SSS－Ⅱ水平磁场高梯度磁选机及其在密地选钛厂的应用

王丰雨 谭世国 赵 明 邓清华

(1.广州有色金属研究院，广东广州510651;2.广州粤有研矿物资源科技有限公司，广东广州510651;3.攀钢集团矿业有限公司，四川攀枝花617000)

中国的钛资源储量约占世界钛储量的48%，开采储量居世界之首，占世界的64%左右。我国钛铁矿岩矿主要以钒钛磁铁矿为主，分布广泛，其中攀西地区钛铁矿资源储量位居全国之首。攀西钒钛磁铁矿资源难采难选，开发利用存在一定困难。攀钢集团矿业有限公司密地选钛厂(简称选钛厂)是攀西地区钛资源综合利用的主要原料生产厂，是全国最大的钛精矿供应基地。为了提高原生钛铁矿回收利用水平，通过与多家科研院所的联合攻关，突破了钛铁矿回收的国内外技术难题。强磁选—浮选工艺技术取得了成功，但在生产过程中选别设备尤其是磁选设备的选择与应用还存在一些问题。广州有色金属研究院研制开发了一种新型水平磁场高梯度磁选机，通过独特的设计特点，有效地解决了选钛厂磁选设备存在的问题，提升了分选指标。

1 选钛厂磁选设备存在的问题

攀钢密地选钛厂每年从选矿厂处理选铁尾矿720万t左右，主要回收的矿物为选铁尾矿中的钛铁矿，原料中TiO2品位在10%左右，钛精矿输出要求TiO2品位大于47%。选钛厂所用钛铁矿为原生钛铁矿，脉石矿物主要有钛磁铁矿、磁铁矿、钛辉石、角闪石、黄铁矿、磁黄铁矿等。选钛厂于2008年进行了扩能改造，根据钛铁矿与其他矿物密度、磁性、导电性和可浮性的差异，选钛厂按照原料的特性，将微细粒矿物的磁选工艺流程由一段强磁选改为两段强磁选(1粗1精)，每一段又包括1粗1扫。

磁选作为工艺流程中的重要组成部分，承担着为浮选提供合格入选原料的责任。选钛厂采用强磁选工艺系统后钛的回收率增加，产量增长，现已达到年产钛精矿52万t的生产规模。目前，选钛厂生产现场使用的强磁选设备全部为垂直磁场高梯度磁选机，该类磁选机选别指标较好，处理量大，但也普遍存在磁介质堵塞现象。磁介质堵塞后，需要停机更换，不仅影响设备的作业率，降低产量，还会增加检修维护成本，从而影响经济效益。另外，垂直磁系磁选机下磁极长期浸泡在矿浆中，易造成磁极的腐蚀，同时给矿对上磁极的冲刷也易造成磁极的磨损。为此，有必要研究、开发出新型的强磁选设备，解决磁系腐蚀、磨损和介质堵塞问题［1-3］。

广州有色金属研究院针对垂直磁场高梯度磁选机的不足，开发了SSS－Ⅱ型水平磁场高梯度磁选机，并在攀钢选钛厂进行了应用，取得了良好的技术指标和明显的经济效益。

2 SSS－Ⅱ水平磁场高梯度磁选机的研制

2.1 分选原理

SSS－Ⅱ型水平磁场高梯度磁选机的结构见图1。其分选过程是矿浆由给矿管3均匀地进入分选空间，分选环逆时针转动，磁性矿物颗粒被吸附在直排介质11表面上，由于磁性极弱和非磁性颗粒受到的磁场力极小，不能被聚磁介质吸住而进入尾矿斗8，吸附在聚磁介质表面上的颗粒群随分选环转动，在脉冲机构的作用下，一些磁性较弱的颗粒和连生体就会脱离聚磁介质表面进入尾矿斗8，而磁性较强的颗粒群被牢固吸在聚磁介质表面上继续随分选环转动，逐渐脱离磁场，进入磁性产品卸矿区，在水气卸矿装置4的作用下，磁性物被冲洗进精矿斗5中，成为磁性产品，从而使磁性不同的颗粒群得到有效的分离［4-6］。

2.2 技术设计特点

(1)水平磁系结构。SSS－Ⅱ型水平磁场高梯度强磁选机磁系在分选空间产生水平磁力线，脉冲装置能使矿浆产生与磁力线相垂直的往复运动。SSS－Ⅱ型水平磁场高梯度磁选机为大敞面，底部无阻挡结构，机器的跳闸、磁介质盒的松动、压紧螺栓的掉落等均不会影响设备正常运转，同时设备的磁系部分不与矿浆接触，可以避免矿浆中具有腐蚀性的物质对磁系部分造成损坏。如图2所示，矿浆由矿槽给入，靠近外围的磁系部分不会与矿浆接触。

图1 SSS－Ⅱ型水平磁场高梯度磁选机的结构Fig.1 Structure of SSS-Ⅱtype horizontalmagnetic field high gradientmagnetic separator

图2 水平磁系结构Fig.2 Schematic of horizontalmagnetic unit

(2)高效的气水卸矿装置。SSS－Ⅱ型水平磁场高梯度强磁选机采用气水联合卸矿设计。在一定水量下，增强了气流冲刷力，提高了卸矿效率;同时可节约用水，提高磁介质盒洗净率和精矿浓度，利于磁介质盒下一个循环磁性矿物的吸附;而且也提高了产品回收率和减轻了浮选作业对矿浆浓度要求的压力。气水卸矿装置的设计结构见图3。

图3 气水联合卸矿装置Fig.3 Discharging device by combination of air and water

(3)多梯度直排介质。高梯度磁选机与一般强磁选机相比，其特点是其聚磁介质能产生比一般强磁机高10～100倍有时甚至到几千倍的磁场梯度，所以聚磁介质是影响磁选的重要因素之一。SSS－Ⅱ型水平磁场高梯度强磁选机磁力线的走向为水平传导，磁性矿物的主要聚集区在圆柱形介质棒的左右表面。冲洗水流及气流自上而下对介质进行冲洗，水路通畅，流速较快，左右表面的磁性矿物较容易被冲洗下来，磁介质盒不容易堵塞。直排介质作用示意见图4。

图4 直排介质示意Fig.4 Schematic ofmagnetic medium arranged in form ofmatrix

2.3 SSS－Ⅱ水平磁场高梯度磁选机的优点

(1)提高精矿产品回收率。根据高梯度磁捕集理论，当磁力比总竞争力大时，即可使磁性颗粒与非磁性颗粒分离，这里总竞争力主要有流体动力和重力。在湿式脉动高梯度磁选过程中，物料颗粒直径大约在1～1 000μm之间，分选过程中脉动流体力远大于重力，因此可忽略重力，在外磁场、矿浆流速、矿浆浓度、矿物磁性颗粒磁化强度、介质磁特性参数相同的条件下，决定磁性颗粒与非磁性颗粒分离的因素就是磁力和脉动流体动力。由于磁系结构的不同，SSS－Ⅱ型水平磁场高梯度磁选机的脉动产生的矿浆液面波动柔和，在磁介质棒两侧矿浆流为层流，从而既达到了冲刷磁介质棒两侧夹杂的连生体和脉石，又不至于使磁性矿物损失。而垂直磁系高梯度磁选机由于下磁系排矿缝隙较小，脉动产生的矿浆液面波动被放大，矿浆剧烈冲击磁介质棒，在磁介质棒上下矿浆流为高速紊流，吸附在磁介质上的部分磁性颗粒的脉动流体动力远大于磁力，造成磁性颗粒回收率损失较大，且随着颗粒细度的减小，颗粒所受磁力更小，相对加大了脉动流体动力效应，使微细粒磁性颗粒损失较大。因此两种高梯度磁选机磁捕集率的差异较大，SSS－Ⅱ型高梯度磁选机的磁性颗粒捕集力更强，设备对磁性矿物的回收率更高。

(2)提高精矿品位。SSS－Ⅱ型水平磁场高梯度磁选机工作原理是磁力线方向为水平并和脉冲产生的矿浆往复运动方向相垂直(见图5)，吸附在磁介质表面上的颗粒群只存在沿磁力线方向一致的一侧，此时，由于矿浆往复运动产生的流体力方向与磁介质表面颗粒群聚集的一侧相切，矿浆穿过颗粒群内部，对其进行剪切和清洗，使夹杂在颗粒群中的非磁性物和磁性较弱的连生体颗粒被清洗出来，从而大幅度提高分选效果。垂直磁系高梯度磁选机的矿浆往复运动产生的流体力正面压或拉颗粒群，由于颗粒群前面或后面有介质的存在，阻碍了矿浆对磁介质棒的冲刷，且高速紊流不利于颗粒群的疏散，使颗粒群中夹杂的非磁性物和磁性较弱的连生体不能有效地被清洗出来。

图5 磁介质吸附及卸矿Fig.5 Schematic ofmagneticmedium adsorption and discharging m agnetic particles

(3)磁介质自清洁能力。在SSS－Ⅱ型水平磁场高梯度磁选机的给矿中存在强磁性颗粒(磁铁矿和破碎及磨矿产生铁屑)，这些颗粒在被吸附时处于磁介质两侧，在卸矿时由于平行矩阵式的磁介质排布，加上垂直于这些颗粒的水气冲洗，这些颗粒大部分被冲入精矿槽中，只有极少数被吸附到磁介质下沿，在下次进入磁场中后其又被吸附在磁介质两侧，这样就不容易形成固定的结块，达到自清洁。SSS－Ⅱ型水平磁场高梯度磁选机的介质结构及吸附—冲洗过程示意见图6。

图6 介质吸附—冲洗—再吸附过程Fig.6 Schematic ofmagnetic medium adsorption-flushing-adsorption process

(4)对原矿品位波动适应性强。由于SSS－Ⅱ型水平磁场高梯度磁选机采用粗细磁介质组合搭配，在一定的背景磁场作用下，磁介质产生的磁场力按矿浆流动方向由弱到强变化，使给矿中弱磁性矿物细度、磁感应强度不同的各种颗粒群，按磁性由强到弱进行磁吸附，实现分粒级分选，从而达到消除磁性产品的磁包裹、磁夹杂的目的，达到对原矿品位波动较大的情况下，提高精矿品位，增加回收率。

(5)运转率高，检修快捷。SSS－Ⅱ型水平磁场高梯度磁选机为大敞面，底部无阻挡结构，机器磁介质盒的松动、压紧螺栓的掉落等均不会影响设备正常运转，由于其新的结构，使得在对转环起吊维修时，只需卸掉给矿管和精矿斗，就能快速起吊维修，检修更快捷。

3 SSS－Ⅱ水平磁场高梯度磁选机的应用

SSS－Ⅱ－2000水平磁场高梯度磁选机于2012年9月11日在攀钢密地选钛厂微细粒矿磁选车间安装完成并正常开机生产。在设备稳定运行的情况下，进行相应条件试验，当干矿处理量为50～55 t/h、矿浆浓度28.9%～32.6%时确定设备的最佳运行条件为激磁电流700 A、转环转速3 r/min、脉动冲程21 mm、脉动冲次270次/min。在稳定运转1个月后再进行取样考查，连续6 d，每天2套样，合计12套样。试验结果见表1。

表1 攀钢密地选钛厂连续试验考查结果Table1 Continuous testing data of M idi titanium p lant %

由表1结果可知:SSS－Ⅱ水平磁场高梯度磁选机连续考察所取得的综合平均指标为原矿TiO2品位9.39%，获得精矿TiO2品位20.24%，尾矿TiO2品位5.01%，精矿TiO2回收率61.95%。SSS－Ⅱ－2000水平磁场高梯度磁选机回收钛铁矿效果比较理想，符合现场的技术指标要求。

鉴于该新型磁选设备需达到或超过现场磁选设备的选别指标，现场选取了一段磁选粗选3号垂直磁场高梯度磁选机作为对比设备(经现场考查，3号设备新更换激磁线圈、电控柜，生产指标相对最好)，并在对比考查前将3号磁选机更换磁介质。为了增强设备间可比性，SSS－Ⅱ－2000水平磁场高梯度磁选机连续运行3个月后方进行对比试验。

现场3号垂直磁场高梯度磁选机的最佳设备操作条件:转环转速3 r/min，脉动冲程14 mm，脉动冲次270次/min，激磁电流900 A。SSS－Ⅱ－2000水平磁场高梯度磁选机与现场对比磁选机均选取各自的最佳操作条件进行连续对比考查试验，每天3班分别取样4次，再将每天的12个样品取平均数，连续取样6 d，得到的考查数据见表2。

由表2结果可知:连续考查取得的综合平均指标为SSS－Ⅱ－2000水平磁场高梯度磁选机原矿TiO2品位9.23%，精矿TiO2品位22.38%，尾矿TiO2品位5.41%，精矿回收率58.01%;现场垂直磁场高梯度磁选机对综合平均指标为原矿TiO2品位9.26%，精矿TiO2品位20.80%，尾矿TiO2品位5.70%，精矿回收率52.93%。相对于垂直磁场高梯度磁选机，SSS－Ⅱ型水平磁场高梯度磁选机得到的精矿品位和回收率更高，技术指标具有优势。

4 结论

(1)由于SSS－Ⅱ水平磁场高梯度磁选机采用特殊设计使矿浆不直接接触磁系，解决了垂直磁场磁系腐蚀及给矿冲刷磨损的现象，增加了磁系的使用寿命。

(2)SSS－Ⅱ水平磁场高梯度磁选机自2012年9月开始连续使用15个月，未出现介质堵塞的现象，而现场同流程使用的垂直磁场高梯度磁选机的介质使用寿命只有3个月，因此SSS－Ⅱ水平磁场高梯度磁选机开机率大大增加，并有效地降低了更换介质的成本。

(3)通过现场对比试验考察的结果可以看出，在相同的给矿条件下，SSS－Ⅱ磁选机比垂直磁场高梯度磁选机选别的精矿品位高1.58个百分点，尾矿低0.29个百分点，精矿回收率高5.08个百分点。水平磁场高梯度磁选机能够有效地提高精矿的品位及回收率，经济效益明显。

表2 SSS－Ⅱ－2000水平磁场高梯度磁选机与现场垂直磁场磁选机对比试验数据Table2 Comparative test data of SSS-Ⅱ-2000 horizontalmagnetic field high gradientmagnetic separator w ith on-site verticlmagneticfield magnetic separator %

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