磁聚机在漓渚铁矿的应用分析

舒 伟，罗立群，李炳峰

（1.武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北 武汉430070；2.浙江漓铁集团有限公司选矿厂，浙江 绍兴312041）

浙江漓铁集团有限公司是浙江省黑色金属矿采选规模最大企业，属全国地方独立中型矿山，形成了铁矿的采矿、选矿、粗精粉加工、氧化球团制造、铁路运输等产业链。浙江漓铁集团有限公司选矿厂年处理自产原矿110万t，加工进口粗粉50万t，年产品位65%铁精矿达80万t。

漓铁集团选矿厂主要产品为全自溶性铁精矿粉，主要技术采用自磨－磁选工艺。近几年来，为缓解进口粗粉对选矿厂的生产制约，综合利用资源，公司把有效提高自产铁精矿品位作为技改方向。生产实践表明，生产相同的最终铁精矿品位时，若自产铁精矿品位提高1个百分点，每日可少加外来原料200t。

选矿厂提出恢复使用磁聚机来提高铁精矿品位，着手制作了3台Ф1500mm磁聚机，并对磁聚机的操作进行了改造，将手工调节磁聚机底流浓度改为自动控制，给矿转换装置改为电动控制。经过一年多的生产证明，磁聚机能提高最终自产铁精矿品位1.26个百分点，且操作方便，使用可靠。

1 磁聚机的结构及分选原理

1.1 磁聚机的结构

磁团聚重力分选机简称磁聚机，其实质应为重力分选设备［1］。磁聚机是依靠磁场力和重力分选复合作用而达到分选目的的一种新型选别设备。漓渚铁矿选矿厂流程改造采用的磁聚机规格为Φ1500mm，其结构如图1所示。主要分为以下几部分：给矿箱、筒体、分水环、内磁环、外磁环、中磁环、溢流口、平台等。

图1 Φ1500磁聚机结构示意图

1.2 磁聚机的分选原理

磁聚机的分选作用主要有以下两个方面：一是在上升旋转水流的作用下，矿浆中比重小的贫细连生体和脉石上浮，从溢流堰中排出，使精矿得到富集。二是在不均匀磁场的作用下，磁铁矿颗粒被磁化形成磁絮团、磁链或细小磁铁矿颗粒吸附于粗粒级磁铁矿表面，形成磁团粒。这些磁絮团、磁团粒都比单个颗粒的下沉速度快，因此避免了细粒级单体磁铁矿被上升水流冲入溢流的现象。

同时，在磁聚机内垂直方向有若干层磁场，矿浆从上部给入，在重力作用下由上向下运动，从而有若干次团聚和松散的作用，当矿浆进入磁场，产生团聚，铁矿物加速下沉，当其脱离磁场，矿粒呈松散状态，夹裹在絮团中的杂质被上升水流冲走，使精矿得到富集，这些作用在常规的磁、重选设备中是不具备的［2］。

2 磁聚机的应用分析

2.1 原矿性质

浙江漓铁集团有限公司矿石属矽卡岩型磁铁矿，金属矿物以磁铁矿为主，其次为赤铁矿、褐铁矿、黄铁矿。非金属矿物以透辉石、石榴石为主，其次有石英、透闪石、绿泥石。矿体围岩及夹石主要是硅质页岩包括矽卡岩、砂岩和角岩［3］。

漓渚铁矿自产矿原矿样品的化学多元素分析结果见表1。

表1 自产原矿样品化学多元素分析结果／%

从表1的化学多元素分析结果中可以看出，试样中的全铁TFe含量为22.06%，FeO含量为7.51%；主要杂质SiO2、Al2O3含量分别为32.18%和4.66%；有害成分硫、磷含量也相对较高，分别为1.13%和0.08%，并有少量锌元素。

2.2 工艺流程

自制的3台磁聚机安装在二次磁选作业之后，二次选别精矿一对一进入磁聚机选别后，磁聚铁精矿再进入三次磁选机提高浓度与品位，尾矿水作为二段球磨的补加水，增加磁聚机改造后的工艺流程图如图2所示。

图2 改造后的工艺流程图

2.3 主要技术指标对比

为进一步考查磁聚机在工艺流程中的选别效果，对未使用磁聚机和使用磁聚机的工艺流程进行了对比取样考查。改造前后主要技术指标对比结果见表2。

从表2中平均结果可知，工艺流程中使用磁聚机之前，最终精矿铁品位（TFe）为58.88%，相对磁聚机给矿品位，铁精矿品位增幅为0.44%；而在工艺流程中使用了磁聚机之后，最终铁精矿品位达到60.14%，相对磁聚机给矿品位，铁精矿品位增幅为1.51%。因此，通过磁聚机的选别，最终铁精矿品位提高了1.26个百分点。

3 磁聚机的技术特点与效益分析

3.1 磁聚机的技术特点分析

漓渚铁矿矿石属矽卡岩型磁铁矿，矿床地质品位30.56%，由于矿体内含夹石层较多，采矿贫化率较高，采出矿石铁品位为23.5%左右。磁铁矿呈细粒不均匀嵌布，且与脉石矿物互为包裹体存在［4］。为了提高磁铁精矿的质量，漓渚铁矿采用细磨细筛精选工艺，磨矿细度达到－0.074mm占80%时，矿石中的磁铁矿大部分已解离，但呈包裹体形式的磁铁矿，在一般的磨矿细度下是无法解离的。在弱磁选中，含磁铁矿包体的脉石混入精矿，影响精矿质量的提高。

表2 改造前后主要技术指标对比结果／%

磁铁矿颗粒在磁聚机磁场中所受的力有机械力和磁力，其中机械力为重力与水的阻力等合力［5－7］，参见图3所示，若仅考虑矿粒的重力、水的阻力和磁力。

则：矿粒在水中受到的重力为式（1）。

矿粒在水中受到的阻力为式（2）。

矿粒在磁聚机磁场中受到的磁力为式（3）。

由式（1）、式（2）和式（3）推导得出关于矿粒临界粒度与磁场强度的关系式为式（4）。

由式（4），得到矿粒临界分离粒度与磁场强度的关系见表3。

从表3中的计算结果可以看出，当磁场强度为零时，即没有磁场时，可以选别的最小粒度为38.6μm；当作用于颗粒的磁场强度升至600Oe时，用磁聚机可以选别的最小粒度为5.41μm；磁场强度为1200Oe时，用磁聚机选别的最小粒度可以达到为2.71μm，可见磁铁矿颗粒有磁场作用时，其可回收的粒度范围大大缩小，即有利于降低磁铁矿的回收粒度下限。

图3 磁铁矿颗粒在磁聚机磁场中的受力

表3 临界分离粒度与磁场强度的关系

没有磁场或磁场强度为零时，磁性矿粒和石英均处于分散状态，部分脉石（如石英）夹杂在矿粒之间。当磁场强度逐渐升高，自由的磁性矿粒会沿着磁场的方向移动，形成链状，如图4所示。

图4 磁性颗粒的磁链形成机理示意图

磁聚机利用不同大小磁性颗粒的磁团聚形成磁链，同时在施加的其它流体动力和重力等综合力破坏磁团聚。实质是利用磁聚机内的脉动交替磁场和流体动力与重力的联合作用，在颗粒下降过程中经过若干层不同磁场区域时，受到间歇、脉动的磁化作用，反复分散和团聚，不同大小磁性颗粒形成磁链与磁团聚，参见图5～7，以将夹杂在絮团内的贫连生体剔出而分离出来，从而有效提高精矿品位。

图5 石英颗粒随磁场强度变化的形貌

图6 不同大小磁性颗粒的磁链形貌

当磁场强度H＝0mT时，石英颗粒在不同大小的磁性颗粒间处于分散状态。在H＝13mT时，磁性颗粒和部分富连生体因为磁力吸引而移动形成磁团聚或磁链，图5中的5个石英颗粒没有移动，而是会因磁性颗粒的吸引而被夹杂进入小的磁链中。在H＝22mT时，随着磁场强度的增强，形成了更多的小型磁链，因为吸引，磁链与磁链彼此相互靠近。5个石英颗粒没有移向磁链，在磁链形成过程中，石英颗粒被包裹进入磁链中。在H＝32mT时，形成的磁链变得更长，而石英颗粒仍就未动，如图5所示。综上所述，随着磁场强度的增大，处于分散状态的石英不会受磁力的影响而定向移动。

在H＝0mT时，不同大小的磁性颗粒和连生体处于自由分散状态。在H＝13mT时，磁性颗粒和部分富连生体因为磁力吸引而移动形成磁团聚或磁链。在H＝22mT时，各个小磁链因相互吸引而移动靠近，如图中所示，在此过程中，连生体会因磁链的形成而被夹杂在磁链中。在H＝32mT时，磁链与磁链的吸引而形成更大的磁链。连生体也会被包裹在磁链中。因此，不同粒度大小的磁性颗粒因磁团聚和磁链的形成而回收，增加了磁选作业的回收率［7］，如图6所示的不同大小磁性颗粒的磁链形貌。同时也需要防止脉石被包裹而带入新形成的大磁链之中，影响磁团聚体的总体回收效果［8］。

通过对磁系表面的磁场强度进行测定，得到如图7所示的磁场强度与磁系表面距离的关系。从图中可以看出，距离磁系表面越远，磁场强度呈下降趋势。在磁聚机中靠近磁系表面处，磁场强度较大，矿粒的分选效果较好。

图7 磁场强度与磁系表面距离的关系

3.2 应用磁聚机的效益分析

漓铁集团为了保证铁精矿品位，需要掺和一定比例的进口易选矿石。漓渚铁矿将3台Ф1500mm磁聚机应用于生产后，收到了理想的效果。

1）最终自产精矿品位提高1.26个百分点，可少加外购原料或多处理自产矿。若生产相同的最终精矿品位为64.55%的铁精矿，每日可少加外购原料260t，或者多处理自产矿726t，多生产品位64.55%铁精矿粉232t。按全年330天计，可节省粗粉加工量8.3万t，或者多生产铁精矿粉7.6万t，按每吨铁精矿粉盈利120元计算，每年可多盈利912万元。

2）3台磁聚机每小时多用水260m3／h，每年需增加循环用水量206万m3／h，每立方米水耗电以0.4kW·h计算，年多用电82.4万kW·h，折合人民币53.6万元。

3）增开磁聚机泵，泵功率为55kW·h，每年多用电43.56万kW·h，折合人民币28.3万元。

4）年增经济效益为：912－53.6－28.3＝830.1万元。

4 结论

1）漓铁集团选矿厂利用自产矿石中磁铁矿粗细不均匀的嵌布特性，应用磁聚机可有效提高自产矿石最终铁精矿品位1.26个百分点。自3台Ф1500mm磁聚机投入生产以来，既保证了最终铁精矿品位和铁精矿细度达标，又可节约外来原料8.3万t，年增经济效益达830.1万元。

2）通过改善磁聚机浓度操作与给料转换的控制，既方便了操作，又稳定了流程，使产品质量指标稳定，效果显著。

3）微观形貌分析表明：利用磁聚机内的脉动交替磁场和流体动力与重力的联合用，不同大小磁性颗粒形成磁链与团聚体，剔除杂质而提高精矿铁品位。

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