測定磁鐵礦粉中磁性物含量在選煤生產的意義

武藝超，辛 宇，王信龍，劉佳傲

(內蒙古工業大學，呼和浩特 010051)

0 引 言

選煤工程技術是煤炭資源有效利用，充分發揮資源重點優勢能力的關鍵手段，又是基礎行業充分發展的重要前提條件[1]。由于中國煤炭工業的迅速發展，中國煤炭加工技術水平取得了明顯提高，煤分選效率有了較大改善，但仍有不少問題亟需克服。一是，中國原煤的使用率和西方工業化國家相比仍有很大差距，且原煤品質也相對較低。其次，中國缺乏穩定性和可靠性。畢竟，中國煤炭行業不合理，煤炭產量相對均勻，煤炭分離和精煉技術不夠成熟[2]。

中國煤炭企業應加強創新，解決煤炭企業發展中選煤效率高、設備相對落后、產業結構不足的問題，提高煤炭企業競爭力。

1 重介質選煤工藝

我國選煤廠的選煤工藝主要有重介選煤和跳汰選煤。重介選煤法相對于跳汰選煤的操作更簡單、分選效率更高、處理能力更大大[3]，因此重介選煤得到了越來越多的的應用[4-5]。重介選煤的原理是使用密度介于潔凈煤和煤矸石之間的液體(即重介質懸浮液)作為分離介質，將煤從原煤中的煤矸石中分離出來[6]。重介質懸浮液一般由固體混合物和水組成，其中固體混合物大多由磁性重介質和煤泥組成。合格的懸浮液必須具有適當的濃度和粘度，并能夠在一定外力干擾下保持一定的穩定性[7-8]。當懸浮液中磁性重介質含量是保持懸浮液穩定的關鍵指標。磁性重介質含量和煤泥含量參數不穩定時，懸浮液的密度發生變化，分選質量下降。當懸浮液密度一定時，磁性重介質含量降低，礦泥含量增加；否則，增加磁性重介質的含量會降低煤泥的含量[9]。通過檢測和調整磁性重介質的含量，可以控制懸浮液達到合適的濃度，獲得穩定的懸浮液。通過測量磁鐵礦粉中的磁性含量，可以間接控制磁性重介質的含量，從而進一步測量煤泥量，提高煤泥含量的控制效率，進而提高選煤效率。

2 磁選的理論基礎

磁選是一種根據所選物料的磁差實現分選的選礦方法[10]。該方法具有操作簡單、效率高、節能、污染少等優點。因此，它將在選礦行業得到越來越廣泛的應用。磁選技術的發展更多的是對磁選設備的改進和創新，包括磁場結構的優化、導磁材料的選擇和礦物體積磁性的變化。作為實驗室磁選機、磁含量檢測設備，其應用將越來越廣泛。

磁分離用于濃縮磁性材料并從流體中去除可磁化顆粒。分離是通過將懸浮液或顆粒混合物通過磁場來實現的。這一過程導致可磁化粒子的優先保留或轉移。不同磁性材料的分離通常以非常不同的方式實現。不同磁選的共同特點是作用在顆粒上的不同大小和范圍的力之間的相互作用。在磁性物的分離中，分離兩種材料或者去除流體中可磁化顆粒取決于其所受的磁力和競爭力(包括重力、慣性力、流體阻力、梯度力和浮力)的大小關系。對磁力要求更高的粒子，磁力大于競爭力，而對磁力要求偏小或非磁性的粒子競爭力則大于磁力，最終合力確定了粒子的正確運動軌道[11]。但是要達到磁性顆粒的最高回收率，磁力應該大于所有競爭力的總和。不過，如果地磁遠遠超過競爭力，分離效率也會顯得很差，因此不同磁化率的可磁化材料沒有差異。所以，分離過程是根據磁性和競爭力的相對價值確定的。針對不同的鐵磁性材料，要進行磁性材料的選擇性分離，必須滿足以下關系[12]。

(Fc(Fm′

式中，Fm為作用在磁性較強顆粒上的磁力；Fm′為作用在磁性較弱顆粒上的磁力；Fc為作用在磁性較強顆粒上的競爭力；Fc′為作用在磁性較弱顆粒上的競爭力。

圖 磁選過程示意圖

通常，引入磁選機的顆粒混合物將分為兩種或兩種以上的成分。然而，在任何實際的磁選過程中，磁性部分、尾礦部分和中間部分都可以發現磁性和非磁性顆粒。分離效率通過磁性成分的回收率和磁性產品的等級來表示，但這些標準并非唯一的，必須根據有用產品是磁性的還是非磁性的來選擇。

由于所有物料都具有一定的磁性，因此在許多行業中，磁選工藝根據不同的進料采用不同的操作方法。磁場中材料加工的主要優點之一是，根據分選目的改變磁場大小，可以施加不同的磁力。此外，該力可以疊加在其他物理力上，因此可以同時使用材料的多個物理特性。此外，磁分離可以處理各種類型的材料，從膠體到大尺寸，從“非磁性”到強磁性。磁選管是測量磁性物質含量應用最廣泛的設備，也是發展歷史最長的設備。發展始于20世紀20年代。由于其結構簡單、易于推廣，至今仍被世界各國和地區的選礦行業所采用[13]。在選礦方面，整個行業都面臨著礦石品位下降、有害雜質比例增加的問題。因此，為了有效地回收有價值的組分，更需要減小顆粒尺寸。磁選作為一種物理選礦方法，與傳統浮選相比不需要化學藥劑，降低了儲存成本和環境問題，將得到越來越多的應用。磁選管作為實驗室中的一種低強度磁選機，在分析礦石中磁性礦物的含量、確定礦石磁選的可分選性指標、評價礦床的過程、檢查磁選機的工作條件、以及，提純各種單一礦物進行磁性分析，找出尾礦中金屬損失的數量和原因起著重要的作用[14]。

3 磁鐵礦粉中磁性物含量的測定

磁鐵礦粉，主要包括磁鐵礦、赤鐵礦和黃鐵礦。不同產地、不同化學成分的磁鐵礦粉的物理性質也不同。選煤廠對磁鐵礦粉的磁性材料含量要求達到95%以上，磁鐵礦粉的真實密度應達到4.5 g/cm3。重介質旋流器分選用磁鐵礦粉粒度組成中，小于0.045 mm的顆粒含量應大于85%；重介質分選機用于塊煤分選的磁鐵礦粉粒度應小于0.075 mm，磁性材料含量不小于90%[15]。

國內測定磁性物含量的方法有多種，目前國標和行業標準有GB/T18711《選煤用磁鐵礦粉實驗方法》和MT/T808《選煤廠技術檢查》。目前行業內常用磁選管來測量和檢測磁選機尾礦中磁鐵礦粉的磁性含量和介質損耗，從而計算重介選煤廠選煤過程中磁鐵礦粉的損耗。磁選管通常由磁極和玻璃管組成，玻璃管穩定在支架上，在驅動器的驅動下，玻璃管將相對于磁極尖端上下左右翻轉，磁極強度一般設置為45～85 MT。在測量前，玻璃管內應先注滿水，然后開動電磁鐵電源，開動玻璃管的驅動器，使玻璃管在兩磁極之間連續往復上下左右翻轉。具體操作步驟為：將磁鐵礦粉稱重后加入去離子水，攪拌均勻后注入到磁析管里。固體顆粒沉降經過磁極時磁性礦物被吸住，非磁性物則繼續下滑，同時雜質也會被沖走。一段時間后關閉驅動器，關閉電磁鐵電源，沖出磁性物，烘干后稱量純凈磁性物的質量。根據試驗后和試驗前的磁鐵礦粉質量的比值，可以得出磁鐵礦粉中磁性物的百分含量[16]。

4 結束語

隨著煤炭資源的日益減少，煤炭價格不斷攀升，對煤炭資源的最大化利用迫在眉睫。選煤是對煤炭資源有效利用的關鍵手段。選煤行業最常用的是重介選煤過程中，該過程需要合理控制重介懸浮參數，以獲得優質的煤炭產品，這影響到企業的最佳的生產效率和成本效益。在重介質懸浮液中，磁性重介質的含量作為一個重要參數，直接影響選煤效果和煤產品質量。因此，重介質選煤工藝中，必須準確控制重介質懸浮液中磁性重介質的含量，這就要求準確測定磁鐵礦粉中磁性物質的含量。通過測量磁鐵礦粉中的磁性含量，可以間接測量礦泥量，提高礦泥含量的控制效率，進而提高選煤效率。