淺談有關磁選柱的相關研究

安春燕,費冬妹,劉文會,劉迎娟（華北理工大學遷安學院,河北 唐山 064000）

淺談有關磁選柱的相關研究

安春燕,費冬妹,劉文會,劉迎娟
（華北理工大學遷安學院,河北 唐山 064000）

磁選柱是一種經濟有效的磁選設備，它通過特殊的磁系使被選礦漿內顆粒反復團聚和分散，與此同時，借助于上升水流的淘洗作用，將大部分貧連生體和單體脈石剔除，較大程度的提高了鐵精礦的分選品級。但隨著我國鋼鐵冶煉工業的迅猛發展，鐵資源這一非可再生資源變得日益緊缺，加之冶煉對鐵精礦質量的要求也越來越高，對于鐵礦這一非可再生資源的精細分選和有效利用成為了又一新的研究課題。

磁選技術;磁選柱;細磨工藝

1 磁選技術的發展概況

磁選是在不均勻的磁場中利用礦物之間的磁性差異而使不同礦物實現分離的一種選礦方法，磁選的應用則是利用各種礦石或物料的磁性差異，在磁力及其他力的聯合作用下進行選別的過程。磁選因為其工藝潔凈無污染、成本低廉且易實現, 在很多領域都得到了廣泛應用。近幾十年來，磁性分離技術和磁選設備都有了長足的發展，選礦設備的發展特點主要有: 結構簡單、處理量大、管理費用低、操作維護方便、提高分離精度、增加處理能力、擴展應用領域、降低原材料消耗、采用新型材料和應用先進技術等。隨著磁選設備研究的進一步發展以及生產工藝的改進，我國磁鐵礦品位和回收率也達到了世界先進水平。目前就世界范圍看，為獲取高品位的鐵精礦，在磁鐵礦選礦工藝技術方面所采取的辦法有[1]：

（1）在普通磁選流程中加入細篩的細篩細磨工藝；

（2）弱磁選精礦中的脫硅反浮選工藝；

（3）多段磨礦多段精選工藝。

磁選工藝的的改進逐步改善了磁性選礦的效果，但由于磁鐵礦物具有極強的磁性，是極易選礦物，一方面常規的弱磁選法可以有效而經濟地回收磁鐵礦，但另一方面磁鐵礦的強磁性又使之在常規弱磁選時產生極強的團聚作用，磁化顆粒之間在其基本的磁力作用下相互吸引，克服介質阻力匯聚在一起[2]。

2 磁選設備的發展概況

國外磁選設備取得了很大的發展，磁選機大型化、給礦方式、磁系設計、槽體結構等方面成果顯著:實現設備大型化,提高了處理能力。同時,我國磁選機的研制也得到了蓬勃的發展。在弱磁場磁選設備、中磁場磁選設備和強磁場磁選設備的研制上都有了顯著的成果并已經投入生產。

3 磁選柱及相關介紹

磁性礦物在離開磁場時存在剩磁,磁性顆粒之間由于存在剩磁而發生磁團聚,對選別、分級以及過濾都有不利影響；在磁選過程中由于磁性顆粒在外磁場作用下形成磁團；在磁團內,除磁性顆粒外,還夾雜低品位的脈石及連生體,降低了精礦的品位。為了解決常規磁選機的“磁性夾雜”和“非磁性夾雜”問題,鞍山科技大學研制了磁選柱，磁選柱是一種磁力與重力相結合的弱磁場磁選機，在利用磁團聚的同時施加外力破壞磁團聚, 能有效解決單體有用礦物與貧連生體的分離問題,依靠粗、細磁性顆粒之間的磁團聚與貧連生體和脈石沉降速度不同實現分選,提高了精礦品位。磁選柱內由上至下分布多組線圈，借助直流供電對線圈由上至下循環勵磁，形成時有時無，可調強弱，不連續不均勻的弱磁場。其下部進水口采用自下而上切向供水，水流在柱體內高速旋轉，利用水流的剪切力和上升力不斷沖洗被選物料，以此使被選礦漿反復進行團聚—分散，磁團聚分散時夾雜在其中的連生體和單體脈石能夠被上升水流沖擊至溢流沿排出，形成磁選柱尾礦（實際為中礦）；磁團聚在重力和磁力的作用下向下運動，高品位鐵精礦在磁選柱底部聚集并由排礦口排出。物料可在分選筒內被多次精選，中貧連生體和單體脈石可被有效地分選出來，得到的精礦品位較高，同時磁團聚對細粒磁鐵礦也有一定捕集作用，故對磁鐵礦的回收率也較高。磁選柱還能能夠有效地降低SiO2等雜質含量。

4 磁選柱的研究概況

傳統的磁團聚重選機和改進的永磁筒式磁選機多數適合粗選作業，對于鐵精礦分選效果普遍不理想，為此鞍山大學研制了磁選柱，較粗選設備大大提高了強磁性物料的分選精度。但由于來料的磁化現象明顯，磁團聚引起的磁性和非磁性夾雜使得分選精度難以進一步提高。為此，東北大學研發了一種脈沖震動磁場磁選柱，利用分選腔內的震動磁場使磁團聚發生張弛交替的抖動，以此打散磁團聚提高分選精度，但效果分選效果不理想。而后中國地質科學院礦產綜合利用研究所研發了一種超聲復合力場磁選機，將超聲波分散系統與磁選機相結合，巧妙地將超聲波分散力與水流沖擊力、重力相結合，使其聯合作用，破壞磁團聚,提高鐵精礦品級，該設備結構簡單，分選效率高選別效果好，對被分選對象局限性小，適應性強。

分析了礦物顆粒在磁選柱內受到的力的作用，在假定礦漿密度均勻，礦物性質穩定，礦物顆粒球形，上升水力均勻等情況下，建立了某一粒度的礦粒在磁選柱中某一點的運動狀態的數學模型，得到了一定粒度礦粒的運動和上升水流以及磁場強度有關的結論，雖然模型十分繁瑣，但他的結論驗證了磁選柱的分選原理。由于該文章作者研究的是不同大小的礦粒在磁選柱中的運動情況，所以假定了礦物性質穩定，礦物的磁化率相同。但在實際過程中礦粒的性質并不是相同的，而使用磁選柱的目的就是把單體脈石和貧連生體分離出去。

對于磁選柱的改良，前人已經做過大量的嘗試和努力，主要思路有兩種，一種思路是在設備的硬件結構上改進，對來料先進行處理再分選，一種在控制方法上對控制系統進行優化，采取基于礦漿濃度檢測的閉環控制方式，但控制方法大部分采取PID控制，控制器通過定時采樣進行PID運算對磁選柱相關參數進行調節，主要通過溢流礦漿的濃度和底流精礦濃度來調節磁場強度的大小和底閥開度的大小，但對于磁選柱這樣的被控對象，很難找到合適的數學模型對其進行準確的描述，傳統PID控制器對此類被控對象難以達到較好的控制效果。

由此，磁選柱在實際應用中的問題：

（1）來料的剩磁磁化現象嚴重且不易被打散，分選精度難以進一步提高。

（2）系統具有非線性，大慣性和遲滯的特性，傳統PID控制器對此類被控對象難以達到較好的控制效果。

為取得更好的選別效果，改良原有的機械設備，利用先進的智能控制理論，對磁選柱進行智能控制是將來磁選柱改良的主要方向。

[1]宣樂信,曾云南.選礦廠選別作業自動控制的進展[J].金屬礦山，2008（01）：7-10.

[2]袁志濤.脈沖振動磁場磁選柱的研制及試驗研究[D].沈陽：東北大學，2001.