曹麗英 劉文凱 汪建新 張 逸 任明明 孔令輝

（內蒙古科技大學機械工程學院，內蒙古包頭014010）

我國鐵礦資源儲量豐富，占全球鐵礦儲量的12.40%，但我國鐵礦資源多呈“貧、細、雜”等特點［1］，平均鐵品位較低，只有不到32%，比世界平均鐵品位低11%［2］，其中有大約97%的鐵礦石需要進行選礦處理，并且復雜難選的赤鐵礦石約占我國鐵礦石儲量的20.80%以上［3-5］，導致鐵礦石分選困難，分選品位低。近年來，隨著礦山的大規(guī)模開發(fā)，高品位鐵礦資源日益匱乏，為了保證鐵精礦的供應，部分礦山大力開發(fā)貧鐵礦，但分選品位較低。為了保證向冶煉廠提供高品位鐵精礦，同時實現(xiàn)企業(yè)效益最大化，對常規(guī)的磁選設備提出了更高的要求［6］。

磁選機作為重要的選礦設備，在國內選礦行業(yè)得到廣泛應用。目前，國內磁選機設備種類繁多，其中，永磁筒式磁選機是磁選工藝中應用最廣泛的一種磁選設備［7］。干式磁選機相比濕式磁選機發(fā)展較緩慢，在選礦品位上也和濕式磁選機相差較大。但干式磁選機結構簡單、生產成本低、運轉安全可靠。并且，相較于電磁磁選設備，永磁磁選不需要冷卻系統(tǒng)，具有操作維護方便、機體較輕、性能穩(wěn)定和節(jié)省能耗等優(yōu)點［8-10］。所以在我國干旱少雨，水資源匱乏的西北部地區(qū)，如能提高磁選機分選品位，干式永磁筒式磁選機將具有極為廣闊的發(fā)展前景。

內蒙古包頭市固陽縣地處我國西北部地區(qū)，該地區(qū)多為復雜難選的赤鐵礦石，原礦與精礦品位低，且在冬季受溫度的影響，無法進行濕式磁選，經濟效益低，在市場競爭中處于不利地位。面對以上問題，新設計了三級干式永磁筒式磁選機，該設備在傳統(tǒng)磁選機的基礎上加入了風的因素，提高了物料在分選腔內的松散度，并實現(xiàn)三級分選。多年來，人們對于磁選的研究工作大多側重于礦物的磁性強弱與磁場條件因素，并取得了不錯的研究成果，但對像滾筒轉速這類因素卻沒有足夠的重視。本次試驗主要研究該磁選機滾筒轉速、礦石粒度以及磁場排布順序對分選品位的影響，為下一步繼續(xù)深入探究該磁選機的性能提供技術參數(shù)。

1 試驗礦樣及方法

1.1 試 樣

試驗礦樣為包頭市固陽文圪氣選礦廠破碎后的鐵礦石，均勻選取原礦后晾曬，用篩網人工篩分到4 mm以下，取樣磨細后進行化學多元素分析，結果如表1所示。

由表1可知，試樣中TFe品位為13.51%，mFe品位為3.98%，含水量1.70%，SiO2含量為1.38%，屬于低品位鐵礦石。

1.2 試驗方法

試驗所用設備為三級筒式磁選機（圖1），磁滾筒尺寸為φ600×600 mm，磁系材料為釹鐵硼N35，磁包角為210°，磁系固定不動，導流板與磁滾筒表面為不銹鋼材料。在磁選作業(yè)時，物料通過料斗進入一級分選空間，并在磁滾筒上表面的切線方向受到風的作用進入分選腔內，磁性顆粒在分選腔內受磁場力的作用沿筒壁做圓周運動，運動到磁滾筒下表面時，磁場力減弱至消失，在磁滾筒離心力的作用下，一級精礦沿分料板進入精礦箱，未能分選出的磁性顆粒到下一級繼續(xù)分選。

該磁選機配套設備主要有電動機、變頻器、除塵器等。通過不同孔徑的篩網控制入選物料的粒度；風速通過人工控制閥門調節(jié)；通過變頻器調節(jié)電動機轉速實現(xiàn)磁滾筒轉速的設定，并由測速儀進行實際測量。每一組試驗都要統(tǒng)計記錄給礦量、出料量，磁選完成后對尾礦箱與精礦箱內物料進行稱重并取樣，以分析計算品位、回收率等指標。

2 試驗結果及分析

2.1 磁輥排布順序及滾筒轉速對磁選指標的影響

2.1.1 磁輥排布為高中低時不同轉速的干式磁選試驗

通過前期設備性能的檢測與實際工況要求，確定了轉速工作范圍。使用-4 mm的原礦物料進行干式磁選試驗，干式磁選機三級磁滾筒磁場強度由上到下依次為0.23 T、0.17 T、0.11 T。在風速為5 m/s，磁輥轉速分別為80、100、120、140、160 r/min的條件下進行磁選試驗，將三級精礦物料均勻混合并取樣分析，結果如表2所示。

由表2可知，在滾筒磁場強度按照高中低方式排布，風速為5 m/s時，隨著磁滾筒轉速升高，磁選精礦中TFe品位呈先升高后降低的趨勢，尾礦TFe品位先降低后升高。在滾筒轉速達到120 r/min時，磁選精礦TFe品位最高，為33.59%，而尾礦TFe品位最低，為10.24%。綜合考慮，確定磁輥高中低排布時滾筒最佳轉速為120 r/min。

2.1.2 磁輥排布為低中高時不同轉速的干式磁選試驗

將三級磁滾筒調換位置，使磁選機由上至下磁滾筒磁場強度分別為0.11 T、0.17 T、0.23 T。在風速為 5 m/s，磁輥轉速分別為80、100、120、140、160 r/min的條件下進行磁選試驗，結果如表3所示。

由表3可知，在滾筒磁場強度按低中高方式排布，風速為5 m/s時，隨著滾筒轉速的增加，磁選精礦中TFe品位逐漸升高，在滾筒轉速達到140 r/min時，經磁選后精礦中TFe品位最高可達29.92%，此時尾礦中TFe品位為11.32%，繼續(xù)增加滾筒轉速，精礦TFe品位降低，尾礦TFe品位升高。綜合考慮，確定磁輥低中高排布時滾筒最佳轉速為140 r/min。

結合表2、表3的結果分析可知，高中低磁場排布方式的精礦產率整體上要高于低中高磁場排布方式，而高中低排布方式的精礦TFe品位并沒有因為產率的增加而導致精礦TFe品位下降，反而要高于低中高排布方式的精礦TFe品位。相較于低中高磁場排布方式，高中低磁輥排布方式時，在一級分選腔內磁性粒子濃度相對較高，在高磁場的作用下，一級分選腔成為粒子最容易發(fā)生磁化的空間；磁團或磁鏈的產生是影響精礦品位的主要因素，在二、三級分選腔，磁團聚體在滾筒轉速、風速和自身重力的作用下，與筒壁、導流板的碰撞次數(shù)增多，能夠最有效地破壞磁團聚體，使更多的磁性粒子分選出來，因此分選指標更好。

對兩組試驗中精礦與尾礦的TFe品位數(shù)值進行繪圖分析，結果如圖2所示。

由圖2可知，無論是高中低還是低中高磁場排布，隨著滾筒轉速的提高，精礦中TFe品位都呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，精礦TFe品位達到最大值以后，繼續(xù)增加滾筒轉速，精礦TFe品位逐漸下降，尾礦TFe品位升高。由于原礦物料品位低，夾雜的石英、蛭石和泥沙等復雜脈石較多，在分選過程中，顆粒在分選腔內受到磁場作用，發(fā)生磁化的顆粒與其它脈石顆粒相互作用產生磁團聚現(xiàn)象，因磁團聚夾裹的脈石礦物增多導致精礦TFe品位偏低。隨著磁滾筒轉速的提高，離心力變大，能夠有效地增加磁團聚體和導流板、滾筒表面的碰撞次數(shù)，破壞磁團聚體的形成；同時，提高轉速使粒子進入分選腔內的初速度增加，粒子更加活躍，在分選腔內的碰撞現(xiàn)象加劇，外層磁性粒子參與分選的數(shù)量增多。但是，當滾筒轉速過大時，粒子受到的離心力等外力大于磁場力，導致部分磁性粒子不易吸附，尾礦TFe品位升高，所以在保證磁團聚現(xiàn)象不明顯的前提下，適當提高磁場強度和轉速，將有利于提高分選指標。

2.2 入料粒度對干式永磁磁選產品指標的影響

采用不同孔徑大小的篩網將原礦物料人工篩分為-4 mm、-2 mm、-1 mm 3種粒級。干式磁選機三級磁滾筒磁場強度由上到下依次為0.23 T、0.17 T、0.11 T，在風速為5 m/s，磁輥轉速120 r/min的條件下進行磁選試驗，結果如表4所示。

由表4可知，隨著入料粒度的減小，磁選精礦中TFe品位呈升高趨勢，在入料粒度-1 mm時，精礦TFe品位最高可達35.40%，比相同條件下-4 mm物料的精礦TFe品位提高約2%，但其回收率和產率卻較低，且尾礦中TFe品位也較高。

由于原礦物料脈石夾雜嚴重，當入選粒度降低，就會剔除更多的脈石顆粒，提高精礦中TFe品位，而且降低原礦粒度能夠增加磁滾筒的使用壽命。試驗中磁選機入料口通風是為了提高物料在選腔內的松散度，使磁性顆粒能夠充分參與磁選，但對于小顆粒，風量過大會增加顆粒進入分選腔內的初速度，使一些物料受到大于磁場力的作用，快速地通過分選腔，不能完全參與分選，導致尾礦TFe品位升高，因此最佳入料粒度的確定需要結合風速的大小?？紤]到在實際生產中精礦回收率以及降低粒度在磁選過程中的粉塵問題，確定此風速條件下最佳入料粒度為-2 mm。

3 結論

（1）文圪氣選廠鐵礦石TFe品位為13.51%，在風速為5 m/s的條件下，磁輥高中低排布時滾筒最佳轉速為120 r/min，磁輥低中高排布時滾筒最佳轉速為140 r/min；磁滾筒磁場排布為高中低時，分選效果要優(yōu)于低中高的磁場排布，此時精礦的產率和TFe品位指標更優(yōu)。

（2）對該新型永磁干式磁選機，較好的工作參數(shù)為滾筒磁場強度由上至下排布為0.23 T、0.17 T、0.11 T，轉速為120 r/min，-2 mm的入料粒度，此時能夠獲得精礦TFe品位34.62%、尾礦品位10.95%。

（3）通過試驗結果可以推斷滾筒轉速與滾筒磁場強度、風速與原礦粒度之間存在交互作用，為下一步繼續(xù)深入探究磁選機性能提供了研究方向。