聚磁介質對高梯度磁選效果的影響*

李文博 湯玉和 韓躍新 袁致濤

(1.東北大學資源與土木工程學院;2.廣州有色金屬研究院;3.稀有金屬分離與綜合利用國家重點實驗室)

高梯度磁選機因在強磁場中植入導磁不銹鋼介質而使分選區域獲得高磁場梯度，從而實現了對微細粒級弱磁性鐵礦物顆粒的有效回收。聚磁介質作為高磁場梯度的發生源及磁性礦物的捕獲體，目前已有多種形式被應用于金屬礦選礦與非金屬礦除鐵工藝中［1］。生產中常見到的聚磁介質類型包括不銹鋼棒介質、齒板介質、網介質及非金屬除鐵中應用的鋼毛介質。微細粒級弱磁性礦物回收效果差和聚磁介質堵塞影響分選效果是高梯度磁選中常遇到的兩個問題，然而聚磁介質的自身特點又決定了兩者是一對很難同時得到根本解決的矛盾體。以鋼毛介質為例，其在磁場中可產生107數量級的高磁場梯度，對體積小、比磁化系數低的弱磁性顆粒回收效果優異，但由于其無序排列且密布充填，卸礦難度大，易造成積累堵塞而惡化分選效果，故只能應用于磁性礦物含量低的物料分選過程中。相對而言，在水平磁場中采用平行排列的不銹鋼棒介質對于解決細粒級弱磁性物回收和介質堵塞矛盾具有一定優勢，目前已有工業應用實例［2-3］。本研究通過對比試驗，考察聚磁介質形式和直徑對高梯度磁選效果的影響。

1 試樣

分別以國外某微細粒赤鐵礦石和廣東某褐鐵礦石的強磁掃選尾礦為試驗礦樣。國外某微細粒赤鐵礦石鐵品位為32.30%，主要鐵礦物為赤鐵礦;樣品－0.043 mm粒級占89.35%，且鐵礦物主要集中在－0.043 mm粒級中。廣東某褐鐵礦石尾礦鐵品位為12.52%，鐵礦物以褐鐵礦為主，含有少量云母狀赤鐵礦，褐鐵礦一般粒度為0.02～0.04 mm;樣品+0.030 mm粒級的產率和鐵品位分別為62.31%和6.20%，鐵分布率僅30.87%，而－0.030 mm粒級的產率和鐵品位分別為37.69%和22.97%，鐵分布率達72.83%。

2 試驗設備和試驗方法

2.1 試驗設備

以SSS－II型水平磁場周期式高梯度磁選機為試驗設備。如圖1所示，該設備其主要由鐵軛、磁極頭、線圈繞組、分選器、聚磁介質盒、脈動機構及傳動電機等部件構成。

圖1 SSS－II型水平磁場周期式高梯度磁選機結構

試驗采用的聚磁介質分為圓棒介質和異型棒介質兩種類型，其中異型棒介質(見圖2)是在圓棒介質的基礎上改進而成的，目的是使其產生的磁場梯度較圓棒介質有所提高，同時又保留圓棒介質表面磁性物吸附面積大的特點。

圖2 異型棒介質

不同聚磁介質的直徑(異型棒介質按中徑計，中徑=(外徑+內徑)/2)及充填率情況如表1所示。

表1 不同聚磁介質的直徑及充填率

2.2 試驗方法

將介質盒置于分選器內，向分選器內注水并開啟脈動機構，調節液面至介質盒被浸沒并保持液面穩定。給線圈通電，調整激磁電流使背景磁感應強度達到預定值后，邊攪動待分選礦漿邊勻速將礦漿倒入分選器內。給礦結束后停止向分選器補水，切斷激磁電流，清洗介質盒。所有分選試驗均為1次選別，所得精礦和尾礦分別稱重、化驗鐵品位、計算產率和鐵回收率。

3 試驗結果與分析

3.1 相同充填率下介質形式對分選指標的影響

表2是背景磁感應強度分別為0.58和0.80 T時，介質直徑同為3 mm、充填率同為20.20%、介質形式分別為圓棒介質和異型棒介質的1#和2#介質盒對國外某微細粒赤鐵礦試樣的分選結果。可見:背景磁感應強度為0.58 T時，在精礦品位相近的情況下，2#介質盒的精礦回收率較1#介質盒的精礦回收率提高6.17個百分點;背景磁感應強度為0.80 T時，在精礦品位相近的情況下，2#介質盒的精礦回收率較1#介質盒的精礦回收率提高3.17個百分點。即不同背景磁感應強度下，異型棒介質的精礦回收率均比圓棒介質有所提高。由此可知，異型棒介質對磁性顆粒的吸引力比圓棒介質更強，因此，改變介質表面的幾何特征是強化磁場梯度作用，提高磁場力的有效途徑。

表2 國外試樣不同形式介質分選結果

3.2 相同介質間隙下介質直徑對分選指標的影響

介質直徑與磁性礦物顆粒的粒度具有適宜的匹配關系。在單顆粒、單根介質理想體系下，最佳的介質直徑與顆粒粒徑之比為2.69［4］。而在實際應用中，介質直徑與顆粒粒徑之比遠高于該數值，但總體遵循粗顆粒選用較大直徑介質、細顆粒選用較小直徑介質的原則。為了考察相同介質間隙下介質直徑對分選指標的影響，在0.58 T背景磁感應強度下，采用介質形式同為異型棒介質，介質間隙同為3 mm，介質直徑分別為3、4、5 mm的3#、4#和5#介質盒對廣東某褐鐵礦尾礦試樣和國外某細粒赤鐵礦試樣進行了分選對比試驗，結果如表3、表4所示。

表3 廣東試樣不同直徑介質分選結果 %

表4 國外試樣不同直徑介質分選結果 %

由表3可見，廣東某褐鐵礦尾礦經3種直徑的異型棒介質分選后，所得精礦的品位較為接近，但4 mm直徑異型棒介質所得精礦的回收率為35.53%，比3 mm、5 mm直徑異型棒介質所得精礦的回收率分別提高2.14和2.98個百分點。由表4可見，國外某細粒赤鐵礦經3種直徑的異型棒介質分選后，所得精礦指標的變化規律與廣東某褐鐵礦尾礦相同，即精礦品位相差不大，而4 mm直徑異型棒介質所得精礦的回收率分別比3 mm、5 mm直徑異型棒介質所得精礦的回收率高出1.18和5.52個百分點。由此表明，在介質間隙保持不變的情況下，適當增大介質直徑有利于提高充填率，進而提高分選空間的磁感應強度，加強對磁性物的捕捉能力，但介質直徑過大時，反而會因介質表面有效吸附面積的減少和磁場梯度的下降而影響對磁性物的捕捉。

4 結論

(1)試驗所采用的異型棒介質顯示出比圓棒介質更強的對磁性顆粒的吸引力，說明改變介質表面的幾何特征是強化磁場梯度作用，提高磁場力的有效途徑。

(2)適當增大介質直徑可提高精礦回收率，但介質直徑過大時反而會降低對磁性物的捕捉能力。

(3)介質直徑較大有利于提高充填率，進而提高分選空間的磁感應強度，但介質表面積減少，磁性物被吸附的幾率降低;介質直徑較小可提高磁場梯度，增大介質表面積，但充填率降低，磁損耗增加。因此，針對不同的待分選物料，應綜合考慮以確定適宜的介質直徑與充填率。

［1］ 李文博，韓躍新，湯玉和，等.高梯度磁選機聚磁介質的研究概況及發展趨勢［J］.金屬礦山，2012(9):129-133.

［2］ 楊 龍，湯玉和，張 軍.水平磁系高梯度磁選機在梅山選礦廠的應用［J］.金屬礦山，2009(7):86-89.

［3］ 湯玉和，李文博.SSS－II高梯度磁選機研制與應用十年回顧［C］∥中國采選技術十年回顧與展望.北京:冶金工業出版社，2012:616-620.

［4］ Oberteuffer Johnia.Magnetic separation:A review of principles，devices and applications［J］.IEEE Transactions on Magnetics，1974，10(2):223-238.