永磁强磁选技术的发展.pdf

5 0 有色金属 选矿部分 2 0 1 3 年增刊 d o i 1 0 ．3 9 6 9 0 ．i s s n ．1 6 7 1 - r 9 4 9 2 ．2 0 1 3 ．z 1 ．0 1 2 永磁强磁选技术的发展 冉红想 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 摘要概述了永磁强磁选设备的发展现状，重点介绍了挤压磁场和感应磁场的磁路结构及磁场特性，指出了永磁强 磁选设备的发展方向。 关键词永磁；强磁选机；挤压磁场；感应磁场 中图分类号T I M 5 7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 0 5 0 - 0 4 长久以来，人们追求更高磁场强度的努力从未 停止过。从最初的永磁磁场到电磁磁场，再到后来 的超导电磁磁场，获得的磁场强度越来越高，目前 电磁强磁选机的磁场强度达2T 以上，超导磁选机 的磁场强度已经超过5T 。在永磁磁选技术方面， 随着磁性材料性能的不断提高，永磁强磁选设备也 得到了快速的发展。与电磁磁选设备相比，永磁磁 选设备结构简单、重量轻、体积小、能耗低，可以 节约大量的运行成本，因此，开发能够替代电磁强 磁选设备的永磁磁选设备一直是磁选技术研究发展 的方向。 国内外已开发出多种结构的永磁强磁选设备， 在弱磁性金属矿物的回收及非金属矿的除铁提纯方 面获得了广泛的应用。目前常用的永磁磁场有三 种，即开放磁场、挤压磁场和感应磁场，本文将介 绍不同类型永磁强磁选设备的磁路结构、磁场特性 及应用情况。 1 开放式永磁磁场 开放式磁路结构简单，广泛应用于磁性较强矿 物的分选，其代表性设备是永磁筒式磁选机，该磁 系结构采用N 、S 极交替的方式布置，有沿圆周方 向交替变化和沿轴向交替变化两种形式，磁极沿圆 周方向变化时多用于提高矿石的品位，沿轴向交替 变化时多用于提高回收率。在该结构磁系设计时， 一般采用多层永磁磁块叠加的方式来实现不同的磁 场强度，磁场强度的分布与磁极组的厚度与极面宽 度有关，增加辅助磁极可以显著提高磁场强度的峰 值。由于开放式磁路的磁力线分布比较分散，难以 实现很高的磁场强度，但可以获得较大的磁场深 度。采用钕铁硼磁性材料的开放式磁场，靠增加磁 块数量能够达到的磁场强度是有限的，目前来说， 在筒体表面获得的磁场强度很难超过7 5 0m T ，而 且磁场梯度小，无法实现红铁矿、锰矿等弱磁性矿 物的回收。 2 挤压式永磁磁场 磁场强度反映的是磁通密度的大小，提高磁场 强度就意味着需要增加磁通密度。挤压磁场是将同 极的磁极在一个较小的空间内把磁力线集中起来， 然后通过导磁介质导出，在导磁介质的两端将产生 很高的磁场强度。挤压磁场的优点是磁场强度较 高，磁场梯度很大，缺点是磁场的作用深度很小， 磁系组装难度大。挤压磁场多用于弱磁性矿物的回 收，但由于磁场作用深度较小，难以实现较大颗粒 矿物的回收。采用挤压磁场的分选设备主要有磁 棒、永磁辊式磁选机、筒式挤压磁场磁选机及平板 式除铁器等。 2 ．1 磁棒 磁棒是应用最广泛的一种挤压磁场装置，其结 构简单、性能稳定、体积小、重量轻、便于携带， 干法和湿法的条件下均能使用，在细粒非金属物料 除铁方面获得了广泛应用。磁棒的结构是在薄壁不 锈钢管内同极性的磁块挤压在一起，中间放置薄纯 铁片，磁力线通过纯铁片导出到不锈钢管外面。磁 棒能够产生的磁场强度与磁性材料的性能、磁块厚 度、纯铁片的厚度及不锈钢管的壁厚有关，目前磁 棒的磁场强度可达1T 以上。 收稿日期2 0 1 3 一1 1 一1 2 作者简介冉红想 1 9 7 7 一 ，男，河南开封人，高级工程师，主要从事磁选设备研究。 万方数据 2 0 1 3 年增刊冉红想永磁强磁选技术的发展 5 1 在非金属矿除铁中，湿式流程和干式流程均可 采用磁棒，湿式流程中往往在溜槽中连续放置若干 根磁棒，矿浆通过时将磁性物吸附；在干式流程 中，多采用管道式除铁方式，将多个磁棒组合成格 栅形状，并将多层放置在一起，干粉物料经过时捕 获弱磁性杂质。磁棒对细粒弱磁性颗粒的捕获能力 很强，但存在不能自动连续卸铁的问题，使用一段 时间后必须进行清理，如果靠人工清理的话，在连 续作业的生产流程中难以保证生产指标的稳定性。 2 ．2 永磁辊式磁选机 永磁辊磁选机也是采用了挤压磁场，采用环形 钕铁硼磁陛材料套在不锈钢轴上，同极性磁环挤压 在一起，中间加上纯铁板，在磁系表面有一层薄皮 带，矿物从皮带上经过磁场区从而实现分离，永磁 辊磁选机结构如图1 所示。 图1 永磁辊结构 1 一环形磁钢；2 一纯铁片；3 一不锈钢轴 国外方面，早在2 0 世纪7 0 年代末开始研究永 磁辊式磁选机，8 0 年代开始工业应用，最初主要 用于非金属矿干法除铁，后来陆续应用到粗颗粒弱 磁性矿石的预选作业，如赤铁矿、褐铁矿、钛铁 矿、锰矿等；国内方面在2 0 世纪9 0 年代开始研 制，并在弱磁性铁矿石分选中获得成功应用。 永磁辊式磁选机皮带表面的磁场强可达1 ．5T 左右，为减少磁场衰减，皮带厚度一般在0 ．5m m 以下，但是皮带磨损较快，需经常更换皮带。该设 备用于弱磁性矿石分选时，其分选粒度与磁环厚 度、纯铁片厚度及辊径有关，因此，为提高分选粒 度，需要采用大辊径大厚度的磁环。由于磁环采用 钕铁硼磁性材料，当直径较大时，会存在加工和充 磁的困难，为实现大直径的辊式结构，可采用多块 拼接的方式组成磁环，然后再组装成磁辊，辊径可 达西6 0 0m m ，同时，为减少辊体中心的磁回路， 提高了磁场的作用深度，可把中心轴部分也改为磁 性材料，从而提高分选弱磁性矿石的粒度[ I ] 。 最初的永磁辊式磁选机仅用于干式分选，近些 年来已开始在湿法分选中获得应用。湿选设备是在 原有结构的基础上进行了一些改进，采用薄不锈钢 外壳将整个辊体封装起来，避免磁钢的氧化和磨 损，同时在辊体背部增加毛刷进行卸料。分选时含 水物料从上部给到辊体上，弱磁性矿物被感应辊捕 获，并在毛刷的作用下从辊体上卸下，如图2 所示。 磁性非磁性 图2 湿式永磁辊磁选机结构 1 一给矿斗；2 一毛刷；3 一永磁辊；4 一接矿槽 2 ．3 筒式挤压磁场磁选机 由于永磁辊式磁选机存在经常更换皮带和处理 能力偏小的问题，国内在2 0 世纪9 0 年代研制了一 种永磁筒式挤压磁场磁选机，基本结构和常规的永 磁筒式磁选机相似，只是采用了两面挤压的磁系， 磁包角在1 2 0 。左右，筒皮采用2m m 左右的不锈 钢，磁系结构如图3 所示。该磁系结构的筒径可以 做到西8 0 0m m ，处理能力也大幅上升，筒体表面 的磁场强度可达8 0 0m T ，由于不需经常更换皮带， 设备可以连续工作较长的时间。该结构磁选机主要 有长沙矿冶研究院研制的D P M S 型和北京矿冶研究 总院研制的R T G 型，多用于细粒非金属除铁和弱 磁性矿的回收[ 2 。] 。 图3 筒式挤压磁系结构 1 一磁极；2 一纯铁板；3 - - 不锈钢筒皮 近年来，为提高磁场强度和磁场分布，一些研 究单位在原有两面挤压磁系结构基础上进行了一些 改进，如改变导磁板的形状，增加堵漏磁极等，这 些改进使磁场强度和磁场深度进一步提升，筒表磁 万方数据 5 2 有色金属 选矿部分 2 0 1 3 年增刊 场强度已达1 ．1T 以上；分选粒度和处理能力也有 较大的提升，可以实现5 0m m 左右弱磁性铁矿石 的预选，单机处理能力在5 0t ／l l 以上。 2 ．4 平板式挤压磁场 上述的磁系结构都是圆形的，还有一种平面结 构的挤压磁场近些年也得到了不少的工业应用，如 槽式振动磁选机和平板式挤压磁场除铁器。 北京矿冶研究总院研制了一种槽式振动磁选 机，其结构是在一个平面槽体下部设置若干个可以 上下移动的挤压磁系，如图4 所示。物料经过时磁 性颗粒被磁场捕获，磁性物积累到一定程度时，磁 系通过螺旋装置向下移动，降低槽体内的磁场强 度，然后把磁性物清理干净。该机磁场强度较高， 工作区域的磁场强度可达1T 以上，可用于干湿两 种物料的除铁作业，但处理能力偏小，而且不能连 续作业，多用于食品、医药等行业。 图4 槽式振动磁选机 1 振动装置；2 一给矿斗；3 槽体；4 一磁系 平板式挤压磁场除铁器是在倾斜放置的薄皮带 下方设备一个面积较大的平面挤压磁系，工作时矿 浆从给矿斗均匀给到皮带上表面，磁性物被磁场捕 获并被皮带带走，非磁性沿斜面流走，如图5 所 示。该设备皮带表面的磁场强度可达1T 左右，已 在非金属矿的除铁中获得较多的应用。 磁性非磁性 图5 平板式挤压磁场除铁器 1 一给矿斗；2 一皮带；3 一磁系；4 传动滚筒 导磁介质形状，现有的电磁立环磁选机i 电磁平环 磁选机和超导磁选机等强磁选设备，均采用了感应 磁场的原理。电磁强磁选机虽然能够获得较大的磁 场强度，但设备投资和运行费用很高，随着磁性材 料性能的不断提高，近年来新研制的一些永磁高梯 度强磁选机已经开始替代电磁强磁选机获得工业 应用。 3 ．1 往复式永磁高梯度强磁选机 长沙矿冶研究院研制了一种双箱往复式永磁高 梯度磁选机，该机采用永磁对极式的磁路结构，在 两个磁极之间放置分选箱，分选箱内充填了感应介 质，物料从上部给人到分选箱内，磁性物被捕获， 非磁性物从底部流出；两个分选箱在P L C 系统的 控制下轮流进入磁场区，当一个分选箱工作时，另 一个分选箱内的磁| 生物可以被卸下来，实现了连续 工作。该设备为湿法分选，背景磁场可达0 ．8T 以 上，感应介质多采用网介质和钢毛，主要用于微细 粒非金属矿的除铁提纯[ 4 ] 。 3 ．2 永磁立环高梯度强磁选机 永磁立环强磁选机的分选原理及分选过程与电 磁立环强磁选机基本相同，都是采用感应介质在背 景磁场中产生高梯度的感应磁场，区别在于前者采 用永磁材料替代了电磁线圈。永磁立环强磁选机的 磁场形式可分为两种，一种是水平磁场，一种是垂 直磁场。 3 ．2 ．1 水平磁场 水平磁场采用对极的方式，在水平方向的永磁 磁路上设置一定宽度的间隙，分选环从中间穿过， 环体内的感应介质经过磁场区域时产生感应磁场对 矿物进行回收，极间距较小时，所产生的背景磁场 强度可以达到1T 以上，水平磁场的立环磁选机如 图6 所示。 ■一 图6 水平磁场永磁立环磁系结构 l 分选环；2 - - 感应介质；3 一永磁磁系 3感应式永磁磁场 水平磁场磁系的结构简单、安装方便，但是环 在背景磁场中放置导磁介质可以产生更高的感体宽度不能做大，否则会影响磁场强度，因此设备 应磁场，所产生感应磁场的特性取决于背景磁场和难以大型化，为提高处理能力，需要设置多个环 万方数据 2 0 1 3 年增刊冉红想永磁强磁选技术的发展 5 3 体。国外的“铁轮”磁选机是应用较早的水平磁场 结构的永磁立环强磁选机，该设备共采用1 6 个环 体，每个环的下部安装一对永磁磁体，磁力线水平 穿过转环，处理能力达到5 0 ～8 0t ／l l ，设备结构庞 大；国内方面，北京矿冶研究总院和郑州矿产综合 利用研究所等单位均研制了水平磁场结构的永磁立 环强磁选机[ “] 。 3 ．2 ．2 垂直磁场 为了克服水平磁场存在的难以大型化的问题， 北京矿冶研究总院和马鞍山矿山研究院研制出了垂 直磁场的永磁立环磁选机[ 7 3 ，其结构由上磁极和下 磁极构成，分选环从中间穿过，永磁体位于分选环 外侧的磁路里，如图7 所示。该结构磁路中，影响 磁场强度的是磁间距h ，在保持磁间距h 不变的情 况下，加大分选环的宽度b 不会对降低分选空间的 磁场强度，因此可以实现设备的大型化，提高单机 处理能力。 I ．．．一b ．．．．_ J 图7 垂直磁场永磁立环磁系结构 1 - - 上磁轭；2 一感应介质；3 一下磁轭 目前北京矿冶研究总院已研制出P V M l 5 0 0 型 永磁立环强磁选机，背景磁场强度0 ．8T ，单机处 理能力达到2 0 讹以上，已在非金属矿除铁提纯中成 功获得工业应用，能耗仅为同规格电磁设备的5 ％。 3 ．2 ．3 永磁感应辊式强磁选机 现有的感应辊式强磁选机都是电磁激磁方式， 北京矿冶研究总院研制过一种用永磁感应辊磁选 机，感应辊规格中1 5 0m m x 3 0 0m m ，磁源采用高 性能钕铁硼磁性材料，放置在由磁极头和磁轭构成 的磁路中，感应辊表面的磁场强度可以根据工作间 隙进行调整，最高可达到1 ．8T ，在非金属矿除铁 的试验中获得了良好的分选指标。 4 结语 永磁强磁选技术近些年得到了较快的发展，研 发了一系列的永磁强磁选设备，在非金属矿除铁和 弱磁性矿物的分选中发挥了重要的作用。随着磁性 材料性能和设计能力的不断提高，以及矿山企业对 节能降耗和控制生产成本的需要，研制新型的永磁 强磁选设备成为必然的要求。永磁强磁选设备的发 展方向是更高的磁场强度、更宽的适用范围和更大 的处理能力，相信在不久的将来，在众多应用领 域，永磁强磁选设备将陆续替代电磁强磁选设备， 永磁强磁选技术的发展前景十分广阔。 参考文献 [ 1 ] 季中林，吴世清．Y C G 粗粒永磁辊式强磁选机的研制及 应用[ J ] ．矿业快报，2 0 0 6 8 4 5 4 8 ． [ 2 ] 曹志良粗粒弱磁性矿物磁选设备及工艺新进展[ J ] ．金 属矿山，2 0 0 8 增刊 3 7 9 3 8 3 ． [ 3 ] 冉红想．多筒干式强磁选机的研制及应用[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 0 3 4 2 4 4 ． [ 4 ] 李小静，周岳远，曹传辉，等．C R I M M 型双箱往复式永磁 高梯度磁选机研制及应用[ J ] ．非金属矿，2 0 0 8 1 4 7 - 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