea n ds p e c u l a r i t e 从表1 - 2 可看出，这种开放磁路高梯度磁选机 可以实现对该磁一镜混合铁矿的分选，原矿可抛出产 率1 1 ．2 8 ％、尾矿m F e 品位0 ．1 8 ％、T F e 品位6 ．4 3 ％ 的合格尾矿；m F e 品位1 ．7 2 ％的中磁尾矿经选别， 1 磁- 镜、磁一赤等混合型铁矿连生体的等比磁 化系数主要受磁铁矿含量影响；当混合铁矿连生体 中磁铁矿含量小于3 ．1 ％时，即使镜铁矿含量再高， 单一的开放磁路也难以提供回收磁．镜混合铁矿连 生体的足够磁场力。 2 开放磁路高梯度磁场形成的感应磁场强度 超过9 ．3 1 0 5A ／m 1 ．1 7T ，磁场力H g r a d 日达到 1 ．2 1 0 1 4A 2 ／m 3 ；可以实现对磁铁矿含量3 ．1 ％以 下的磁．镜铁矿连生体、镜铁矿单体捕收。 3 利用实验室某开放磁路高梯度磁选机分选 某磁- 镜混合型铁矿石，实现了抛废率1 1 ．2 8 ％、尾矿 T F e 品位6 ．4 3 ％、T F e 回收率9 7 ．2 7 ％的良好指标。 参考文献 [ 1 ] 王伟之，何景玲，杨春光．某镜铁矿选矿工艺试验研究 [ J ] ．中国矿业，2 0 1 2 2 7 7 ．7 9 ． [ 2 ] 王常任．磁电选矿[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 5 9 ．1 9 ． [ 3 ] 魏红港，史佩伟，冉红想，等．永磁筒式磁选机开放式磁 场特性的分析[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 l 增刊 1 1 4 6 1 4 9 ． [ 4 ] 丁利．高梯度磁选过程的组合式棒介质研究[ D ] ．昆 明昆明理工大学，2 0 1 4 2 3 2 4 ． [ 5 ] 成磊，魏红港，冉红想．聚磁介质对磁场特性影响的仿 真分析[ c ] ．中国矿业科技文汇．2 0 1 4 ．北京冶金工业 出版社，2 0 1 4 1 7 7 一1 8 0 ． 万方数据