高效立環高梯度強磁磁選機的研制及應用

歐剛良

（岳陽大力神電磁機械有限公司，湖南岳陽 414100）

0 引言

目前我國的鐵礦石以貧礦為主，大部分鐵礦石必須經過選礦才能用于工業生產，高效立環高梯度強磁磁選機可廣泛應用于鈦鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、鉭鈮礦、墨鎢礦、錳等弱磁性礦物的分選，以及硅線石、霞石、鋰輝石、螢石、高嶺土、長石、石英等非金屬礦物的除鐵提純。岳陽大力神電磁機械有限公司在現有電磁技術的基礎上，開展對立環高梯度磁選機背景磁場、高梯度磁場的優化設計，大大提高了對弱磁性礦物的分選能力，進一步降低生產成本，擴大立環高梯度磁選機對弱磁性礦物的應用范圍，創造更大的經濟效益。

1 高效立環高梯度強磁磁選機結構

YYDLS 立環高梯度強磁磁選機主要由沖程箱、轉環、鐵軛、勵磁線圈、液位智能系統、控制系統以給礦斗、尾礦斗、精礦斗和漂洗斗裝置等組成（圖1），其中轉環內裝有自主權知識產權的導磁介質盒。其工作原理是利用各種礦物的不同導磁性能，在電磁磁力、脈動流體力和重力等綜合力場的作用下，對非磁性礦物與弱磁性礦物的進行分離。本文在研制YYDLS 磁選機的過程中，總結了現有立環脈動高梯度磁選機設計的成功經驗，對磁路進行了優化設計，研制的立環高梯度磁選機具有自主知識產權，技術性能處于領先地位（表1）。同時，立環高梯度磁選機實現了機電智能控制，大大提升了設備的選礦性能。

表1 YYDLS-3000 立環高梯度強磁磁選機主要技術參數

圖1 高效立環高梯度強磁磁選機結構

2 背景場強設計

背景磁場由一組線圈產生，包括線圈、磁軛、鐵芯等組件。根據磁選機的尺寸，采用ANSYS 有限元計算磁體和線圈中心部位的磁場分布。根據立環脈動高梯度磁選機磁體本身結構的對稱性，只需建立其1/4 結構模型就可以滿足計算要求。具體結構模型如圖2 所示，其中深紅色部分為鐵軛，淺藍色部分為鐵芯，粉紅色部分為環形內部磁極，中間部分為放入磁介質盒間隙，即轉環通過的部位。磁體的環形區域中心切面上磁場分布情況如圖3 所示，通過提取中心切面上每個節點上的磁場強度值，得到中心磁場強度在1.3 T 以上。而磁體內鐵軛、鐵芯及磁極上的磁場分布情況如圖4 所示。

圖2 三維實體模型

圖3 中心切面磁場

圖4 磁場分布

從計算結果可以看出，鐵芯及磁極上的磁場強度已接近所選用材料的磁飽和強度，尤其是鐵芯。如果要增大中心磁場強度，就會增大磁路上的磁阻，但可以適當增加鐵芯截面積并減小線圈截面。因此，在設計磁路時除了線圈的安匝數外，鐵芯截面積、線圈截面、材料的磁飽和強度都會影響中心磁場強度。在優化設計時，磁軛和鐵芯選用較高磁飽和強度的材料，而線圈采用長方形，中心平面與立環相切，磁軛與鐵芯有最短的磁回路，鐵芯截面積大，磁路的氣隙磁阻小、漏磁少，立環磁選區大，單個線圈所需安匝數小，磁路中產生的磁場最大。

后續研制了YYDLS-150、YYDLS-175、YYDLS-200、YYDLS-250、YYDLS-300、YYDLS350、YYDLS400 等系列立環高梯度強磁磁選機，均基于上述設計路線，結構科學，磁極氣隙中心強度理論計算可以達到1.5 T（15 000 GS）以上。

勵磁線圈由傳統的鋁管或銅管繞制，間接油冷改進為采用空心銅管繞制，匝與匝之間用環氧樹脂填充固定，自來水從管子的一端流入另一端流出，冷卻水貼著銅管內壁流動，帶走線圈產生的熱量。此外，水位、水溫均采用智能監控，具有先進的故障診斷和遠程控制系統，實現了設備的智能化運行控制。

3 磁路設計

立高梯度強磁磁選機的磁場是由磁性介質（如介質棒），在背景磁場中磁化后，其表面產生較高的梯度磁場，對進入磁選機的磁性細微顆粒物產生吸附作用，將其直接吸附在介質盒的表面。最后通過強大的水流將磁性細微顆粒物沖走，進入下面的精礦斗。高效立環高梯度強磁磁選機的介質棒進行了搓齒棒處理，搓齒后的介質棒表面凹凸起伏，形成了很多尖角，有利于磁力線的集中。采用ANSYS 有限元分析搓齒棒與圓柱棒的表面磁場差異。分析時為建模方便，將搓齒棒放在已知磁場強度為1.5 T 的均勻磁場中。磁矢量方向沿Y 軸，并垂直于搓齒棒。放入搓齒棒之后的磁場分布見圖5，加入圓形棒后磁場分布見圖6。

圖5 加入搓齒棒后磁場分布

圖6 加入圓形棒后磁場分布

對比圖5、圖6，搓齒后介質棒周圍的磁場強度明顯高于沒有搓齒的圓形介質棒周圍的磁場強度。搓齒后介質棒的最高磁場強度可達3.15 T（31 500 GS），而沒有搓齒的圓形介質棒的最高磁場只有2.58 T（25 800 GS）。搓齒后介質棒周圍的磁場強度明顯增加，且梯度db/dy 變化值也明顯增加；而沒有搓齒的圓形介質棒的磁場強度增加較小，且梯度db/dy 變化也不明顯。這是因為搓齒后介質棒的表面形成了凹凸狀，并產生很多的尖角，磁化后尖角附近磁力線聚集，使局部磁場增大。

其次是磁介質材料的影響，介質盒的導磁介質棒由原來的0Cr12 或1Cr15 導磁不銹鋼改為導磁性能更高的材料，大大提高了磁介質表面的磁場強度和磁場梯度，從而提高了磁介質對弱磁性物質的捕獲能力。導磁不銹鋼的磁飽和是11 000 GS，最高梯度也不超過16 000 GS，而高勵磁性能的材料磁飽和可達23 000 GS，最高梯度可達到32 000 GS 以上。

4 液位自動平衡控制系統

維持礦漿液面高度是使高頻振動充分發揮作用、保證良好分選效果的關鍵因素。礦漿液位的控制通過在液位箱設置液位傳感器監測，控制電磁閥自動補礦。當礦漿液位過低時，液位壓力傳感器給出信號，電磁閥自動啟動，開始補礦；液位達到設定時，電磁閥自動復位，停止補礦。當礦漿液位過高時，礦漿從液流管流入尾礦池的同時，液位傳感器給出信號，報警器報警提示操作人員處理；當給礦量有0～10%的波動時，磁選機可以靠本身的自我調節能力穩定液位。如果給礦量的波動很大，用戶應在給礦前面安裝恒壓箱，讓多余的礦漿回流到原礦池，保證磁選機給礦量的波動小于10%。礦漿液位長期維持在設定范圍，可以保證穩定的精礦品位和高回收率。

5 磁選機分選試驗

在高梯度磁選機中，礦物處在背景磁場與梯度磁場的疊加磁場之中，當不改變激磁電流，即不改變背景磁場的大小時，在能耗基本不變的前提下，對立環高梯度強磁磁選機的介質棒進行搓齒處理，使其表面形成凹凸不平，增加其周圍的磁場強度，能有效的提高礦物的回收率和生產效率。

試驗采用海南聯合礦業有限公司經過弱磁磁選后的尾礦，該樣品構成以赤鐵礦為主，此外還有少量的磁鐵礦和硫鐵礦，全鐵品位為42.67%。在其他磁選條件基本不變的前提下，采用搓齒棒與圓棒磁介質進行對比試驗，磁選試驗結果見表2。對搓齒棒與圓棒的精礦進行粒級分析，分析結果見表3、表4。

表2 搓齒棒與圓棒磁介質對比試驗結果 %

表3 圓棒介質精礦粒級分布

表4 搓齒棒介質精礦粒級分布

從上述試驗結果可以看出，對于細粒級的礦物，在不增加背景磁場強度的前提下，介質棒的表面經過搓齒處理，磁選介質就能更好地回收精礦。

6 結論

高效立環脈動高梯度磁選機磁路設計具有背景磁場大、介質梯度磁場大、自動化程度高的優點。YYDLS 系列立環高梯度強磁磁選機可用于對鐵礦石、褐鐵礦、黑鎢礦、錳礦、赤泥、長石、高嶺土等礦物質的純度提高。由于采用自動化控制電路、水位、水溫以及介質棒的搓齒工藝，大大提高了立環高梯度強磁磁選機工作效率，節能減排，是一種用于弱磁性礦物分選現階段的高效磁選設備。