干式振动高梯度磁选机的分选机理与试验研究_许金越.pdf

Series No.560February 2023 金 属 矿 山METAL MINE 总 第560 期2023 年第 2 期收稿日期 2022-04-28作者简介 许金越(1984),男,高级工程师,博士。通信作者 王伊琳(1990),女,实验师,硕士。干式振动高梯度磁选机的分选机理与试验研究许金越1,2 王伊琳3 宋少先1(1.武汉理工大学资源与环境工程学院,湖北 武汉 430070;2.赣州金环磁选科技装备股份有限公司,江西 赣州 341000;3.武汉理工大学自动化学院,湖北 武汉 430070)摘 要 针对当前干式高梯度磁选机存在磁场磁场力小、对细粒弱磁性矿物分选选择性差、物料易聚团堵塞磁介质及分选通道等缺点,研制了一种新型干式振动高梯度磁选机(简称 DVS 磁选机)。首先,利用 COMSOL Multiphys-ics 模拟仿真软件,对垂直均匀磁场中做简谐振动的磁介质磁场特性及分选腔内的流场特性进行模拟仿真分析。然后,在垂直均匀磁场-简谐振动力复合力场中,建立了磁介质的动态捕获模型,对其动态捕获过程中的矿粒受力进行分析,推导出在不同位置磁性矿粒被有效捕获所需的最小磁场力公式。最后,应用该磁选机对安徽某铁品位30.68%、粒度-0.074 mm 占 47.01%的镜铁矿石进行预选试验。选择磁感应强度 0.6 T、磁介质振动次数 2 200 次/min,1 次分选获得了产率 59.12%、铁品位 45.28%和回收率 87.67%的铁精矿,尾矿铁品位仅 9.21%,选矿效率达到 26.09%。新型干式振动高梯度磁选机分选指标与 SLon-100 湿式脉动高梯度磁选机试验指标及 SLon-2000 磁选机工业生产指标接近,证实了 DVS 磁选机具有良好的分选性能。关键词 干式高梯度磁选 振动 分选机理 镜铁矿 中图分类号TD924 文献标志码A 文章编号1001-1250(2023)-02-189-07DOI 10.19614/ki.jsks.202302026Separation Mechanism and Experimental Study of Dry Vibration High Gradient Magnetic SeparatorXU Jinyue1,2 WANG Yilin3 SONG Shaoxian1(1.School of Resources and Environmental Engineering,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,China;2.SLon Magnetic Separator Co.,Ltd.,Ganzhou 341000,China;3.School of Automation,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,China)Abstract A novel dry vibration high gradient magnetic separator(DVS magnetic separator)was developed to solve the disadvantages of the current dry high gradient magnetic separator,such as low magnetic field,poor separation selectivity to fine and weakly magnetic minerals,sensitive blockage of magnetic matrices and easy agglomeration of mineral particles.Firstly,COMSOL Multiphysics simulation software was used to simulate and analyze the magnetic field characteristics of the magnetic medium in the vertical uniform magnetic field and the flow field characteristics in the separation cavity.And then based on the vertical uniform magnetic field and simple harmonic vibration of matrix,the matrix capture model for DVHGMS method was es-tablished and the forces of ore particle in the process of dynamic capture are analyzed.The minimum magnetic force required for effective capture of magnetic particle at different positions is deduced.Finally,for a specularite ore from Anhui province,its iron grade was 30.68%with a particle size below 0.074 mm by 47.01%.While the magnetic induction and the vibration fre-quency of matrix are respectively controlled at 0.6 T and 2 200 times/min,the DVS magnetic separator produced an iron con-centrate assaying 45.28%at a mass weight of 59.12%and iron recovery of 87.67%,with the iron grade in tailings reduced as low as 9.21%and a beneficiation efficiency reaching 26.09%.The sorting indicators are close to SLon-100 and the SLon-2000 wet pulsating high gradient magnetic separator,which proves that DVS magnetic separator has a high separation selectivity.Keywords dry high gradient magnetic separation,vibration,separation mechanism,specularite 我国西北部矿产资源丰富,开发潜力巨大,如新疆维吾尔自治区、陕西省、青海省、甘肃省、宁夏回族自治区五省份地区的铁矿石资源储量较大,预测铁矿资源总量达到57.03 亿 t,占全国总储量的47%左右;西北部地区的非金属矿产资源更为丰富,盐类矿、白云母、石棉、长石和重晶石 5 种矿产的探明储量均占981全国总储量 60%以上,石英储量占全国总储量的39%左右1-2。然而,西北部地区生态环境脆弱且水资源短缺,致使该地区对节水的干法选矿技术有迫切需求,干式磁选技术为开发利用缺水地区的矿产资源提供了新途径。当前,强磁性的磁铁矿及粗粒易选的弱磁性矿的干式磁选技术应用较成熟。而针对细粒弱磁性(非)金属矿的干式高梯度磁选仍处于研究阶段,鲜有成功的应用报道。现有干式高梯度磁选机主要存在对细粒弱磁性矿物分选选择性差、物料易聚团堵塞磁介质和分选通道等缺点3,这限制了我国干旱和寒冷缺水地区大量弱磁性(非)金属矿的高效开发利用。本文基于高梯度磁场-振动力场复合力场,研制出 DVS 型磁选机,解决了细颗粒矿物聚团堵塞磁介质、捕获效率低和分选选择性差等问题。同时,进行了干式磁选机理分析,开展了分选细粒弱磁性镜铁矿的试验研究,验证干式振动高梯度磁选机的分选性能,为绿色高效开发我国干旱或缺水地区的细粒弱磁性(非)金属矿产资源提供了新的技术思路。1 整机结构及分选过程1.1 整机结构如图 1 所示,DVS-100 磁选机主要由电控柜、励磁线圈、偏心机构、驱动电机、铁轭、板式热交换器、振动系统和机架等组成。其中,振动系统由磁介质、磁介质顶头、弹簧座、紧固螺栓和弹簧等构成。磁选机的主要技术参数列于下表 1。图 1 DVS-100 周期式磁选机结构Fig.1 Cyclic pilot-scale DVS-100 magnetic separator1偏心机构;2弹簧;3给矿斗;4磁介质;5铁轭;6励磁线圈;7排矿口;8电机;9板式热交换器1.2 分选过程选矿时,将磁介质盒的振动杆用紧固螺栓固定在磁介质顶头上,采用电机带动偏心机构后产生偏心距,通过滚动轴承驱动磁介质顶头及弹簧,迫使磁介表 1 DVS-100 磁选机主要性能参数Table 1 Main technical parameters of DVS-100 magnetic separator技术参数数值分选腔截面/mm6060分选腔高度/mm240振动次数/(次/min)02 820振动幅度/mm02.0给矿量/g0200额定磁感应强度/T1.0额定励磁电流/A1 600额定励磁电压/V24.7额定励磁功率/kW39.5主机重量/t1.58外形尺寸(长宽高)/mm1 1407201 685质盒做上下的简谐振动。通过调整偏心机构的偏心距和电机的变频器,可将分选磁介质盒的上下振动幅度控制在 02.0 mm,振动次数 02 820 次/min。调节励磁电流至所需要的背景磁感应强度,磁介质在分选区作往复垂直上下简谐振动的同时,在磁场中被磁化,表面形成高梯度磁场;将充分干燥分散的物料从给矿斗给入,矿粒沿着给矿斗中的导料条均匀进入分选腔中,给料中的磁性颗粒被捕获在磁介质表面,非磁性颗粒穿过磁介质堆排走。每周期给矿完成后,切断励磁电源,磁介质保持振动,将磁性矿物完全排出,即完成一个周期的选矿。在分选腔内,安装导磁不锈钢棒或导磁不锈钢板网制作的磁介质,还可以根据需要充填导磁不锈钢毛。当磁介质在分选腔内振动时,振动力使矿粒群在分选过程中始终保持松散状态,减少非磁性颗粒和连生体的机械夹杂和夹带现象,提升干式高梯度磁选的分选选择性;此外,分选时振动还可以有效防止磁介质的堵塞。2 分选机理在干式振动高梯度磁选过程中,矿粒主要受磁场力、振动惯性力、流体力、重力、摩擦力、范德华力和异质矿粒间的凝聚力作用。如图 2 所示,将直径为 3.0 mm 的棒介质水平放置于垂直均匀磁场中,背景磁感应强度为 B0。磁介质丝在分选区域内进行垂直上下简谐振动,其每分钟振动次数为 f 和振动幅度为 A。采用 COMSOL Multiphysics 模拟软件,对垂直均匀磁场中作简谐振动磁介质的磁场特性及分选腔内的流场特性进行模拟仿真分析。根据简谐振动的特征分析,磁介质丝在前半周期即 A 至-A 时,聚集在介质丝表面的矿粒在向上振动惯性力的作用下,具有向上脱离其表面的趋势;当磁介质在平衡位置 O 时,磁介质丝加速度为零,聚集在091总第 560 期 金 属 矿 山 2023 年第 2 期其表面矿粒的振动惯性力也为零,但此时矿粒受到的流体力最大,使矿粒群仍保持松散状态。磁介质丝在后半周期即-A 至 A 时,聚集在介质丝表面的矿粒在向下振动惯性力和重力的作用下,具有向下脱离其表面的趋势。因此,磁介质丝与聚集在其表面的矿粒在每个运动周期内均有较大的相对运动,对磁介质丝表面的矿粒群产生较强的松散作用。当振动惯性力足够大时,能使矿粒克服磁场力、颗粒间的作用力和摩擦力等作用,析离至磁介质矿粒捕获层的表面,最后进入非磁性产品。显然,这能将磁介质捕获层中的脉石和连生体及时排出