陳廣振 金 鎮(zhèn) 王培信 姜呈陽 王 皓
(遼寧科技大學礦業(yè)工程學院)
磁選環(huán)柱是遼寧科技大學研制的一種新型磁選設備。該設備不僅吸收了磁選柱分選精度高的優(yōu)點,還克服了磁選柱對給礦粒度要求嚴格、耗水量偏大等不足,同時突破了磁選柱僅適用于磁鐵礦石精選作業(yè)的局限性,將應用范圍擴大到了粗選作業(yè)。
但在實踐中發(fā)現,磁選環(huán)柱應用于磁鐵礦石粗選作業(yè)時,還存在尾礦品位比磁選機高約1個百分點的問題。為了解決這一問題,遼寧科技大學對磁選環(huán)柱進行了結構改進研究。
磁選環(huán)柱主要由采用中心給礦方式的給礦斗、分選筒、溢流管、勵磁線圈、尾礦筒、精礦排礦管、尾礦排礦管、精選腔及其給水管、電控裝置等構成。其中,尾礦筒以其上邊緣為界,將分選筒分為上下兩個區(qū)域,上部為粗選區(qū),下部為精選區(qū)[1-2]。經過現場考察和分析,發(fā)現造成磁選環(huán)柱粗選尾礦品位偏高的主要原因在于以下兩方面:
(1)磁選環(huán)柱磁場對磁性顆粒的作用主要集中在磁極頭附近,其余空間磁場力作用深度不足,存在磁場力作用薄弱和空白區(qū),致使一部分磁性顆粒因所受磁力太小而流失到尾礦中。
(2)磁選環(huán)柱中心附近是磁場力作用最薄弱的區(qū)域,采用中心給礦方式易導致部分磁性顆粒直接進入到尾礦中。
針對上述造成磁選環(huán)柱粗選尾礦品位偏高的原因,決定采取兩方面措施對磁選環(huán)柱進行結構改進:一是在粗選區(qū)增設筒狀聚磁篩網,二是將給礦方式改為周邊給礦。
聚磁篩網的增設是磁選環(huán)柱結構改進的主要措施。聚磁篩網采用導磁材料制成,其篩絲的最佳直徑及間距通過試驗確定,其下端連接在尾礦筒外邊緣精選腔內。增設聚磁篩網的磁選環(huán)柱如圖1所示。
圖1 改進后的磁選環(huán)柱
聚磁篩網與磁選環(huán)柱磁系在粗選區(qū)空間內構成閉合磁路,在設備工作時可將粗選區(qū)分散的磁力線聚集在聚磁篩網上,使大部分磁力線處于篩網和磁系之間,從而提高粗選區(qū)的磁場強度和磁場梯度,阻止原本可能損失的磁性顆粒進入尾礦筒。具體而言,增設聚磁篩網可以阻止兩部分磁性顆粒進入尾礦:一部分是粗選區(qū)由上向下運動的磁性顆粒,另一部分是已進入精選區(qū)而被上升水流沖出的細粒磁性顆粒。由于這兩部分磁性顆粒損失的減少,尾礦品位將得以降低,精礦回收率將得以提高。
將給礦方式由中心給礦改為周邊給礦,可以使物料先給入聚磁篩網和分選筒壁之間的分選區(qū),從而降低磁性顆粒直接進入尾礦筒的概率。改進后的給礦方式如圖1所示。
在粗選區(qū),磁性顆?;虼沛溗艿拇艌隽σ詮较虼艌隽橹鳌⑤S向磁場力為輔,兩者的合力指向分選筒內壁。磁性顆?;虼沛溤诖艌隽Α⒂行е亓蜕仙鲃恿Φ穆摵献饔孟孪蚍诌x筒筒壁和聚磁篩網運動,然后向下進入精選環(huán)腔;非磁性顆粒在有效重力和上升水流動力的聯合作用下旋轉向下,穿過聚磁篩網進入尾礦筒成為尾礦[3]。
在精選區(qū),磁性顆?;虼沛溊^續(xù)受到磁場力、有效重力和上升水流動力的聯合作用,非磁性顆粒繼續(xù)受到有效重力和上升水流動力的聯合作用。當它們體積相同時,磁性顆粒或以其為主的磁鏈的沉降速度最大,連生體礦?;蛞云錇橹鞯拇沛湹某两邓俣却沃?,脈石的沉降速度最小,此時只要適當控制磁場強度和上升水流速度就可將它們分開。所以,循環(huán)下移的磁場力和旋轉上升的水流動力是對選別起主要作用的兩種力。磁場力所起的主要作用是創(chuàng)造使磁鏈反復分散—團聚—分散的條件,同時作用于磁鏈使其逐漸下行,磁鏈在下行過程中逐漸得到純化,最后選別出高品位的精礦;旋轉上升的水流動力所起的主要作用是從反復分散—團聚—分散的磁鏈中分離出脈石和貧連生體并將它們帶入尾礦筒[4]。
綜上所述,磁場力和旋轉上升的水流動力的有效配合為磁選環(huán)柱獲得高品位的鐵精礦創(chuàng)造了條件,而通過聚磁篩網產生足夠的磁場力及采用周邊給礦以降低磁性顆粒直接進入尾礦的概率則為減少磁選環(huán)柱的金屬損失提供了保障。
圖2繪出了改進后磁選環(huán)柱在分選過程中的礦漿流態(tài)[5]。如圖所示,礦漿由周邊給礦斗均勻給入粗選區(qū),給礦位置介于聚磁篩網與分選筒內壁之間。磁性顆粒和連生體形成的磁鏈沿著分選筒壁或聚磁篩網向下運動;非磁性顆粒在水流動力的作用下穿過聚磁篩網進入尾礦筒成為尾礦。磁性顆粒磁鏈進入精選區(qū)后繼續(xù)向下沉降,并在此過程中經過多次分散—團聚—分散的淘洗,最終成為高品位精礦,從分選筒底部的精礦排礦管排出;從磁鏈中淘洗出的非磁性顆粒以及貧連生體在上升水流的作用下上升進入尾礦筒,然后與粗選區(qū)尾礦一起從尾礦排礦管排出成為最終尾礦。
為了檢驗改進后的磁選環(huán)柱是否能夠很好地解決粗選尾礦品位偏高的問題,采用鞍鋼大孤山鐵礦選礦廠原礦進行了實驗室試驗,并與未改進的磁選環(huán)柱進行了對比。
大孤山鐵礦石有用礦物主要為磁鐵礦,脈石礦物主要為石英,是典型的磁鐵礦石。磁鐵礦多為他形-半自形晶,部分為自形晶,且自形晶磁鐵礦多呈包裹體產出。礦石鐵品位低,鐵礦物嵌布粒度細,相對難選[6]。
圖2 改進后磁選環(huán)柱的礦漿流態(tài)
試驗礦樣取自大孤山鐵礦選礦廠一次分級溢流,其鐵品位為35.68%,粒度組成見表1。
表1 試樣粒度分析結果
在對比試驗之前,首先需要確定磁選環(huán)柱的操作參數。
實驗室條件下,磁選環(huán)柱可以調整的操作參數包括勵磁線圈電流強度、勵磁線圈勵磁周期、上升水流速度和給礦濃度。由于勵磁線圈電流強度和上升水流速度對磁選環(huán)柱的選別指標影響顯著,因此本試驗著重對勵磁線圈電流強度和上升水流速度進行了選擇,勵磁線圈勵磁周期、給礦濃度則根據以往經驗分別定為2.4 s、35%。
圖3 試驗裝置
4.3.1 勵磁線圈電流強度的選擇
在給礦量為200 g、給礦濃度為35%、勵磁線圈勵磁周期為2.4 s、上升水流速度為3.3 cm/s的條件下,改變勵磁線圈電流強度用改進后的磁選環(huán)柱進行粗選試驗,得出改進后磁選環(huán)柱尾礦品位、精礦品位和精礦回收率與勵磁線圈電流強度的關系曲線如圖4、圖5所示。
圖4 尾礦品位與勵磁線圈電流強度關系曲線
圖5 精礦指標與勵磁線圈電流強度關系曲線
由圖4、圖5可以看出,隨著勵磁線圈電流強度的提高,尾礦品位逐漸下降,精礦品位快速上升后略有下降,精礦回收率快速上升后趨于平穩(wěn)。根據試驗結果,綜合考慮尾礦品位、精礦回收率、精礦品位及能耗問題,選擇勵磁線圈電流強度為3.0 A。
4.3.2 上升水流速度的選擇
在給礦量為200 g、給礦濃度為35%、勵磁線圈勵磁周期為2.4 s、勵磁線圈電流強度為3.0 A的條件下,改變上升水流速度用改進后的磁選環(huán)柱進行粗選試驗,得出改進后磁選環(huán)柱尾礦品位、精礦品位和精礦回收率與上升水流速度的關系曲線如圖6、圖7所示。
圖6 尾礦品位與上升水流速度關系曲線
圖7 精礦指標與上升水流速度關系曲線
由圖6、圖7可以看出,隨著上升水流速度的增大,尾礦品位先緩慢上升后快速上升,精礦品位先上升后下降,精礦回收率不斷下降。根據試驗結果,綜合考慮尾礦品位、精礦回收率和精礦品位的變化趨勢及節(jié)水問題,選擇上升水流速度為2.7 cm/s。
在給礦量為1 kg、給礦濃度為35%、勵磁線圈勵磁周期為2.4 s、勵磁線圈電流強度為3.0 A、上升水流速度為2.7 cm/s的條件下,分別采用改進前的磁選環(huán)柱和改進后的磁選環(huán)柱進行粗選試驗,試驗結果見表2。
由表2可以看到,改進后磁選環(huán)柱與改進前磁選環(huán)柱相比,在精礦品位基本相同的情況下,尾礦品位降低了2.03個百分點,精礦回收率提高了2.75個百分點,證明磁選環(huán)柱增設聚磁篩網和改用周邊給礦方式是合理的,有利于該設備選別精度的提高。
表2 改進前后磁選環(huán)柱粗選結果對比 %
(1)在磁選環(huán)柱粗選區(qū)增設聚磁篩網可以提高粗選區(qū)的磁場作用力,減少磁性顆粒在尾礦中的損失。
(2)將磁選環(huán)柱的給礦方式由中心給礦改為周邊給礦可避免有些磁性顆粒直接進入尾礦筒,這從另一個方面為提高磁選環(huán)柱的回收率創(chuàng)造了有利條件。
(3)實驗室試驗表明,采取以上兩項改進措施后,磁選環(huán)柱在對大孤山鐵礦石進行粗選時,尾礦品位可降低2.03個百分點,精礦回收率可提高2.75個百分點。
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