强磁选机在石英砂除杂提纯中的应用.pdf

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2 0 1 7 年增刊有色金属 选矿部分 - 9 3 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 7 .z 1 .0 1 9 强磁选机在石英砂除杂提纯中的应用 彭欣苓1 一,冉红想1 一,魏红港1 ”,胡永会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 摘要本文主要对几种主流强磁选和原理、特点及其在石英砂除杂提纯中的应用进行了阐述,并介绍了三种近年来出 现的新型强磁选设备。 关键词强磁选设备;石英砂;除杂提纯 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 7 S O - 0 0 9 3 - 0 6 A p p l i c a t i o no fH i g hI n t e n s i t yM a g n e t i cS e p a r a t o ri nt h eP u r i f i c a t i o no fQ u a r t zS a n d P E N GX i n l i n g 7 一,R A NH o n g x i a n 9 7 ”,W E IH o n g g a n g7 ”,H UY o n g h u i ’2 ,.B e r i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n g M e t a l l u r g y ,B e i f 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 I nt h i sp a p e r ,t h ep r i n c i p l ea n dc h a r a c t e r i s t i c so fs e v e r a lm a i nm a g n e t i cs e p a r a t o r sa n dt h e i r a p p l i c a t i o n si n t h ep u r i f i c a t i o no fq u a r t zs a n da r ee x p o u n d e d ,a n dt h r e en e wt y p e so fh 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 o r sa p p e a r e di nr e c e n ty e a r sa r ei n t r o d u c e d . K e yw o r d s h i g hi n t e n s i t ym a g n e t i cs e p a r a t o r ;q u a r t zs a n d ;p u r i f i c a t i o n 1概述 石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸 盐矿物,其主要矿物成分是S i O ,其是自然界中最常 见、应用最广泛的一种非金属矿物原料。它具有的 独特物理、化学性质,特别是其内在分子链结构、晶 体形状和晶格变化规律,使其具有耐高温、耐热膨胀 系数小、高度绝缘、耐腐蚀、压电效应、谐振效应以及 独特的光学特性等特性,使得在许多高科技产品中 发挥着越来越重要的作用‘1J 。随着国民经济和科学 技术的飞速发展,石英砂应用领域已不局限于传统 玻璃制造、耐火材料、化工、喷砂等行业,已广泛应用 于半导体技术、S i O 薄膜材料、太阳能、原子能、光纤 通信电缆材料以及国防科技尖端领域等高科技领域 方面心圳。近些年来,国内对石英砂质量要求越来越 高,对高纯石英砂需求量也在不断增加。 石英石一般分为石英砂岩、石英岩和脉石英等。 在国内,石英岩矿主要分布在青海及辽宁、山西等 地;石英砂岩矿主要分布在四川、湖南、江苏、浙江及 山东等地;石英砂主要分布于福建、广东、广西的南 部、海南西北部、山东北部这些沿海地带及西辽河东 部、黄河中游及鄱阳湖、骆马湖畔地区脉石矿则主 要分布在于西川、黑龙江、湖北等地区。而天然高品 质石英石储量相对较少,主要分布在内蒙古自治区 集宁,安徽省的凤阳,湖北省的黄冈,河北灵寿县等 地,另外在广东及江西也有少量分布。 我国石英总体储量较为丰富,但天然高品质石 英数量有限,因此绝大部分石英矿石均需经过采矿、 破碎、选矿进而得到所需的石英砂产品。石英砂中 除石英外,还含有长石、黏土、云母、岩屑、重矿物及 含铁矿物等杂质,其中F e 0 ,含量是衡量石英砂产 品等级的一个重要指标。对石英砂制品的品质要 求,一般与实际工业用途有着直接关系,在石英砂除 杂提纯中往往采用磁选的方法。由于生产工艺及设 备装备水平总体与国外相比落后,多年来石英砂中 含铁量偏高问题一直成为制约国内石英砂行业发展 的瓶颈。对此多年来国内学者、专家和工程技术人 员进行了刻苦研究,通过国外技术、工艺与设备的引 进、消化吸收及再创新,其技术发展很快,目前某些 方面已接近或达到国际水平。在强磁选设备方面, 近些年来我国先后出现一批以电磁立环和永磁辊为 代表的强磁选设备,在石英砂除杂提纯方面得到了 收稿日期2 0 1 7 - 0 6 - 2 5 作者简介彭欣苓 1 9 8 7 . ,男,硕士,工程师,主要从事磁选理论及设备的研究。 万方数据 9 4 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年增刊 广泛的应用,大大提高了我国整体石英砂的质量,为 我国石英砂除杂提纯的发展及满足国内对不同石英 砂品质的要求作出了重要贡献。 2 电磁强磁选机 电磁强磁选机采用电磁磁系,产生背景场强较 高且连续可调,磁性介质可感应出比背景磁场的磁 场强度更高、磁场梯度更大的高梯度磁场,对弱磁性 矿物可有效回收,在石英砂除杂提纯中得到广泛应 用。 2 .1 电磁立环强磁选机 电磁立环强磁选机一般由励磁线圈、磁轭、转 环、脉动机构、驱动系统、卸矿装置和控制系统等组 成,如图1 所示。其是在竖直放置的转环上放置若 干个感应介质盒,在环体经过磁场区域时对弱磁性 物料进行回收,介质形式为不锈钢棒或钢板网等。 工作时,转环沿顺时针旋转,矿浆经给矿口给入,沿 上铁轭缝隙流经转环,转环内的磁介质在背景磁场 中被磁化,磁介质表面形成高梯度磁场,矿浆经过高 梯度磁场时磁性物被吸附在磁介质表面,随转环转 动被带至无磁区,同时被高压水冲进精矿箱中,非磁 性物沿下铁轭缝隙流入尾矿箱中,从而实现磁性矿 物与非磁性矿物分离。 图1电磁立环强磁选机结构图 F i g .1 S t r u c t u r a ld i a g r a mo fe l e c t r o m a g n e t i cv e r t i c a l r i n gh i g hi n t e n s i t ym a g n e t i cs e p a r a t o r 1 一脉动机构;2 一激磁线圈;3 一磁轭;4 一转环;5 一给矿斗;6 一漂洗水斗;7 一精矿冲洗装置;8 一精矿斗;9 一中矿斗;1 0 一尾矿斗; 1 1 一液位斗;1 2 一转环驱动机构;1 3 一机架;F 一给矿;W 一清水;C 一精矿;M 一中矿;T 一尾矿 电磁立环强磁选机是目前石英砂除铁提纯作业 中应用最为广泛的一类强磁选设备。该设备具有两 大优势1 磁系采用电磁磁系,背景场强可调,最高 可达到1 .8T ,对实际工况有较强的适应性;2 同时 该类设备给矿方向与卸矿方向相反,磁性物不用通 过介质盒卸矿,延缓了介质盒的堵塞。但该类设备 同时也存在能耗高、结构复杂、运行成本高等缺点。 国内具有代表性主要有赣州所研制的S l o n 型、广州 有色院研制的S S S 型、山东华特公司研制的L H G C 型、抚顺隆基公司研制的L G S 型等。 电磁立环强磁选机在陕西汉中、安徽风阳、广东 英德及河源、浙江长兴、山东沂南等地得到了广泛应 用,其除铁效果显著、运行可靠。据报道,在安徽凤 阳地区某石英砂矿,通过一弱磁一强磁除铁工艺生 产出来的石英砂中F e ,O , 0 .0 0 6 %,除铁率≥ 9 5 %1 2 1 ;在江西乐平县某石英砂矿,通过永磁中磁机 粗选、电磁立环强磁选机精选后,石英砂含F e 0 ,量 从原矿的0 .1 %降为0 .0 2 %。湖北省宜昌市石英砂 矿原矿含铁0 .1 2 3 %,经一次强磁选后铁降低到 0 .0 4 3 %,经二次强磁选后石英精矿中的铁含量降低 到0 .0 2 0 %[ 5 。。 2 .2电磁感应辊式强磁选机 电磁感应辊式磁选机一般由励磁线圈、感应辊、 驱动系统、分矿板、机架和接料箱及控制系统等组 成。其在线圈和磁轭构成的磁路中设置两个特殊形 状的磁极头,在两个磁极头中间放置能够转动的由 齿片组成的感应辊,在磁极头和感应辊之间形成间 隙为工作间隙。该机工作时由给料器将物料均匀松 散的给人工作间隙,弱磁性物被磁场捕获至感应辊 表面,并随感应辊旋转,被带至底部弱磁场区域时, 万方数据 2 0 1 7 年增刊彭欣苓等强磁选机在石英砂除杂提纯中的应用竺 由于重力作用卸人磁性物接矿槽中,非磁性物沿着 抛物线方向落入非磁性物接料槽中,从而实现磁性 物与非磁性物的分离。其分选原理如图2 所示。 图2G C G 型单辊分选原理图 F i g .2P r i n c i p l ed i a g r a mo fG C Gt y p es i n 西er o l ls o r t i n g l 一给矿;2 一感应辊;3 一分矿板; 4 一磁性产品;5 一非磁性产品;6 一磁轭 电磁感应辊式磁选机是目前高纯石英砂中应用 较为广泛的一种电磁强磁选机。该设备具有两大优 势1 磁系为电磁磁系,场强强度可调,磁感应强度 可达2 .2T ,对工矿适应性较强;2 该设备单台可实 现多种布置方式,有单辊、双辊 上下布置或者水平 布置 、四辊等,实现一台设备上能连续完成矿物的 粗选、精选或扫选或者更多段分选作业。国内有代 表的有北矿机电科技有限责任公司的G C G 型、天工 科技 原马鞍山院 的c s 型、郑州矿产综合利用研究 所的S S Q 型。其中北矿机电的G C G 型为干式分选, 其他两家均为湿式分选。 北矿机电科技有限责任公司的G C G 型电磁感 应辊强磁选机,用于江苏东海、姜堰等地高纯石英砂 除杂提纯,一次磁选就能将F e O ,含量从0 .0 0 15 % ~0 .0 0 20 %降至0 .0 0 04 %以下,经过两次磁选分选 可获得F e ,O ,含量小邗.0 0 01 %的高纯石英砂o 。 2 .3 电磁平环强磁选机 电磁平环强磁选机一般由励磁线圈、分选转环、 磁轭、磁极头、控制装置、给矿装置、冲洗装置、驱动 系统、接料箱等组成。其是在水平放置的环体上设 置若干个介质盒,介质盒内装有多层竖直放置的齿 板等感应介质,在磁场区磁介质表面感应高梯度磁 场,主要对弱磁性物料进行回收。分选时,矿浆从上 部给入后,非磁性物直接穿过介质盒进入非磁性接 料槽中,而磁性物被磁介质感应高梯磁场捕获,并随 环体转动带至无磁区,再用高压水冲洗∞1 。如此循 环实现连续分选作业。 电磁平环强磁选机因其具有磁场强度高 达 1 .8T 、可连续分选、分选精度高、易大型化的等优 点,在研制初期就在弱磁性矿分选及非金属除铁提 纯中得到较广泛应用。但是缺点也较为突出,其磁 介质盒易堵塞,需要经常清理与更换。在推广应用 中受到局限,尤其是电磁强磁立环等强磁设备出现 后其优势渐失,应用场合和数量大大减少。国内有 代表性的有长沙矿冶研究院有限责任公司的Z H 型 和北矿机电科技有限责任公司的D C H 型。 近年来平环强磁选机在石英砂除杂提纯也获得 较多应用,尤其是高纯石英砂,对细粒级弱磁性除杂 效果好,较好的满足了产品质量要求。 3 永磁强磁选机 随着永磁材料的不断发展,其磁性能得到很大 提高,永磁设备也获得迅速发展。永磁强磁选设备 具有节能、运行成本低、维护简单等特点,同时在石 英砂除杂提纯某些应用领域效其果与电磁强磁选机 相比相差不多,甚至达到同等效果,因此,永磁强磁 选机在石英砂除铁提纯中得到较多的推广应用。 3 .1 永磁辊式强磁机 永磁辊式强磁选机‘7 。8J 一般由永磁辊 驱动辊 如图3 所示 、被动辊、薄皮带、驱动系统、分矿板、 机架和接料槽等组成。其磁系轴向采用钕铁硼 环形磁钢纯铁片不锈钢轴 /{ f / J f , / ; 图3 永磁辊结构图 F i g .3 S t r u c t u r a ld i a g r a mo fp e r m a n e n tm a g n e t i cr o l l N d F e B 与纯铁 D T 4 间隔排布的结构,通过双面 万方数据 9 6 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年增刊 挤压的方式形成高磁场强度、大磁场梯度的磁场,当 物料被输送至磁场区域时,弱磁性物料被有效回收。 工作时,物料均匀松散给至薄皮带表面,通过皮带输 送至磁辊表面,磁性物料受到磁场作用被吸附并随 磁辊转动,离开磁场区域时由于重力作用及惯性而 进入磁性物接料槽中,非磁性物由于惯性落人非磁 性接料槽中,实现磁性物与非磁性物的分离,其原理 图4 所示。 磁性产品 非磁性产品 .图4 永磁辊工作原理图 F i g .4P r i n c i p l ed i a g r a mo fp e r m a n e n tm a g n e t i cr o l l 其设备优点1 采用永磁磁系,结构简单,维护 少,节能;2 通过对极挤压实现高场强、大磁场梯度 磁场,其磁场强度可达1 .5T 以上,有助于对弱磁性 物料的回收;3 设备多参数可调,如转速变频可调, 分矿板调节磁性物与非磁性的产率等;4 单台设备 可实现多种配置,根据工艺要求可配置成单辊、双辊 或者多辊,配置灵活。其缺点1 磁场深度低,分选 粒度小,单台设备处理能力小;2 采用薄皮带输送物 料,磨损较快,需要及时更换。国内有代表性的有北 矿科技有限责任公司的R G C 型、中钢集团安徽天源 公司的Y C G 型等。 北矿机电科技有限责任公司生产的R G C 型永 磁辊式强磁选机应用于安徽某石英厂,其采用一机 三段连选。一段为永磁筒,用于去除强磁性物料,避 免强磁性物料尤其铁件对二三段薄皮带造成破坏; 二三段采用一粗一精两段磁选,大大提高了除铁率, 达到了预期要求,现场应用见图5 所示;四川永川某 石英厂采用R G C 型永磁辊式强磁选机2 次磁选, F e ,0 ,含量从0 .1 5 %降至0 .0 4 6 %,除铁率 6 9 .3 %9 。 3 .2 永磁立环强磁选机 永磁立环强磁选机机械结构与电磁立环强磁选 机机械结构类似,由永磁磁系、转环、脉动装置、驱动 系统、卸矿装置、接料槽、机架等组成。其用永磁磁 系取代了电磁磁系,减少了励磁装置和冷却装置,设 备结构简化,重量大大降低。永磁立环强磁选机在 设备成本和运行成本上大大降低,同时维护操作简 便,是一种有应用前景的磁选设备。其分选原理 见 图6 与电磁立环强磁选机分选原理类似,背景场强 达到0 .7T ,磁介质磁感应强度达到1 .2T 以上∽J 。 图5 永磁辊现场应用图片 F i g .5 F i e l da p p l i 。a t i o no fp e r m a n e n tm a g n e t i cr o l l e r 旷环 上磁轭 /,磁体 I 冲洗水 下磁轭 时 图6永磁立环工作原理图 F i g .6P r i n c i p L ed i a g , ’a mo fp e r m a n e n l v e r l i e a l r o ll m a g n e t i c ’s e p a r a t o r 国内有代表性的有北矿机电科技有限责任公司 的P V M 型、马鞍山矿山研究院的Y M G 和郑州矿产 综合利用研究所的L Y C 型旧’1 0 。,但真正获得工业 应用的还很少。北矿机电科技有限责任公司研制的 P V M l 5 0 0 型设备已成功应用于安徽凤阳某石英砂 厂,总体运行能耗与同规格电磁立环强磁选机相比 降低8 0 %以上,一次磁选将F e ,0 ,含量从0 .0 2 %降 低至0 .0 1 3 %以下,除杂效果明显,达到精制石英砂 标准。 4 新型强磁选机 以上提及的强磁选设备在石英砂除杂提纯中均 已得到应用,且应用效果较好。下面介绍三种近年 一篱一 万方数据 2 0 1 7 年增刊 彭欣苓等强磁选机在石英砂除杂提纯中的应用 竺 来国内新出现的强磁选设备,其对石英砂除杂提纯 也有一定的适用性。 4 。1 电磁料浆高梯度磁选机 电磁料浆高梯度磁选机一’幢j 一般由励磁线圈、 磁轭、磁极头、分选介质、线圈冷却系统、卸矿装置、 进排矿装置、控制系统等组成。利用励磁线圈产生 背景磁场,通过放置其中的感应介质 一般为钢板 网、不锈钢棒、钢毛等 产生感应高梯度磁场,对通过 该磁场区域的弱磁性物进行回收。工作时,励磁线 圈通电后在分选区产生磁场,使得放置其中的导磁 介质表面感应出高梯度磁场。矿浆由给料装置均匀 给人后,经磁轭缝隙进入磁场区域,弱磁性物料被磁 场吸附于磁介质表面,非磁性物通过高梯度磁场区 域直接进入非磁性接料槽中。给矿完毕后,切断励 磁电源,用冲洗水将吸附于磁介质表面的弱磁性物 料冲下进入到磁性物料接料槽中,从而完成一个周 期分选过程。 该类设备采用电磁磁系,背景磁场强度可调,达 到1 .4 ~1 .5T 。其磁介质产生感应场强高、梯度大 的感应磁场,对细粒级弱磁性物实现有效回收,其设 备处理能力较大。国内有代表性的有山东华特研制 的H T D Z 型、赣州所研制的S l o n 型等。 4 .2 超精细提纯机 超精细提纯机3 。由永磁磁系、给料系统、给水 系统、气动系统、介质盒、控制系统、机架等组成。永 磁磁系产生磁场,磁介质在磁场中形成高梯度感应 磁场,磁场梯度大,通过磁场区域的弱磁性物料可被 回收。工作时,矿浆由给料系统均匀给入分选区,磁 性物料经过磁场区域时,被高梯度磁场捕获吸附于 磁介质表面,而非磁性物质直接通过磁场区直接进 入非磁性物接料槽中,待磁介质吸附满后,停止给 矿。将磁介质盒移出磁场区域,通过给水系统将吸 附磁介质表面的磁性物冲如磁性物料接料槽,同时 另一介质盒进入磁场区域重复这一过程。 据了解,目前该设备针对十几种非金属矿进行 了大量实验,积累了一定的数据资料。该设备具有 磁场强度高,磁场梯度大,适用于细粒级物料除铁提 纯,同时还具有耗能少、运行成本低等优点。国内有 代表性的有抚顺隆基研制的L J T C 型超精细提纯机。 4 .3 超导磁选机 超导磁分离是自2 0 世纪7 0 年代初兴起一门较 新的技术。几十年来国外在超导磁选机方面有了很 大进展,而往复罐式超导强磁选机就是其中代表之 一。往复罐式超导强磁选机‘1 4 。15 。主要由超导磁体、 分选列罐、铁磁屏、液压往复移动装置、机架等组成。 工作时,超导磁体通电励磁,在磁场腔内建立持续恒 定的极高场强,有一分选罐停留在磁场腔内,另一分 选罐则停留在铁屏蔽腔内卸矿或者等待进入工作 区。磁场腔内的分选罐通过进浆,分选室内的钢毛 介质截留磁性粒子,工作一段时间,截留磁性粒子达 到饱和后,第一次洗涤介质,清洗出部分夹杂在磁性 粒子中非磁性粒子或者更弱的磁性粒子,一般作为 中矿,然后借助往复移动装置将其退出磁场腔,依次 重复上一个分选腔所进行的工作。整个分选工作由 两个分选腔反复进行,其分选时间间隔取决于分离 物料中磁性物含量4 。⋯。 近年来随着国内对非金属除铁提纯要求的不断 提高,尤其是高岭土等,而国外进口设备居高不下, 山东华特磁电股份有限公司与中科院高能物理研究 所通过多年联合攻关,成功研制出往复罐式超导磁 选机,其分选腔系统。16 。由5 组分选腔系统组成 如 图7 所示 ,其中两个为无效分选腔,2 个为有效分 选腔及一个磁力平衡分选腔。磁力平衡分选腔位于 中间,平衡了分选腔出入磁体时所受的磁力,使整个 系统运行时轴向力较小,2 个无效分选腔位于两侧, 起到连接支撑作用,保证2 个有效分选腔交替进入 磁场,可连续作业。该设备背景磁场强度达到5 .5 T ,是常规磁体场强的2 ~5 倍,磁介质表面的磁力非 常大,可有效分选出细粒级或微细粒级弱磁性杂质, 大幅度提高除铁提纯的效果。 钢毛 图7 超导分选腔示意图 F i g .7 D i a g r a mo fs u p e r c o n d u c t i n gs e p a r a t i o nc a v i t y 5结束语 1 随着国内对石英砂需求量增加及品质需求的 提高,对其除杂提纯分选技术与分选设备性能也提 出了更高的要求,强磁选设备正朝着高场强、大磁场 梯度、高分选精度、大处理量方向发展。 万方数据 9 8 有色金属 选矿部分 2 0 1 7 年增刊 2 石英砂除铁提纯中电磁强磁选机与永磁强选 机各有优势,均有一定的应用范围,但是目前电磁仍 占主导地位,随着节能环保要求的推进,在未来一段 时间内电磁设备永磁化发展趋势不会改变。 3 近年来国内磁选设备不断推陈出新,甚至打 破国外技术垄断,大大推动了国内选矿技术与设备 的发展,也在一定程度上提高了国内整体选矿水平。 参考文献 [ 1 ] 郑水林.非金属矿加工与应用 第三版 [ M ] .北京化 学工业出版社,2 0 1 3 ,7 7 8 0 . 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