王豐雨 譚世國(guó) 趙 明 鄧清華

(1.廣州有色金屬研究院，廣東廣州510651;2.廣州粵有研礦物資源科技有限公司，廣東廣州510651;3.攀鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司，四川攀枝花617000)

中國(guó)的鈦資源儲(chǔ)量約占世界鈦儲(chǔ)量的48%，開(kāi)采儲(chǔ)量居世界之首，占世界的64%左右。我國(guó)鈦鐵礦巖礦主要以釩鈦磁鐵礦為主，分布廣泛，其中攀西地區(qū)鈦鐵礦資源儲(chǔ)量位居全國(guó)之首。攀西釩鈦磁鐵礦資源難采難選，開(kāi)發(fā)利用存在一定困難。攀鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司密地選鈦廠(簡(jiǎn)稱選鈦廠)是攀西地區(qū)鈦資源綜合利用的主要原料生產(chǎn)廠，是全國(guó)最大的鈦精礦供應(yīng)基地。為了提高原生鈦鐵礦回收利用水平，通過(guò)與多家科研院所的聯(lián)合攻關(guān)，突破了鈦鐵礦回收的國(guó)內(nèi)外技術(shù)難題。強(qiáng)磁選—浮選工藝技術(shù)取得了成功，但在生產(chǎn)過(guò)程中選別設(shè)備尤其是磁選設(shè)備的選擇與應(yīng)用還存在一些問(wèn)題。廣州有色金屬研究院研制開(kāi)發(fā)了一種新型水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)，通過(guò)獨(dú)特的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，有效地解決了選鈦廠磁選設(shè)備存在的問(wèn)題，提升了分選指標(biāo)。

1 選鈦廠磁選設(shè)備存在的問(wèn)題

攀鋼密地選鈦廠每年從選礦廠處理選鐵尾礦720萬(wàn)t左右，主要回收的礦物為選鐵尾礦中的鈦鐵礦，原料中TiO2品位在10%左右，鈦精礦輸出要求TiO2品位大于47%。選鈦廠所用鈦鐵礦為原生鈦鐵礦，脈石礦物主要有鈦磁鐵礦、磁鐵礦、鈦輝石、角閃石、黃鐵礦、磁黃鐵礦等。選鈦廠于2008年進(jìn)行了擴(kuò)能改造，根據(jù)鈦鐵礦與其他礦物密度、磁性、導(dǎo)電性和可浮性的差異，選鈦廠按照原料的特性，將微細(xì)粒礦物的磁選工藝流程由一段強(qiáng)磁選改為兩段強(qiáng)磁選(1粗1精)，每一段又包括1粗1掃。

磁選作為工藝流程中的重要組成部分，承擔(dān)著為浮選提供合格入選原料的責(zé)任。選鈦廠采用強(qiáng)磁選工藝系統(tǒng)后鈦的回收率增加，產(chǎn)量增長(zhǎng)，現(xiàn)已達(dá)到年產(chǎn)鈦精礦52萬(wàn)t的生產(chǎn)規(guī)模。目前，選鈦廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用的強(qiáng)磁選設(shè)備全部為垂直磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)，該類(lèi)磁選機(jī)選別指標(biāo)較好，處理量大，但也普遍存在磁介質(zhì)堵塞現(xiàn)象。磁介質(zhì)堵塞后，需要停機(jī)更換，不僅影響設(shè)備的作業(yè)率，降低產(chǎn)量，還會(huì)增加檢修維護(hù)成本，從而影響經(jīng)濟(jì)效益。另外，垂直磁系磁選機(jī)下磁極長(zhǎng)期浸泡在礦漿中，易造成磁極的腐蝕，同時(shí)給礦對(duì)上磁極的沖刷也易造成磁極的磨損。為此，有必要研究、開(kāi)發(fā)出新型的強(qiáng)磁選設(shè)備，解決磁系腐蝕、磨損和介質(zhì)堵塞問(wèn)題［1-3］。

廣州有色金屬研究院針對(duì)垂直磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)的不足，開(kāi)發(fā)了SSS－Ⅱ型水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)，并在攀鋼選鈦廠進(jìn)行了應(yīng)用，取得了良好的技術(shù)指標(biāo)和明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

2 SSS－Ⅱ水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)的研制

2.1 分選原理

SSS－Ⅱ型水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。其分選過(guò)程是礦漿由給礦管3均勻地進(jìn)入分選空間，分選環(huán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，磁性礦物顆粒被吸附在直排介質(zhì)11表面上，由于磁性極弱和非磁性顆粒受到的磁場(chǎng)力極小，不能被聚磁介質(zhì)吸住而進(jìn)入尾礦斗8，吸附在聚磁介質(zhì)表面上的顆粒群隨分選環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，在脈沖機(jī)構(gòu)的作用下，一些磁性較弱的顆粒和連生體就會(huì)脫離聚磁介質(zhì)表面進(jìn)入尾礦斗8，而磁性較強(qiáng)的顆粒群被牢固吸在聚磁介質(zhì)表面上繼續(xù)隨分選環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，逐漸脫離磁場(chǎng)，進(jìn)入磁性產(chǎn)品卸礦區(qū)，在水氣卸礦裝置4的作用下，磁性物被沖洗進(jìn)精礦斗5中，成為磁性產(chǎn)品，從而使磁性不同的顆粒群得到有效的分離［4-6］。

2.2 技術(shù)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

(1)水平磁系結(jié)構(gòu)。SSS－Ⅱ型水平磁場(chǎng)高梯度強(qiáng)磁選機(jī)磁系在分選空間產(chǎn)生水平磁力線，脈沖裝置能使礦漿產(chǎn)生與磁力線相垂直的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。SSS－Ⅱ型水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)為大敞面，底部無(wú)阻擋結(jié)構(gòu)，機(jī)器的跳閘、磁介質(zhì)盒的松動(dòng)、壓緊螺栓的掉落等均不會(huì)影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)設(shè)備的磁系部分不與礦漿接觸，可以避免礦漿中具有腐蝕性的物質(zhì)對(duì)磁系部分造成損壞。如圖2所示，礦漿由礦槽給入，靠近外圍的磁系部分不會(huì)與礦漿接觸。

圖1 SSS－Ⅱ型水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of SSS-Ⅱtype horizontalmagnetic field high gradientmagnetic separator

圖2 水平磁系結(jié)構(gòu)Fig.2 Schematic of horizontalmagnetic unit

(2)高效的氣水卸礦裝置。SSS－Ⅱ型水平磁場(chǎng)高梯度強(qiáng)磁選機(jī)采用氣水聯(lián)合卸礦設(shè)計(jì)。在一定水量下，增強(qiáng)了氣流沖刷力，提高了卸礦效率;同時(shí)可節(jié)約用水，提高磁介質(zhì)盒洗凈率和精礦濃度，利于磁介質(zhì)盒下一個(gè)循環(huán)磁性礦物的吸附;而且也提高了產(chǎn)品回收率和減輕了浮選作業(yè)對(duì)礦漿濃度要求的壓力。氣水卸礦裝置的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 氣水聯(lián)合卸礦裝置Fig.3 Discharging device by combination of air and water

(3)多梯度直排介質(zhì)。高梯度磁選機(jī)與一般強(qiáng)磁選機(jī)相比，其特點(diǎn)是其聚磁介質(zhì)能產(chǎn)生比一般強(qiáng)磁機(jī)高10～100倍有時(shí)甚至到幾千倍的磁場(chǎng)梯度，所以聚磁介質(zhì)是影響磁選的重要因素之一。SSS－Ⅱ型水平磁場(chǎng)高梯度強(qiáng)磁選機(jī)磁力線的走向?yàn)樗絺鲗?dǎo)，磁性礦物的主要聚集區(qū)在圓柱形介質(zhì)棒的左右表面。沖洗水流及氣流自上而下對(duì)介質(zhì)進(jìn)行沖洗，水路通暢，流速較快，左右表面的磁性礦物較容易被沖洗下來(lái)，磁介質(zhì)盒不容易堵塞。直排介質(zhì)作用示意見(jiàn)圖4。

圖4 直排介質(zhì)示意Fig.4 Schematic ofmagnetic medium arranged in form ofmatrix

2.3 SSS－Ⅱ水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

(1)提高精礦產(chǎn)品回收率。根據(jù)高梯度磁捕集理論，當(dāng)磁力比總競(jìng)爭(zhēng)力大時(shí)，即可使磁性顆粒與非磁性顆粒分離，這里總競(jìng)爭(zhēng)力主要有流體動(dòng)力和重力。在濕式脈動(dòng)高梯度磁選過(guò)程中，物料顆粒直徑大約在1～1 000μm之間，分選過(guò)程中脈動(dòng)流體力遠(yuǎn)大于重力，因此可忽略重力，在外磁場(chǎng)、礦漿流速、礦漿濃度、礦物磁性顆粒磁化強(qiáng)度、介質(zhì)磁特性參數(shù)相同的條件下，決定磁性顆粒與非磁性顆粒分離的因素就是磁力和脈動(dòng)流體動(dòng)力。由于磁系結(jié)構(gòu)的不同，SSS－Ⅱ型水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)的脈動(dòng)產(chǎn)生的礦漿液面波動(dòng)柔和，在磁介質(zhì)棒兩側(cè)礦漿流為層流，從而既達(dá)到了沖刷磁介質(zhì)棒兩側(cè)夾雜的連生體和脈石，又不至于使磁性礦物損失。而垂直磁系高梯度磁選機(jī)由于下磁系排礦縫隙較小，脈動(dòng)產(chǎn)生的礦漿液面波動(dòng)被放大，礦漿劇烈沖擊磁介質(zhì)棒，在磁介質(zhì)棒上下礦漿流為高速紊流，吸附在磁介質(zhì)上的部分磁性顆粒的脈動(dòng)流體動(dòng)力遠(yuǎn)大于磁力，造成磁性顆?；厥章蕮p失較大，且隨著顆粒細(xì)度的減小，顆粒所受磁力更小，相對(duì)加大了脈動(dòng)流體動(dòng)力效應(yīng)，使微細(xì)粒磁性顆粒損失較大。因此兩種高梯度磁選機(jī)磁捕集率的差異較大，SSS－Ⅱ型高梯度磁選機(jī)的磁性顆粒捕集力更強(qiáng)，設(shè)備對(duì)磁性礦物的回收率更高。

(2)提高精礦品位。SSS－Ⅱ型水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)工作原理是磁力線方向?yàn)樗讲⒑兔}沖產(chǎn)生的礦漿往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向相垂直(見(jiàn)圖5)，吸附在磁介質(zhì)表面上的顆粒群只存在沿磁力線方向一致的一側(cè)，此時(shí)，由于礦漿往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的流體力方向與磁介質(zhì)表面顆粒群聚集的一側(cè)相切，礦漿穿過(guò)顆粒群內(nèi)部，對(duì)其進(jìn)行剪切和清洗，使夾雜在顆粒群中的非磁性物和磁性較弱的連生體顆粒被清洗出來(lái)，從而大幅度提高分選效果。垂直磁系高梯度磁選機(jī)的礦漿往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的流體力正面壓或拉顆粒群，由于顆粒群前面或后面有介質(zhì)的存在，阻礙了礦漿對(duì)磁介質(zhì)棒的沖刷，且高速紊流不利于顆粒群的疏散，使顆粒群中夾雜的非磁性物和磁性較弱的連生體不能有效地被清洗出來(lái)。

圖5 磁介質(zhì)吸附及卸礦Fig.5 Schematic ofmagneticmedium adsorption and discharging m agnetic particles

(3)磁介質(zhì)自清潔能力。在SSS－Ⅱ型水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)的給礦中存在強(qiáng)磁性顆粒(磁鐵礦和破碎及磨礦產(chǎn)生鐵屑)，這些顆粒在被吸附時(shí)處于磁介質(zhì)兩側(cè)，在卸礦時(shí)由于平行矩陣式的磁介質(zhì)排布，加上垂直于這些顆粒的水氣沖洗，這些顆粒大部分被沖入精礦槽中，只有極少數(shù)被吸附到磁介質(zhì)下沿，在下次進(jìn)入磁場(chǎng)中后其又被吸附在磁介質(zhì)兩側(cè)，這樣就不容易形成固定的結(jié)塊，達(dá)到自清潔。SSS－Ⅱ型水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)的介質(zhì)結(jié)構(gòu)及吸附—沖洗過(guò)程示意見(jiàn)圖6。

圖6 介質(zhì)吸附—沖洗—再吸附過(guò)程Fig.6 Schematic ofmagnetic medium adsorption-flushing-adsorption process

(4)對(duì)原礦品位波動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)。由于SSS－Ⅱ型水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)采用粗細(xì)磁介質(zhì)組合搭配，在一定的背景磁場(chǎng)作用下，磁介質(zhì)產(chǎn)生的磁場(chǎng)力按礦漿流動(dòng)方向由弱到強(qiáng)變化，使給礦中弱磁性礦物細(xì)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度不同的各種顆粒群，按磁性由強(qiáng)到弱進(jìn)行磁吸附，實(shí)現(xiàn)分粒級(jí)分選，從而達(dá)到消除磁性產(chǎn)品的磁包裹、磁夾雜的目的，達(dá)到對(duì)原礦品位波動(dòng)較大的情況下，提高精礦品位，增加回收率。

(5)運(yùn)轉(zhuǎn)率高，檢修快捷。SSS－Ⅱ型水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)為大敞面，底部無(wú)阻擋結(jié)構(gòu)，機(jī)器磁介質(zhì)盒的松動(dòng)、壓緊螺栓的掉落等均不會(huì)影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，由于其新的結(jié)構(gòu)，使得在對(duì)轉(zhuǎn)環(huán)起吊維修時(shí)，只需卸掉給礦管和精礦斗，就能快速起吊維修，檢修更快捷。

3 SSS－Ⅱ水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)的應(yīng)用

SSS－Ⅱ－2000水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)于2012年9月11日在攀鋼密地選鈦廠微細(xì)粒礦磁選車(chē)間安裝完成并正常開(kāi)機(jī)生產(chǎn)。在設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，進(jìn)行相應(yīng)條件試驗(yàn)，當(dāng)干礦處理量為50～55 t/h、礦漿濃度28.9%～32.6%時(shí)確定設(shè)備的最佳運(yùn)行條件為激磁電流700 A、轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)速3 r/min、脈動(dòng)沖程21 mm、脈動(dòng)沖次270次/min。在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)1個(gè)月后再進(jìn)行取樣考查，連續(xù)6 d，每天2套樣，合計(jì)12套樣。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 攀鋼密地選鈦廠連續(xù)試驗(yàn)考查結(jié)果Table1 Continuous testing data of M idi titanium p lant %

由表1結(jié)果可知:SSS－Ⅱ水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)連續(xù)考察所取得的綜合平均指標(biāo)為原礦TiO2品位9.39%，獲得精礦TiO2品位20.24%，尾礦TiO2品位5.01%，精礦TiO2回收率61.95%。SSS－Ⅱ－2000水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)回收鈦鐵礦效果比較理想，符合現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)指標(biāo)要求。

鑒于該新型磁選設(shè)備需達(dá)到或超過(guò)現(xiàn)場(chǎng)磁選設(shè)備的選別指標(biāo)，現(xiàn)場(chǎng)選取了一段磁選粗選3號(hào)垂直磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)作為對(duì)比設(shè)備(經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)考查，3號(hào)設(shè)備新更換激磁線圈、電控柜，生產(chǎn)指標(biāo)相對(duì)最好)，并在對(duì)比考查前將3號(hào)磁選機(jī)更換磁介質(zhì)。為了增強(qiáng)設(shè)備間可比性，SSS－Ⅱ－2000水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)連續(xù)運(yùn)行3個(gè)月后方進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

現(xiàn)場(chǎng)3號(hào)垂直磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)的最佳設(shè)備操作條件:轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)速3 r/min，脈動(dòng)沖程14 mm，脈動(dòng)沖次270次/min，激磁電流900 A。SSS－Ⅱ－2000水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比磁選機(jī)均選取各自的最佳操作條件進(jìn)行連續(xù)對(duì)比考查試驗(yàn)，每天3班分別取樣4次，再將每天的12個(gè)樣品取平均數(shù)，連續(xù)取樣6 d，得到的考查數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

由表2結(jié)果可知:連續(xù)考查取得的綜合平均指標(biāo)為SSS－Ⅱ－2000水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)原礦TiO2品位9.23%，精礦TiO2品位22.38%，尾礦TiO2品位5.41%，精礦回收率58.01%;現(xiàn)場(chǎng)垂直磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)對(duì)綜合平均指標(biāo)為原礦TiO2品位9.26%，精礦TiO2品位20.80%，尾礦TiO2品位5.70%，精礦回收率52.93%。相對(duì)于垂直磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)，SSS－Ⅱ型水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)得到的精礦品位和回收率更高，技術(shù)指標(biāo)具有優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)論

(1)由于SSS－Ⅱ水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)采用特殊設(shè)計(jì)使礦漿不直接接觸磁系，解決了垂直磁場(chǎng)磁系腐蝕及給礦沖刷磨損的現(xiàn)象，增加了磁系的使用壽命。

(2)SSS－Ⅱ水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)自2012年9月開(kāi)始連續(xù)使用15個(gè)月，未出現(xiàn)介質(zhì)堵塞的現(xiàn)象，而現(xiàn)場(chǎng)同流程使用的垂直磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)的介質(zhì)使用壽命只有3個(gè)月，因此SSS－Ⅱ水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)開(kāi)機(jī)率大大增加，并有效地降低了更換介質(zhì)的成本。

(3)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)考察的結(jié)果可以看出，在相同的給礦條件下，SSS－Ⅱ磁選機(jī)比垂直磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)選別的精礦品位高1.58個(gè)百分點(diǎn)，尾礦低0.29個(gè)百分點(diǎn)，精礦回收率高5.08個(gè)百分點(diǎn)。水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)能夠有效地提高精礦的品位及回收率，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

表2 SSS－Ⅱ－2000水平磁場(chǎng)高梯度磁選機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)垂直磁場(chǎng)磁選機(jī)對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table2 Comparative test data of SSS-Ⅱ-2000 horizontalmagnetic field high gradientmagnetic separator w ith on-site verticlmagneticfield magnetic separator %

［1］ 周建國(guó).回收微細(xì)粒級(jí)鈦鐵礦途徑的探討［J］.四川有色金屬，1996(1):27-30.

Zhou Jianguo.Exploreways to recyclemicro-fine particles of ilmenite［J］.Sichuan Nonferrous Metals，1996(1):27-30.

［2］ 謝澤君，伍娟娟，張國(guó)平.攀鋼密地選鈦廠細(xì)粒級(jí)鈦鐵礦回收工藝的研究與實(shí)踐［J］.四川有色金屬，2003(1):42-45.

Xie Zejun，Wu Juanjuan，Zhang Guoping.Research and practice of technology for recovery of fine-grained ilmenite in Midi titanium concentrator of PZH iron steel company［J］.Sichuan Nonferrous Metals，2003(1):42-45.

［3］ 周建國(guó)，王洪彬，曾禮國(guó).攀枝花微細(xì)粒級(jí)鈦鐵礦的回收［J］.廣東有色金屬學(xué)報(bào)，2006(3):1-5.

Zhou Jianguo，Wang Hongbin，Zeng Liguo.The recovery of the fine particle ilmenite in Panzhihua［J］.Journal of Guangdong Non-Ferrous Metals，2006(3):1-5.

［4］ 湯玉和.SSS－Ⅱ濕式雙頻脈沖雙立環(huán)高梯度磁選機(jī)的研制［J］.金屬礦山，2004(3):37-39.

Tang Yuhe.Developmentof SSS-Ⅱwet type double frequency pulsation double vertical ring high gradientmagnetic separator［J］.Metal Mine，2004(3):37-39.

［5］ 趙 明，何健全，許麗敏.SSS－Ⅱ型立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)磁介質(zhì)棒排布方式的研究［J］.礦山機(jī)械，2009，37(19):97-99.

Zhao Ming，He Jianquan，Xu Limin.SSS-Ⅱtype vertical ring pulsating high gradientmagnetic separatormagneticmedia studies rodsarranged in the way［J］.Mining＆Processing Equipment，2009，37 (19):97-99.

［6］ 楊 龍，張 軍，湯玉和.水平磁系高梯度磁選機(jī)在梅山鐵選廠的應(yīng)用［J］.金屬礦山，2009(7):86-89.

Yang Long，Zhang Jun，Tang Yuhe.Application of the high gradient magnetic separator with horizontal magnet system in Meishan iron concentrator［J］.Metal Mine，2009(7):86-89.