新型干式永磁磁選機在非金屬礦中的應用①

黃俊瑋，程曉峰，李洪潮，劉 磊，趙恒勤

（1.中國地質科學院鄭州礦產綜合利用研究所，河南 鄭州450006；2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術研究中心，河南 鄭州450006；3.自然資源部多金屬礦綜合利用評價重點實驗室，河南 鄭州450006）

非金屬礦精礦產品一般對純度、粒度分布、顆粒形狀等有特定要求［1］，因此對干式磁選機這一非金屬礦重要的選礦設備也有特殊要求，如處理的礦樣粒度相對較粗、要求磁場梯度大和分選精度高等。

石榴子石和綠輝石是榴輝巖礦中的主要有用礦物，礦石中兩者的礦物含量較高，合計一般可達到60%以上，“重選預選-干式磁選精選”是榴輝巖礦中回收石榴子石和綠輝石的主要選礦工藝［2－3］。噴砂處理是石榴子石和綠輝石的主要用途，一般要求石榴子石和綠輝石精礦產品粒度在0.3～1 mm左右，在此細度下，石榴子石和綠輝石礦物比磁化系數差異較小，采用常規的干式磁選設備難以獲得礦物含量大于90%的石榴子石和綠輝石精礦產品。

某低品位磷灰石礦地處缺水的西部戈壁灘，全年平均氣溫低，浮選工藝難以實現工業化應用。通過詳細的工藝礦物學研究，確定采用“破碎-分級-干式磁選”工藝選別該低品位磷礦，該工藝要求干式磁選設備具有較高的分選精度，常規干式磁選機難以滿足要求。

根據非金屬礦干式磁選的技術特點，通過優化Halbach磁系研制了DPT型干式永磁磁選機，應用該磁選機分選磷灰石礦和榴輝巖礦獲得了良好的選別指標。

1 DPT型干式永磁磁選機的研制

1.1 磁系的優化設計

1.1.1 非金屬礦干式磁選技術特點

通過試驗研究，在干式磁選選別非金屬礦過程中發現了以下技術特點：

①非金屬礦中目的礦物的化學成分波動較大（如石榴子石就分鐵鋁榴石、鈣鋁榴石、鎂鋁榴石等），導致目的礦物與脈石礦物之間比磁化系數差異在一定范圍內波動，對磁選機的分選精度要求較高。

②非金屬礦精礦產品對純度要求相對較高，同時，與濕式磁選相比，干式磁選過程中物料的分散性較差，磁性物和非磁性物的運動軌跡相互干擾，因此要求干式磁選機具有較大的磁場梯度和較高的分選精度。

③干式磁選無沖洗水輔助卸料，礦石中的強磁性礦物容易一直吸附在筒體表面上，造成筒體磨損。

針對上述技術特征，通過優化Halbach磁系，設計了DPT型磁系。

1.1.2 Halbach磁系概述

Halbach永磁陣列是美國著名學者Klaus Halbach于1979年提出的一種磁系結構［4－5］，它將不同磁化方向的永磁體按照一定規律排列，使永磁體一側磁場得到顯著加強而另一側磁場顯著減弱。平面Halbach磁系仿真計算云圖如圖1所示，可見上側磁場明顯強于下側。

圖1 平面Halbach磁系仿真計算云圖

德國KHD公司利用釹鐵硼強磁材料，采用Halbach磁系陣列設計開發的PERMOS中場強筒式永磁磁選機，筒體表面磁感應強度達到了560 kA／m，主要用于分選假象赤鐵礦等具有中等磁性的礦物，其磁系結構如圖2所示。

圖2 PERMOS磁選機磁系結構

1.1.3 DPT型磁系設計

設計方案：采用小體積異形磁塊排布，磁塊呈簡化Halbach陣列排布。

基本參數：磁系直徑325 mm；11個強磁磁極，磁包角為120°；3個弱磁磁極，磁包角為30°（用于輔助卸料）。

磁塊規格：強磁磁極磁塊牌號為N48／N45，弱磁磁極磁塊牌號為FB5H；軛鐵厚度為5 mm間斷布置，材質為Q235或304不銹鋼。

按照上述參數設計了DPT型磁系，其磁系結構和磁場強度矢量分布分別如圖3和圖4所示。

圖3 DPT型磁系結構

圖4 DPT型磁系簡化模型磁場強度矢量圖

采用N48磁塊為主磁極、N45磁塊為輔助磁極的磁極組合，磁選機筒體表面最高磁場強度可達650 kA／m，磁場梯度為52 000 kA／m2，可為分選提供較大的磁場力。

1.2 DPT型干式永磁磁選機

根據試驗需求，共設計制造了2臺DPT型干式永磁磁選機，最高磁場強度分別為550 kA／m和650 kA／m，具體規格參數列于表1，設備結構如圖5所示［6］。

表1 DPT型磁選機技術參數

圖5 DPT型干式永磁磁選機結構圖

該磁選機具有磁場梯度大、分選精度高、卸料方便等優點，適合榴輝巖礦、低品位磷灰石礦等非金屬礦的選別。

2 DPT型干式磁選機在非金屬礦中的應用

2.1 榴輝巖重選粗精礦的選別

2.1.1 礦樣性質

礦樣為山東某榴輝巖礦經“磨礦-分級-搖床重選”工藝選別得到的粗精礦產品，粒度0.3～0.6 mm；礦物組成為：石榴子石（絕大部分為鐵鋁榴石，少量鈣鋁榴石）礦物含量55%左右，綠輝石礦物含量33%左右，連生體2%左右；雜質（鈦鐵礦、石英、長石、磷灰石等）含量10%左右。

2.1.2 工藝流程及分選指標

該榴輝巖重選粗精礦干式磁選工藝流程如圖6所示，分選指標列于表2。分析表2可知，相對于常規干式永磁磁選機，DPT型干式磁選機能夠獲得更好的分選指標，同時弱磁磁塊的存在能夠較好地將強磁性礦物從筒體上卸除，更好地保護筒體。

圖6 干式磁選工藝流程

表2 干式磁選分選指標

2.2 某低品位磷灰石礦的選別

2.2.1 礦樣性質

某磷灰石礦中主要有利用價值的組分為P2O5，含量為4.77%，其余主要組分含量為MgO 14.54%，SiO241.32%，CaO 21.33%，Fe2O37.06%，Al2O34.43%。

該礦石礦物組成較為簡單，主要有用礦物為磷灰石，相對含量為11.77%；主要脈石礦物為透輝石和黑云母，相對含量分別為63.99%和20.60%。

－2 mm原礦樣品粒度分析結果表明：磷灰石、透輝石和黑云母粒度均較粗，＋0.075 mm粒級含量分別占84.19%、94.58%和82.45%。

2.2.2 工藝流程及分選指標

工藝礦物學研究結果表明：該磷灰石礦中主要脈石礦物為透輝石和黑云母，兩者礦物量合計為84.5%。透輝石、黑云母和磷灰石的比磁化系數分別約為65×10－6cm3／g、（52.6～57.8）×10－6cm3／g和（9.39～19）×10－6cm3／g，透輝石和黑云母的比磁化系數與磷灰石有一定的差距，且3種礦物粒度較粗，可以通過磁選分離。根據以往研究經驗，干式磁選過程中粗、細粒相互干擾嚴重，影響選別指標，可在干式磁選作業前添加分級作業。同時，該礦山地處西部戈壁灘，水資源匱乏、年平均氣溫低，不適合浮選工藝。因此，確定該礦的選礦原則工藝流程為“破碎-分級-干式磁選”，全流程試驗工藝流程如圖7所示，試驗結果列于表3。

圖7 全流程試驗工藝流程

表3 全流程試驗結果

分析表3可知，應用DPT型干式磁選機選別該低品位磷灰石礦，能夠獲得良好的選別指標，為該類型磷礦資源的開發利用提供了一條全新的選別思路。

3 結 論

1）根據非金屬礦干式磁選的技術特點，通過優化Halbach磁系研制了DPT型干式永磁磁選機，該磁選機筒體表面最高磁場強度為650 kA／m，磁場梯度為52 000 kA／m2，可為分選提供較大的磁場力。該磁選機具有磁場梯度大、分選精度高、卸料方便等優點。

2）應用該磁選機選別山東某榴輝巖重選粗精礦，能夠獲得礦物含量大于90%的石榴子石精礦和綠輝石精礦，與常規干式磁選機相比，精礦礦物含量提高3～5個百分點。

3）采用“破碎-分級-干式磁選”工藝，配合使用DPT型干式磁選機選別某低品位磷灰石礦，獲得了良好的選別指標，為該類型磷礦資源的開發利用提供了一條高效環保的途徑。