永磁辊筒式强磁选设备的发展.pdf

1 1 4 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第5 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n l 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 9 ．0 5 ．0 2 1 永磁辊筒式强磁选设备的发展 胡永会1 ’2 ，冉红想1 ’2 1 ．北京矿冶科技集团有限公司，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 摘要节能降耗一直是磁选技术与装备的重要追求目标，而开放磁系式永磁强磁选是分离弱磁性矿石和非磁性脉石 的高效、低成本、绿色技术，强磁永磁化技术发展潜力大、前景好。永磁强磁选设备得到广泛应用的主要有辊式与筒式两种结 构形式，对其在弱磁性矿物的块矿干式预选、粗粒湿式预选、微细粒精选及非金属矿提纯等生产工艺流程中的应用情况进行 了综述。 关键词节能降耗；开放磁系；弱磁性矿物；强磁选；永磁化 中图分类号T D 4 5 7文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 9 0 5 0 1 1 4 0 5 D e v e l o p m e n to fP e r m a n e n tR o l la n dD r u mH i g h i n t e n s i t yM a g n e t i cS e p a r a t o r s H U Y o n g h u i2 ．R A NH o n g x i a n 9 1 ’2 1 ．B G R I M MT e c h n o l o g yG r o u p ，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a ； 2 ．B G R I M MM a c h i n e r y A u t o m a t i o nT e c h n o l o g yC o ．，L t d ．，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a A b s t r a c t E n e r g ys a v i n g h a s a l w a y s b e e nt h ep u r s u i to f m a g n e t i cs e p a r a t i o nt e c h n o l o g y a n d e q u i p m e n t ，w h i l et h eh i g h i n t e n s i t yp e r m a n e n tm a g n e t i cs e p a r a t i o nw i t ho p e nm a g n e t i cs y s t e m i sa e f f i c i e n t ，l o w C O S ta n dg r e e nt e c h n o l o g yi ns e p a r a t i n gw e a km a g n e t i cm i n e r a l sf r o mn o n m a g n e t i cg a n g u e s ． S oh i g h f i e l dp e r m a n e n tm a g n e t i z a t i o nh a sag o o da n dp o t e n t i a ld e v e l o p m e n tp r o s p e c t s ．G e n e r a l l y ，t w o t y p e so fr o l la n dd r u mh i g h i n t e n s i t yp e r m a n e n tm a g n e t i cs e p a r a t o r sw e r ew i d e l ya p p l i e d ，a n dt h e i r a p p l i c a t i o n s i n p r o d u c t i o np r o c e s s i n g s u c ha s l u m p o r e d r yp r e c o n c e n t r a t i o n ， c o a r s eo r ew e t p r e c o n c e n t r a t i o n ，f i n ep a r t i c l ec o n c e n t r a t i o na n dn o n m e t a l l i co r ep u r i f i c a t i o nw e r es u m m a r i z e di nt h i sp a p e r ． K e yw o r d s e n e r g ys a v i n g ；o p e nm a g n e t i cs y s t e m ；w e a km a g n e t i cm i n e r a l ；h i g h i n t e n s i t ym a g n e t i c s e p a r a t i o n ；p e r m a n e n tm a g n e t i z a t i o n 能耗一直是制约矿产资源高效开发、选矿厂经 济运营及技术成果工程转化的主要因素。在磁选技 术与装备的发展历程中，解决能耗问题的一个重要 发展方向是超导磁选，但超导设备投资巨大、管理维 护难度大，只在某些行业或领域得到应用；而另一个 发展方向即是强磁永磁化，采用永磁体取代电磁励 磁线圈，数十年来取得较好发展。 强磁场磁选机主要采用闭合磁系和一定形状的 感应磁极或磁介质，并在其选分区产生较强的磁场 力，从而能够有效地分选弱磁性矿物。2 0 世纪对于 强磁场磁选机的研制工作一直是国内外磁选行业的 热点，但多为电磁强磁场磁选机，其中针对感应辊强 磁选机研制较早且较有名的是西德K H D 公司w N 型、美国C a r p c o 公司、斯洛伐克科学院V M R 型、苏 联黑色金属选矿研究院B M 型、英国B o x m a g - R a p i d 公司I R B 型、澳大利亚R e a d i n g 型等n 。2 ] 。我国自2 0 世纪8 0 年代以来也自主研发出多种干、湿式电磁强 磁场磁选机，如长沙矿冶研究院于7 0 年代末研制出 S h p 湿式强磁选机，沈阳矿山机器厂、马鞍山矿山研 究院与中国地质科学院矿产综合利用研究所于7 0 年代末8 0 年代初也分别研制出0 G D 、C S 、S S Q 湿式 感应辊强磁选机，北京矿冶研究总院于9 0 年代初研 制出G C G 干式感应辊强磁选机等[ 3 。5 ] 。 电磁强磁场磁选机普遍存在运行能耗高、台时 效率低、维护成本高等问题，随着永磁材料不断发 展，大型科研院所对强磁永磁化路线的坚持，国内外 收稿日期2 0 1 9 - 0 7 1 1修回日期2 0 1 9 - 0 8 0 9 作者简介胡永会 1 9 8 5 一 ，男，江苏徐州人，硕士，高级工程师，主要从事科研项目管理工作。 万方数据 2 0 1 9 年第5 期胡永会等永磁辊筒式强磁选设备的发展 1 1 5 陆续研制出一系列采用挤压磁系结构的磁选机，按 工业成功应用的设备结构形式的不同主要分为辊式 和筒式两种强磁选机。该结构磁选机不仅具有很高 的磁场强度，还具有很大的磁场梯度，对弱磁性颗粒 的作用力大大提高。 1 永磁辊式强磁选机 2 0 世纪7 0 年代末，芬兰K o n e 公司根据E r k k i A ．L a u r i l a 教授永磁磁路设计思想研制出H i p s 挤 压磁系磁选机，可得到高达1 ．5T 的磁场强度[ 6 ] 。 自8 0 年代初以来，南非B a t e m a n 公司也研制出 P e r m r o l l 永磁干式强磁选机，磁力辊由高性能钕铁 硼稀土磁铁薄圆盘与更薄的钢圆盘交替布置所构 成，磁力辊表面磁场强度超过1 ．2T ，表面磁场梯度 大于0 ．8T ／m m [ 7 1 。9 0 年代初，美国I N P R O S Y S 公 司研制出H S 型永磁辊式强磁机，采用钕铁硼磁体 可在皮带表面达到1 T 以上磁场强度，辊最大规格达 到9 3 0 0m m 2 0 0 0m m [ 8 ] 。南京梅山铁矿于1 9 9 8 年进口一台H S - 3 0 三辊强磁机对一7 5 1 2m m 粗 粒级进行干式预选作业，皮带表面磁场强度高达 7 7 0m T ，辊规格为9 1 0 0 ／3 0 0m m 12 3 0m m ，处理 量5 0 - - - 6 0t ／ h 台 ，较现场重介质振动溜槽实现选 矿回收率与选矿效率双提高，但由于超薄皮带使用 寿命比较短限制了其后续推广应用[ 9 ] 。之后美国 E R I E Z 公司、英国B o x m a g R a p i d 公司等也陆续推 出R E 型、M a g n a r o o l l 型稀土永磁强磁辊式磁选机， p 1 0 0m m 15 0 0m m 为常见规格，工作区磁场强度 高达1 ．2T 以上，如图1 所示。 图1E R I E Z 公司R E 型三辊永磁强磁机 F i g ．1 R Et y p em a g n e t i cs e p a r a t o rf r o mE r i e z 早在2 0 世纪7 0 年代初，沈阳矿山机器厂即自行 研制出国内第一台对辊永磁强磁选机并在坂潭锡矿 投入生产，辊尺寸9 6 5 0m m 2 0 0m m ，磁系由锶铁氧 体磁块组成，闭合磁路处磁场强度可达2 ．6 下1 0 ] 。 7 0 年代中期，北京矿冶研究总院采用锶铅铁氧体磁 块研制出工业型永磁湿式感应辊强磁选机，辊尺寸 9 2 5 0m m 10 5 0m m ，感应辊表面齿尖处磁场强度 为1T ，并在云锡集团卡房选厂完成粗粒级锡石的回 收[ 1 。如图2 所示，之后该院又推出R G C 型干式永 磁辊式强磁选机用于一1 0m m 粒级弱磁性矿选别或 非金属矿除铁提纯，例如新疆某红柱石选厂将矿石 破碎至一5m m 并采用2 R G C - 1 5 0m m 10 0 0m m 双辊强磁选机进行两次分选，可以获得A 1 O 。品位 5 5 ％～5 8 ％的红柱石精矿，其中F e O 。含量小于 1 ％[ 12 | 。9 0 年代初，长沙矿冶研究院研制出 C R I M M 一1 0 0 1 0 0 0 1 ／2 干式单／双辊稀土永磁辊式 强磁选机，磁辊由高性能钕铁硼磁盘和D T 工业纯 铁盘组成，磁辊表面磁场强度1 ．2T 、表面磁场梯度 0 ．3T ／m m F n q 3 ] 。C R I M M 型干式强磁机针对马钢 姑山赤铁矿、酒钢桦树沟镜铁矿、湖南桂阳铅锌锰矿 等弱磁性矿选别，及红柱石、蓝晶石等非金属矿除铁 提纯等领域完成探索试验。 图22 R G C 双辊强磁选机应用现场 F i g ．2 O n s i t ea p p l i c a t i o no f2 R G C m a g n e t i cs e p a r a t o r 2 0 0 2 年初，马鞍山矿山研究院也研制出工业型 Y C G p 3 5 0m m 10 0 0m m 粗粒永磁辊式强磁选 机，辊表磁场强度高达1 ．3T ，处理矿石粒度上限为 3 0 ～5 0m m 。2 0 0 3 年宝钢集团梅山矿业有限公司采 用该设备选别一2 0 2m m 粒级矿石，且选别指标明 显优于美国I N P R O S Y S 公司进口的9 3 0 0m m 10 0 0m m 双辊式强磁机[ 1 引。同年，四川会东满银沟 矿业集团公司新建选厂也选用4 台该规格设备对 一4 0 1 5m m 粒级矿石进行干式预选，可以提前获 得产率约2 0 ％、铁品位大于5 0 ％的合格块矿。近 万方数据 1 1 6 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第5 期 年，Y C G 系列粗粒永磁辊式强磁选机已推广至湖北 地区鲕状赤铁矿、安徽地区磁一赤混合铁矿、河北地 区氧化矿、南非铬铁矿等多个弱磁性矿种的粗粒干 式预选，如图3 所示。Y C G 系列永磁辊式强磁选机 的磁辊采用积木化结构，常用磁辊直径3 5 0m m 且 可以加大至目前最大的6 0 0m m ，同时增大处理物料 的粒径和台时处理量，目前工业应用规格最大的 Y C G 一6 0 0 1 5 0 0 永磁辊式强磁选机最大台时处理量 达1 0 0t ，选别粒度达7 5m m 。 图3Y C G 粗粒辊式强磁机应用现场 F i g ．3 O n - s i t ea p p l i c a t i o no fY C Gm a g n e t i cs e p a r a t o r 永磁筒式强磁选机 永磁辊式强磁选机表面磁场力大、卸料难，因而 采用超薄皮带输送物料到磁场区进行分选；而辊表 磁场强度大，但沿径向衰减非常严重，磁辊表面运输 皮带会使场强衰减，故应尽量降低皮带厚度为宜。 高强度薄型运输带寿命很短价格却高昂，造成设备 频繁停机、维护成本高等实际难题，在很大程度上限 制了该类磁选机的推广使用。为解决该难题，国内 外研究人员利用新型挤压型磁路方式并参照常规筒 式磁选机磁系结构，设计出磁场强度高、扇形磁系结 构的永磁筒式强磁选机。 上世纪8 0 年代初，美国E R I E Z 公司研制出R E 型 稀土筒式强磁选机，最大规格为∞1 4m m X 15 0 0m m 。 磁系结构由极性交变的稀土磁条和作为磁极的软铁 条组合而成，磁系包角1 2 0 。，软铁磁极被感应产生高 磁场和高梯度磁场，转筒表面峰值磁场达到0 ．7T ， 能有效除去多种顺磁性物料[ 15 I 。 9 0 年代初，长沙矿冶研究院也研制出P D 型稀土 永磁筒式中强磁场磁机，筒径有4 0 0m m 和6 0 0m m 两种，筒长4 0 0 l8 0 0m m ，筒面峰值磁场最高可达 0 ．8T 。1 9 9 4 年又研制出一台适合非金属除铁的 P D - 4 0 0 8 0 0 三筒永磁中强磁场磁选机，并于同年 1 1 月在贵阳第七砂轮厂取代电磁选机选别刚玉物 料[ 16 。。同年，该院研制出的P M H I S 一6 0 0 1 2 0 0 型 永磁中磁机在文山州斗南锰矿针对一3 0 m m 锰矿石干 式预选完成工业试验与设备考核，获得令人十分满 意的结果[ 17 | 。1 9 9 9 年该院又研制出筒表磁场强度 达0 ．9 5 T 的P M H I S 一3 0 0 1 0 0 0 型永磁强磁机并 在马钢姑山铁矿完成一1 2 5m m 粒级粗粒预选试 验，之后现场选用数台套P M H I S 一3 0 0 1 0 0 0 与 P M H I S 一6 0 0 1 0 0 0 型强磁机完成选厂设备改造[ 1 8 ] 。 1 9 9 5 年，长沙矿冶研究院研制的P M H I S - 1 0 0 0 2 4 0 0 型湿式永磁中磁机在武钢矿业金山店选厂正 式投入使用，筒表最高磁场强度5 5 0m T ，处理能力 1 2 0t ／ h 台 [ 19 I 。2 0 0 2 年该院又研制成功D P M S 型广义分选空间湿式永磁强磁选机，首次采用上部 给料的给矿方式，以补偿磁场的不足，同时将分选箱 密封后装满水，从而使给人的物料在水的浮力作用 下得以分散，强化了磁选机的选别过程[ 20 1 。2 0 0 5 年 在广西大新锰矿碳酸锰完成新型设备工业考察， 2 0 0 6 年正式在福建连城锰矿投产，之后迅速推广至 多家选矿厂[ 2 1 | 。生产实践表明，D P M S 型广义分选 空间湿式永磁强磁选机对于一6m m 弱磁性矿物磁 选效果较为显著。 9 0 年代末，北京矿冶研究总院推出R T G X 系 列稀土永磁筒式强磁选机，磁系为挤压式扇形结构， 磁系结构采用疏导与阻止相结合的磁路设计方法， 在原双面挤压磁系结构基础在内侧增加第三面堵漏 磁极，提高磁通密度并延长磁力线闭合路径，从而大 幅度提高磁场强度及其作用深度实现粗粒分选。设 备磁系磁极表面场强达到1 ．7T ，采用不锈钢分选 筒，筒表磁场强度达到0 ．9T 且磁场梯度大，用振动 给料器或给料斗将物料给到分选筒表面上分选，克 服了辊式磁选机超薄皮带易磨损的问题，用于分选 中、弱磁性矿物，如石英砂、钾长石、蛭石、金红石、锡 石等矿物除铁提纯，从海滨砂矿中回收钛铁矿，石榴 子石富集等。 1 9 9 6 年底，第一台R T G 0 4 0 6 稀土永磁筒式强 磁选机在江苏东海县工业应用，用于水晶质石英砂 除铁提纯，取得很好的分选指标。新疆某蛭石有限 公司使用R T G 0 6 1 5 稀土永磁筒式强磁选机提纯蛭 石矿，分选粒度1 0m m ，处理能力1 0t ／ h 台 ，也 取得了很好效果[ 22 | 。深圳赛格三星彩显股份公司两 条生产线全部从美国进口，所用磁选机为美国 E R I E Z 公司生产，由于除铁效果差影响了玻壳的质 万方数据 2 0 1 9 年第5 期胡永会等永磁辊筒式强磁选设备的发展 1 1 7 量和成品率，该厂购买了两台R T G 型磁选机取代现 场磁选机回收废料，大大提高了玻壳的质量和成品 率，延长了熔炼炉的使用寿命。如图4 所示，2 0 1 2 年 马钢集团姑山铁矿采用2 台套R T G X 0 6 1 2 磁选机用 于一4 5 6m m 粒级赤铁矿预选作业，处理量5 0 ～ 6 0t ／ h 台 [ 23 | 。工业应用实践证明，R T G X 永磁 筒式强磁选机磁场特性尤其适于弱磁性块状矿物的 预选作业，处理能力大、粒级范围宽，分选效果显著。 图4R T G X 强磁选机现场应用 F i g ．4 O n s i t ea p p l i c a t i o no fR T G X m a g n e t i cs e p a r a t o r 常规永磁开放磁路分选区域的磁场强度难以超 过60 0 0G s ，且磁极中心对应磁筒表面处的磁场强 度小于50 0 0G s ，选别铬铁矿、钛铁矿等微细粒弱磁 性矿物效果差，因此开放磁系高梯度磁选为微细粒 弱磁性矿石与非磁性脉石高效、低成本磁分离提供 了一种途径。如图5 所示，近年长沙矿冶研究院研 制了一种开放磁系圆筒型湿式强磁选机，其分选筒 表面峰值磁场强达到1 ．0 3T ，强磁力捕收线分布密 度达到1 2 5m ／m 2 [ 2 引。通过对钛铁矿的磁选试验表 明，该机可有效分选微细粒级弱磁性矿物，分选指标 与电磁立环强磁选机相当。 矿冶集团也研制出一种开放磁系永磁湿式高梯 度磁选机，可在筒体表面分选区产生≥80 0 0G s 的磁 场强度，分选区磁场梯度比常规开放磁系提高1 0 倍 以上[ 25 | 。某钒钛磁铁选厂采用强磁一浮选工艺流程 选别钛铁矿，但现有电磁立环高梯度强磁选机精矿夹 杂较严重，为此研制一台如图6 所示的R T G J 0 4 0 4 规 格为姐0 0m m 4 0 0m m 试验样机开展了分选钛铁矿 的技术尝试，实验结果表明设备分选区磁场力满足钛 铁矿捕收要求，同时易于抛出钛辉石等弱磁性脉石矿 物，可以提高入浮前粗精矿的T i 0 2 品位。 A 放大 L ．．．．．．．．．．．．．．．．J 1 一磁轭；2 - - 主磁极；3 - - 副磁极 图5开放磁系圆筒型永磁湿式强磁选机磁系结构 F i g ．5M a g n e t i cs y s t e mo fw e td r u mh i g h i n t e n s i t y p e r m a n e n ts e p a r a t o rw i t ho p e nm a g n e t i cs y s t e m 12345678 1 一机架；2 一给矿箱；；3 一分选槽体；4 一磁简；5 一漂洗装置； 6 一卸矿水管；7 一卸矿刮板；8 一液位调整阀门 图6R T G J 0 4 0 4 试验样机结构示意图 F i g ．6 S c h e m a t i cs t r u c t u r eo fR T G J 0 4 0 4 e x p e r i m e n t a lp r o t o t y p e 3结论 矿产资源开发史即是与能耗的斗争史，节能降 耗也一直是矿山装备的重要革新方向。截至2 0 世 纪7 0 、8 0 年代，在世界范围内分选弱磁性矿物只能 选择电磁强磁选机，严重制约了矿产高效、经济、规 模化开发利用。随后高性能稀土磁性材料的市场化 得到了广大矿业工作者的充分重视，加之磁选理论、 磁路设计等基础知识的迅速更新，强磁永磁化技术 一度成为研发热点，陆续研制出辊式、轮式、带式、筒 式等多种结构形式的永磁强磁选设备，在工业应用 中得到广泛应用的主要是辊式与筒式磁选机。辊式 有效磁场强度大，适用于细粒级分选但设备规格小、 卸矿难度大；而筒式磁场深度大，适用于分选磁性稍 万方数据 1 1 8 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第5 期 强的粗粒弱磁性矿物，对细粒级、磁性较弱的矿物分 选效果很差。目前，针对赤铁矿、锰矿、钛铁矿等弱 磁性矿的块矿干式预选与粗粒湿式预选已基本实现 磁选设备永磁化，而针对微细粒弱磁性矿物的粗、精 选虽然持续努力，实验室探索与工业小试也取得一 定进展，但与常规的电磁立环高梯度、电机平环强磁 机等电磁设备仍存在较大差距，在有效磁场力的持 续增强、矿物性质波动的适应性、磁分离精度的稳定 性等多个方面仍有诸多难题需攻克，强磁永磁化任 重而道远。 参考文献 [ 1 3 刘承帅，王晓明．磁选技术应用进展[ J ] ．现代矿业， 2 0 1 7 7 3 8 - 4 4 ． [ 2 ] 冉红想．永磁强磁选技术的发展[ J ] ．有色金属 选矿部 分 ，2 0 1 3 增刊1 5 0 5 3 ． [ 3 ] 梁治安，夏青，伍红强．我国几种磁选设备的发展和应用 口] ．金属矿业，2 0 1 7 2 1 2 8 1 3 4 ． [ 4 ] 刘永振，王晓明．近几年我国永磁磁选设备的技术发展口] ． 有色金属 选矿部分 ，2 0 1 7 增刊1 6 8 7 3 ． [ 5 ] 冉红想，罗林，周岳远．国内粗粒弱磁性矿石选矿设备现 状与发展方向[ J ] ．金属矿业，2 0 1 7 2 1 2 8 1 3 4 ． [ 6 ] 袁罗生．永磁强磁选机[ J ] ．江西冶金，1 9 8 3 ，3 4 4 8 5 0 ． [ 7 3 孙仲元．永磁体及某些磁选机的发展[ C ] ／／2 0 0 6 年全国 金属矿节约资源及高效选矿加工利用学术研讨与技术成 果交流会论文集，2 0 0 6 5 2 5 9 ． [ 8 ] 黄华越，胡明振．国内外永磁磁选机研究进展及发展趋 势[ J ] ．矿山机械，2 0 1 1 ，3 9 1 0 1 - 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0 2 一】5 ． 万方数据