大顆粒立環脈動高梯度磁選機的研制與工業應用

李澤萍 饒宇歡 解志鋒 丁 利 萬 鵬 熊大和 曾招科

（贛州金環磁選設備有限公司，江西 贛州 341000）

磨礦能耗是選礦廠重要的成本來源，實現“多碎少磨、提高入磨品位”已成為選礦界降本增效的普遍共識。我國鐵礦資源呈現“貧、細、雜”的特點，在礦石入磨前進行預選拋廢，實現“能收早收、能拋早拋”，不僅能大大降低企業能耗，還能提高設備的生產利用率，達到降本增效的目的［1-3］。

目前，混合型鐵礦石或弱磁性鐵礦石破碎后若沒有高效預選拋尾作業，大量廢石進入球磨機，不僅增加后續作業的負荷，而且導致細粒尾礦排放量增加，縮短尾礦庫的使用壽命，因此急需適應此類礦石粗粒預選的設備［4-5］。近年來，高壓輥磨及大顆粒（粒度范圍為2～5 mm）立環脈動高梯度磁選技術的迅速發展，為該類礦石的高效預選提供了可能。弱磁性礦物的高效預選，可以大大減少入磨礦量，降低設備運行成本［6-9］；預選出的粗粒尾礦可分出部分建筑用砂，既減排又增效，還可延長尾礦庫的使用壽命。因此，將高壓輥磨—粗粒濕式強磁預選工藝應用于弱磁性鐵礦石的磨前預選拋尾具有重要的意義［10-13］。

本文概述了SLon-大顆粒立環脈動高梯度磁選機的研制過程，介紹了其工作原理及結構特點，并以安徽周油坊貧磁鐵礦-鏡鐵礦混合礦石和印度某赤鐵礦為研究對象，開展了SLon-大顆粒立環脈動高梯度磁選機應用研究，結果表明設備運行穩定，選礦指標優異，可為后續工業推廣應用提供參考。

1 SLon-大顆粒立環脈動高梯度磁選機

1.1 研制

立環脈動高梯度磁選機是一種利用磁力、脈動流體力和重力等綜合力場的選礦設備。傳統SLon立環脈動高梯度磁選機用于處理微細粒級（-1 mm）弱磁性礦物，其中-0.074 mm粒級需占30%以上，相應各部分的結構（包括磁介質堆、精礦斗、精礦收集槽、尾礦斗等）均按照此適用條件進行設計。當給料粒度大于1 mm時，磁選機中的磁介質易發生堵塞，同時物料在礦斗、管道中流動不暢，礦斗快速磨損、磨穿，無法正常生產。

針對實際生產需求和設備現狀，贛州金環磁選設備有限公司相關技術人員對傳統立環脈動高梯度磁選機進行了技術改造，研發了大顆粒立環脈動高梯度磁選機。其在保留原有的磁系結構、激磁線圈、轉環部分、傳動機構、脈動機構的基礎上，創新性地設計了磁介質堆、精礦斗、精礦收集槽、尾礦斗等，克服了大顆粒物料流動性差、易沉淀堆積、沖刷磨損內壁等問題，滿足了大顆粒物料對磁選機分選通道的所有要求，實現了對不超過5 mm大顆粒弱磁性物料的預先拋尾，節能減排效果顯著，提高了弱磁性貧礦資源的開發效率。

1.2 結構、特點及工作原理

1.2.1 結構及特點

SLon-大顆粒立環脈動高梯度磁選機主要由脈動機構、鐵軛部分、激磁線圈、轉環組件和各種礦斗、水斗組成［14］，且磁介質盒均采用導磁不銹鋼材質的圓棒或鋼板網，具體結構見圖1。

SLon-大顆粒立環脈動高梯度磁選機采用低電壓、大電流、低電流密度的激磁方式，具有磁場穩定性高、設備操作安全方便等特點，作業率大于98%；磁系設計新穎，磁介質組合合理，背景磁感應強度可高達1.8 T，能為礦物分選提供持續的高梯度磁場，礦石分選效率高；轉環立式旋轉，反向沖洗磁性產品，粗顆粒礦石不必穿過磁介質堆便可沖洗出來，磁介質不易堵塞；礦石分選粒度上限可達5 mm，下限低至2 μm；采用水內冷、雙循環冷卻方式，線圈冷卻速度快，同時配備線圈智能溫控系統和管路清洗系統，便于線圈日常維護，線圈設計使用壽命可達10 a以上。

1.2.2 工作原理

當設備的激磁線圈通入直流電后，可在分選區產生感應磁場，此時分選區的磁介質表面會產生非均勻磁場（即高梯度磁場）；當轉環沿順時針方向旋轉時，磁介質堆不斷被送入和運出分選區；礦漿緩緩從給礦斗進入，沿上鐵軛礦縫隙流經轉環。礦漿中的弱磁性顆粒被吸附在磁介質堆表面，并隨轉環運動至頂部無磁場區，在垂直沖洗水的沖刷下進入磁性產品礦斗，而非磁性顆粒在重力、流體力的作用下穿過磁介質堆，沿下鐵軛礦縫流至尾礦斗后外排，從而實現非磁性顆粒與磁性顆粒的分離。

2 大顆粒立環脈動高梯度磁選機的應用

2.1 安徽周油坊鏡鐵礦石的濕式預選

安徽金日晟礦業周油坊鐵礦石屬于低磷低硫單一酸性氧化鐵礦石，主要為貧磁鐵礦-鏡鐵礦混合礦石，原礦品位低（TFe品位為25%～29%）、嵌布粒度粗細不均，磁鐵礦、鏡鐵礦主要與脈石礦物共生，礦物種類較簡單，原采用破碎—階段磨礦—弱磁選—重選—階段強磁選—反浮選聯合工藝處理，流程復雜，指標波動較大。為優化工藝流程，實現降本增效的目標，最終確定入磨前先采用贛州金環大顆粒立環脈動高梯度磁選機進行預選拋尾，大大降低后續作業的處理量，為獲得良好的選礦技術指標創造條件。

2.1.1 條件試驗

2.1.1.1 給礦粒度試驗

取-2 mm、-3 mm和-4 mm粒度代表性礦樣若干份，采用2臺SLon-500型大顆粒立環脈動高梯度磁選機模擬工業生產應用條件，進行2次粗選試驗，背景磁感應強度分別為0.7 T、1.0 T，沖次均為200 r/min，棒介質直徑均為5 mm，給礦粒度對選別指標影響試驗結果見表1。

由表1可知，不論給礦粒度為-2 mm、-3 mm還是-4 mm，經過2次粗選，尾礦TFe品位均降至13%以下，并且2次粗精礦累計回收率大于80%；粒度越粗，尾礦品位和回收率越低。綜合考慮，確定后續試驗給礦粒度為-4 mm。

2.1.1.2 棒介質直徑試驗

采用2次粗選，背景磁感應強度分別為0.7 T、1.0 T，沖次均為200 r/min，給礦粒度為-4 mm，棒介質對選別指標影響試驗結果見表2。

由表2可知，隨著棒介質直徑的增大，2次粗選精礦累計TFe品位從36.44%升高至37.56%，而TFe回收率從92.07%降低至84.59%。綜合考慮，確定后續試驗棒介質直徑為5 mm。

2.1.1.3 背景磁感應強度試驗

采用2次粗選，沖次均為200 r/min，給礦粒度為-4 mm，棒介質直徑為5 mm，背景磁感應強度對選別指標影響試驗結果見表3。

由表3可知，隨著背景磁感應強度的升高，2次粗選精礦累計TFe品位降低，TFe回收率增大。綜合考慮，確定后續試驗背景磁感應強度分別為0.7 T、1.0 T。

2.1.2 現場工業試驗

2020年9月中旬，2臺SLon-3500大顆粒高梯度強磁機在周油坊鐵礦開始安裝，并于10月初正式投入工業生產，棒介質盒介質直徑為5 mm，沖次均為200 r/min，給礦粒度為-4 mm，背景磁感應強度分別為0.7 T、1.0 T，工業試驗結果見表4。

由表4可知，工業試驗可獲得與實驗室基本一致的良好選別指標，說明將SLon-3500大顆粒高梯度強磁機應用于周油坊鏡鐵礦石的濕式預選具有較好的效果。

2.2 印度某高品質赤鐵礦石的應用

印度某鐵礦石屬于高品質氧化鐵礦石，主要鐵礦物為赤鐵礦、鏡鐵礦，還含有少量的假象赤鐵礦，礦石嵌布粒度較粗，TFe品位為58%～60%。該廠現有生產工藝簡單，僅有碎礦作業。為了能在沒有磨選作業的前提下獲得較高品位的鐵精礦，計劃采用大顆粒立環脈動高梯度磁選機對碎至-5 mm物料進行預選。

2.2.1 實驗室探索試驗

2019年末，在印度當地取一批有代表性的礦樣（粒級為-5 mm），模擬工業現場進行了實驗室探索試驗。試驗采用SLon-500型大顆粒立環脈動高梯度磁選機進行1次粗選，礦漿濃度為25%，棒介質盒介質直徑為6 mm，沖次為200 r/min，背景磁感應強度為1.0 T，試驗結果見表5。

由表5可知，SLon-500型大顆粒立環脈動高梯度磁選機1次選別就可以獲得TFe品位62.98%、TFe回收率82.04%的粗精礦。

2.2.2 工業試驗

2020年7月底，2臺SLon-2000型大顆粒立環脈動高梯度磁選機在現場完成安裝，于8月中旬正式投入使用。在給礦粒度為-5 mm，棒介質盒介質直徑為6 mm，沖次為200 r/min，2次粗選背景磁感應強度分別為0.8 T、1.1 T的情況下，工業試驗結果見表6。

由表6可知，2次粗選可獲得TFe品位62.11%、TFe回收率96.37%的綜合粗精礦，指標良好；TFe品位26.03%的尾礦的后續加工工藝研究本文不作介紹。

3 結 論

（1）贛州金環對傳統高梯度磁選機進行了多方面的技術創新，其中大顆粒立環脈動高梯度磁選機作為主要成果之一，通過獨特的設計，滿足了大顆粒物料入選對磁選機分選通道的所有要求，實現了不超過5 mm大顆粒弱磁性物料的直接預選，對提高弱磁性貧礦資源的開發效率和節能減排具有重要意義。

（2）安徽周油坊鐵礦采用2臺SLon-3500型大顆粒立環脈動高梯度磁選機對-4 mm、TFe品位28.01%的礦石進行預選，2次粗選磁場強度分別為0.7 T、1.0 T，棒介質直徑為5 mm的條件下，獲得了TFe品位35.06%、TFe回收率93.52%的預選精礦，拋尾產率達25.29%，大大降低了后續磨選作業的壓力。

（3）印度某高品位赤鐵礦石在給料粒度為-5 mm、TFe品位59.14%的情況下，采用大顆粒立環脈動高梯度磁選機2次粗選，背景磁感應強度分別為0.8 T、1.1 T，棒介質直徑為 6 mm，獲得了 TFe品位62.11%、TFe回收率達96.37%的綜合粗精礦，TFe品位26.03%的尾礦的后續加工工藝研究本文不作介紹。