细粒物料的干式磁选分析.pdf

5 2 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年第4 期 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 ．0 4 ．0 1 5 细粒物料的干式磁选分析 胡永会 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 摘 要细粒物料的干式磁选效果主要受制于颗粒间微观作用力，即静电引力、范德华力与毛细力与颗粒所受外部宏 观作用力，如重力、磁力与离心力等的博弈过程。基于此，分析讨论了介电常数、粒度与湿度等宏观可测量对细粒物料干式 磁选的影响。 关键词干式磁选；细粒物料；介电常数；粒度；湿度 中图分类号T D 4 5 7 ；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 0 4 0 0 5 2 0 4 D i s c u 鹃i 佃o nD r yS e p a r a t i 蚰o fF i n e G m i n e dM a t e r i a l s 删物渺越 ∞e 扰叼G e n e r n ZR e S e n r c hI 如玩u t eo 厂施，l i 叼n 以且匏t o Z f u n 鲫，B e 咖姆IO O I 印，饥i n 曲 A b s t r a c t T h ee f f e c to fd r rm a g l l e t i cs e p 砌t i o ni ns e p 啪t i n gf i n e 一铲a i n e dm a t e r i a l sm a i n l yd e p e n d so n g a m ep l a y i n gb e t w e 朗i n t e r g r a n u l a u rm i c mf o r c e ss u c ha sa t t r a c t i v ee l e c t r o s t a t i c ， v a nd e rW a a l sa I l da t t m c t i v e c a p i l l a r yf o r c e sa n de x t e m a lm a c r of o r c e s s u c ha s g r a v i t y ， m a g n e t i ca n dc e n t r i f u g a lf o r c e s ．T h e r e f o r e ， b a s e d o nt h i st h ee f 玷c to fm a c r om e a s u r a b l ep a r a m e t e r sc o n t a i n i n gd i e l e c t r i cc o n s t a n t ， p a r t i c l e s i z ea n dm o i s t u r e o nd r ym a g n e t i cs e p a m t i o no ff i n e 一铲a i n e dm a t e r i a l si sa n a l y z e d ． K e yw O r d s d r ym a g n e t i cs e p a r a t i o n ；f i n e _ g m i n e dm a t e r i a l ；d i e l e c t r i cc o n s t a n t ；p a J t i c l es i z e ；m o i s t u r e 相对于湿式磁选复杂的流程及应用局限性，干 式磁选的特有优势使其在近些年研究及应用方面得 到了较快的发展，对于一些矿产资源丰富而严重缺 水地区，干法工艺占据重要地位[ 1 ] 。但干式磁选工 艺通常对人选矿石的物理特性 如介电常数、粒 度大小及分布等 、物料水分含量与环境湿度等 有非常苛刻的要求。对于微细粒矿物，如粒度为 7 5 “m 以下的矿物颗粒的干式磁选中 2 5 “m 以 下尤为明显 ，颗粒间的静电力与范德华力是影响 其分选指标的重要参数，而物料水分与环境湿度等 在微细颗粒间引入毛细力，使得磁分选过程更为 艰难[ 2 - 3 ] 。 1 颗粒介电常数的影响 通常对干式磁选中的物料湿度控制较为严格， 对于物理特性一定的大颗粒物料的分选效果，颗粒 所受的宏观作用力远强于微观作用力，故其主要受 磁选机引入的磁力、物料重力及磁滚筒旋转引入的 离心力三者影响，通常干式磁选可以经济地处理粒 度1 5 0m m 以上的矿料。为进一步提高矿石的解离 度与最终产品的精矿品位，引入必要的细磨工艺将 不可避免地磨出7 5 斗m 以下、甚至达到2 5 斗m 的 微细粒级，此时在分选过程中矿石颗粒间的碰撞、 摩擦及接触造成的起电现象，在微细粒间引入静电 引力成为主导作用力，造成矿石磁性与非磁性颗粒 解离度下降，故将严重影响干式分选效果。 颗粒特性中影响干式磁选效果主要为介电常 数、粒度大小及分布。两个物体互相摩擦时，因为 不同物体的原子核束缚核外电子的本领不同，所以 其中必定有一物体失去一些电子，另一物体得到多 余的电子㈨。表1 列出了若干种常见物质的介电常 数。C o e h n 定律表明，当两种不同的介电材料接触 收稿日期2 0 1 2 一0 5 2 4修回日期2 0 1 3 一0 5 2 6 作者简介胡永会 1 9 8 5 一 ，男，江苏徐州人，硕士，助理工程师，从事磁选机的研究与开发。 万方数据 2 0 1 3 年第4 期胡永会细粒物料的干式磁选分析 5 3 介电常数 8 0 一 ． 1 3 3 ．7 。8 1 2 51 1 4 ．38 9 ，1 7 36 ．12 ．54 巧2 ～36 ．81 2 ．67 ．4 并分离后，具有较大介电常数的材料将失去电子而 呈现出正电特性，而另外一种材料则得到电子呈现 出负电特性。表面起电密度的量化公式为[ s ] o I 1 5 1 0 _ 6 8 ，l 一占。2 1 式中，仉为表面起电密度，C ／m 2 ；占，。与占丑为 介电常数。 一般情况下，铁矿物介电常数较大，电阻较 小，比导电度较低，在分选过程中容易导电，而石 英、长石等非金属脉石矿物介电常数通常很小。在 如钛铁矿与石英混合矿物的干式磁选过程中，摩擦 起电使二者颗粒表面分别带有正负电荷，产生静电 { l 力，颗粒足够小时范德华引力也较为可观，待分选 躬l 粒与待抛屠矿颗粒吸附为体，难以保i 正分送岗噪。 2 颗粒粒度的影响 颗粒粒度对磁铁矿比磁化率和矫顽力影响的已 有研究[ 6 ] 表明，颗粒自身大小对其比磁化率与矫 顽力有较大影响。如图1 所示，随着粒度的减小， 颗粒比磁化率减小而矫顽力增加，这一关系在粒度 小于约3 0 斗m 时尤为明显。因此，粒度过度减小 愀磁性非常不利，应合理控制磨矿细度使有用矿 钶可单体解离又不过磨，以免使矿物颗粒磁性减弱。 o I h 0 叶昌 宝 ≮ 瓣 莲 桓 丑 } 量 要 R 匿 蟥 颗粒粒度，“m 匡1磁铁矿的粒度对比磁化率及矫顽力的影响 F i 9 1 E f f e c to fp a r t i c l es i z eo f 啪印e t i t eo ni t s s p e e i f i cs u s c e p t i b i l i t ya n dc o e I ℃i V ef b r c e 币从另一方面考虑，在二者颗粒都足够小的情 况下，弱殳待分选矿物颗粒为钛铁矿与石英的混合 物，当二者颗粒间产生静电引力时，根据钛铁矿颗 粒与石多颗粒的粒度大小，二者在干式磁分选过程 中将发爿圈2 所示的三种情况之一 假设各颗粒形 状为理想戈体 。状况a 中，钛铁矿颗粒体积远大 于石英颗粒，转筒作用在两颗粒上的离心力与作用 在钛铁矿颗粒上的磁场力及重力不足以打破两颗粒 间的静电引力，在磁场力与重力作用下，组合颗粒 将随质量大的钛铁矿颗粒运动，最终落入精矿槽， 降低精矿品位；状况b 中，石英颗粒体积远大于钛 铁矿颗粒，在二者颗粒都足够小的情况下，转筒作 用在两颗粒上的离心力与作用在钛铁矿颗粒上的磁 场力及重力不足以打破两颗粒间的静电引力，在离 心力与重力作用下，组合颗粒将随质量大的石英颗 粒运动，最终落入尾矿槽，降低回收率且增大尾矿 品位；而状况c 中，两种颗粒体积相当，在离心 力、重力与磁场力的作用下，二者间的静电引力很 容易被打破从而得到有效分选。图2 表明，状况a 与b 显著降低分选效率与分选效果，而状况c 则可 有效避免前两者的不利因素从而获得较为满意的分 选效果。 b 一 图2 钛铁矿与石英混合矿物的干式磁分选状况 F i g ．2 C a s e so fd r ym a g n e t i cs e p a r a t i o no f i l m e n i t ea n dq u a n z 为考察粒度差异的影响，采用感应辊干式分选 绵阳某地区钛铁矿与石英混合矿物，二者按等重均 匀混合，得到图3 所示不同磁场强度下不同粒度混 合物料的试验结果。图3 表明粒度大的钛铁矿与粒 度小的石英混合矿物其精矿回收率最高，反之则最 小；而粒度相同的钛铁矿与石英混合矿物其精矿品 位高于粒度存在较大差异的另外两种情形。综上可 知，在干式磁选前，经分级后的矿物，各粒度范围 内具有不同介电常数的微细颗粒体积相当，不论从 提高精矿品位、降低尾矿品位、提高回收率或改善 分选效率方面，其干式磁选综合指标将优于未经分 级的矿物颗粒的分选。 3 湿度的影响 细颗粒的干式磁选中，湿度影响主要分为物料 水分含量与环境湿度两方面。干式磁选过程中，通 万方数据 5 4 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年第4 期 、冰 、 褥 擎 回 堡 趟 略 磁场强度，m T 图3粒度差异对钛铁矿一石英混合矿物干式磁选的 影响 F i g ．3 E f f e c to fp 叭i c l es i z ed i f f e r e n c eo nd r y m a g n e t i cs e p a r a t i o no fi l m e n i t e q u a r t z I I l i x e d m i n e r a l f 青形l 钛铁矿一7 5 斗I I l ’石英一3 8 斗m ；情形2 钛踟卜3 8 斗I I 】 石英一7 5 斗m 情形3 钛铁矿一7 5 斗地石英- 7 5 斗m ；1 青形4 钛铁矿一3 8 斗I I l ’石英一3 8 斗m 过颗粒摩擦起电，颗粒表面电荷从颗粒的碰撞接触 点开始沿外表面重新分布，重新分布速率L 与物 料电阻p 有关，即[ 7 ] 丁。习，s o p 2 式中，．p 为物料电阻，Q ；占，为相对介电常数； 而占。为真空中的介电常数。 则可得到颗粒电荷重新分布下表面起电密度随 驰豫时间￡的变化关系为[ 8 ] 盯产盯o e x p 一沂。 3 式中，盯。为重新分布开始时的表面起电密度。 可见，物料所含的水分虽然可降低颗粒的表面 起电密度，却缩短了表面电荷重新分布时间。干式 磁选过程中真正的分选时间相对比较短暂，而湿度 加快了待分选与待抛离矿物颗粒间静电引力的建立 速度，且相邻颗粒间黏滞水分存在范德华吸附力， 最终增强了颗粒间的抗打破能力，造成分选指标下 降；另一方面，粒度越小，静电引力作用与范德华 引力越显著，即分选指标下降越厉害。为研究物料 水分的影响，采用x C G 一2 辊式干式磁选机分选承 德某地区粒度一2m m 的磁铁矿 伴生假象赤铁矿 与钛铁矿 与脉石 以辉石与角闪石为主 的混合 物料，试验结果如图4 所示。水分含量可严重影响 到精矿品位，且随着物料粒度的减小，为保证相同 的分选指标，必须降低物料中的水分含量，试验结 果与v ．G ．D e r k a e h [ 。1 等人研究的结果类似。 物料水分对干式磁选效果的影响随含量增加而 逐渐增大，一般是部分影响；而环境中空气相对湿 度的影响则是无处不在的。当空气相对湿度增大到 一定程度时，毛细力作用较为显著，在细颗粒间引 誉 、 趟 咯 b 婆 餐 水分含量，％ 图4X C G 一2 干式磁选中水分含量的影响 F i g ．4 E f f e c to fm o i s t u r ec o n t e n tb yX C G - 2 s e p a r a t o r 人吸附作用，并使颗粒接触区域间的水分产生毛细 凝结效应，此时在水分子的张力作用下，磁性与非 磁性颗粒间的范德华力也趋于显著。 同样考虑钛铁矿与石英混合矿物，当空气湿度 较大时，二者颗粒间产生较大的毛细力瓦。[ 1 0 ] E 甲 8 仃r l y “仃卉 上一上 4 r 2 r l 式中，r 。与r 2 分别表示颗粒1 与2 接触区凹凸 面的曲率半径；y 为水分的表面张力。式 4 表 明，毛细力如由表面张力与拉普拉斯形式的压力 共同作用构成。 范德华力是组成颗粒的分子 原子 之间的分 子吸引力的加和表现，对于两个球形颗粒有[ 1 1 ] ‰黑 5 1 呷一2 4 产 ⋯7 式中，d 为颗粒直径；z 为颗粒间舶最短距离 A 为日啪础e r 常数，对于大多数固体或液体该值介 于 O ．4 ～4 ．0 1 0 。1 9 。范德华力与颗粒间距离平方成 反比，在若干微米范围内表现尤为显著。 在相对潮湿的环境下，颗粒表面易附着一水分 薄层，颗粒导电性变强，故电荷重新分布速率与重 新分布后的表面起电密度将随之减小，即空气湿度 越大，摩擦起电越不显著。A ．G ．B a i l e y [ 1 2 ] 研至 指出，颗粒的摩擦起电特性对大气环境异常敏燕， 发生在相对湿度较大的环境中的起电现象大多多负 电荷；而相对湿度小时，细粒物料带负电，而粗颗 粒表现出起电极化特性转变，以使细粒物料转多出 的净电荷为正。但无论摩擦起电为正或负，带异种 电荷的两颗粒将通过表面紧紧黏附。 在钛铁矿与石英颗粒的干式磁选过程中直得注 意的是，此时钛铁矿与石英颗粒黏附于一体作用 在钛铁矿颗粒上的磁力同样对石英颗粒有景响，若 令该作用力为‰，石英颗粒重量为G ，豫筒旋转 万方数据 2 0 1 3 年第4 期胡永会细粒物料的干式磁选分析 5 5 引入的离心力为疋。，当作用在钛铁矿与石英颗粒 间的微观内力，即毛细力如、静电力凡与范德 华力k 的矢量和强于石英颗粒所受的宏观外力， 即影响力‰、重量G 与离心力％的矢量和时 式 6 所示 ，则非磁性矿物 石英 颗粒将被 磁性矿物 钛铁 颗粒带人精矿产品中，降低精矿 品位与分选效率，且颗粒磁性越小，影响效果越加 显著。 ‰ 如 ％ G 肼E 。 6 采用电磁感应辊考察不同空气相对湿度中磁铁 矿与脉石混合矿物的分选效率，试验结果如图5 所 示。一方面相对湿度影响显著，即随湿度增大分选 效率迅速下降；另一方面，分选颗粒粒度影响显 著，即相对空气湿度的影响随粒度的减小而迅速增 大，试验结果与理论分析结果保持一致。M ．V ． V e r k h o t u r o v 等人[ 1 1 ] 针对粒度更细的磁铁矿一石英 混合矿物也得到类似的试验结果。 堡 褂 辏 蝴 求 空气相对湿度，％ 图5空气相对湿度对磁铁矿一脉石矿物干式磁选 的影响 F i g ．5 E f k c to fa i rh u m i d i t yo nd r ym a g n e t i c s e p a r a t i o no fm a g n e t i t e _ g a n g u em i x t u r e s 4 结论 1 细粒物料的干式磁选作业中，一方面细粒 度颗粒显著降低自身比磁化率并增大矫顽力，导致 颗粒磁性大幅减弱；另一方面颗粒间易产生静电引 力并表现出显著的范德华力，加大分选难度。 2 由于静电沿颗粒表面分布，则颗粒体积差 异易降低分选指标，即经分级的颗粒较未经分级的 颗粒分选效果更好；另外物料水分含量与环境湿度 在物料中引入毛细力并加速静电重分布过程，进一 步加剧非磁J 陛与磁性颗粒的顺利分选。 3 采用干式磁选工艺分选细粒物料时，一方 面需要对颗粒进行分级，保证颗粒粒度均匀；另一 方面若物料潮湿或环境湿度较大，尚需对物料进行 加热烘干处理，如有必要还可进行环境抽湿处理。 参考文献 [ 1 ] 冉红想，史佩伟，刘永振．干式磁选设备的现状与应用 进展[ J ] ．有色设备，2 0 1 0 6 1 1 1 3 ． [ 2 ] 蒋朝澜．试论干式磁选的某些特点[ J ] ．云南冶金，1 9 8 5 2 1 8 2 2 ． [ 3 ] 卢寿慈．矿物颗粒分选工程[ M ] ．北京冶金工业出版 社，1 9 9 0 ． [ 4 ] C a n g i a l o s iF ，C m p u l l iF ，I n t i n iG ，e ta 1 ．M o d e l l i n go f t r i b o e l e c t r o s t a t i cs e p 啪t i o nf o ri n d u s t r i a l b y p r o d u c t s r e c y c l i n g [ C ] ．，／P o p o vV ，K u n 9 0 l o s AG ，B r e b b i a CA ，e ta 1 ．W 鹊t eM a n a g e m e n ta n d山eE n v i m n m e n t I I I ．P o r t s m o u t } I ，U K W I ，I ’P r e s s ，2 0 0 6 9 2 1 0 1 1 1 0 ． [ 5 ] D 0 d b i b a G ，S h i b a y a m aA ，M i v a z a k iT ， e ta 1 ． 7 删划e c t r o s t a t i cs e p 眦t i o no fA B S ，P S 锄dP Pp l a s t i c m i x t u r e [ J ] ．M a t e r i a l s1 r a l i s a c t i o n s ，2 0 0 3 4 4 1 6 1 1 6 6 ． [ 6 ] 王常任．磁电选矿[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 6 1 9 ． [ 7 ] 孙其诚．颗粒物质物理与力学[ M ] ．北京科学出版社， 2 0 1 1 2 5 3 2 8 7 ． [ 8 ] J a nS v o b o d a ．M a 印e t i cT e c h n i q u e sf o rt I l e ’№a t I n e n to f M a t e r i a l s 【M j ．D o r d r e c h t S p r i n g e r ，2 0 0 4 3 2 3 3 2 6 ． [ 9 ]D e r l 【a c hVG ．S p e c i a lM e t h o d so fB e n e f i c i a t i o n o f M i n e m l s l M j ．M o s c o w N e d r aP u b l i s h e r s ，1 9 6 6 ． [ 1 0 ] 高世桥，刘海鹏．毛细力学[ M ] ．北京科学出版社， 2 0 1 0 8 9 一1 2 1 ． [ 1 1 ] v e r k h o t u m vMV ，E m e l ’y a s h i nY uM ，T a r a s e n k oV P ．M o i s t u r eo fa i r 卸d e m c i e n c y o f d r ym a 印e t i c s e p a r a t i o n [ J ] ．S o v ．M i n ．S c i ．，1 9 8 7 2 2 5 0 8 ． [ 1 2 ]B a i l e yAG ． E l e c t m s t a t i c p h e n o m e n ad u r i n gp o w d e r h a n d l i n g [ J ] ．P o w d e rT b c h ，1 9 8 4 3 7 7 1 8 1 ． 万方数据