电磁柱式精选机磁场特性对铁矿提精优势分析及工业应用

历 平，徐铜林，魏红港

1建昌马道矿业有限责任公司 辽宁葫芦岛 125315

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我国铁矿石资源储量居世界第四位，但是铁矿石资源整体禀赋较差，“贫、细、杂”问题突出，导致我国绝大部分铁矿石都需要进行多次磨选作业，才能获得合格品位铁精矿[1-3]。高品质铁精矿对高炉炼铁意义重大，有研究表明：铁精矿品位、回收率与炼铁经济效益直接相关，炼铁总利润随铁精矿品位提高而增加。可见实行精料方针是提高钢铁企业经济效益的重要途径[4-5]。

目前提高铁精矿品位常采用多次磁选、细筛再磨、精矿反浮选等工艺[6-10]。磁选机是生产铁精矿的关键设备，常用的铁矿精选磁选设备是永磁筒式磁选机；也有小部分选厂根据自身矿物性质，采用改进型永磁筒式磁选机进行精选作业[11]。永磁筒式磁选机的磁场恒定不变，磁铁矿颗粒在恒定磁场中形成不可打破的大体积强磁团聚体，其内部夹杂有大量的脉石和贫连生体，即使经过多次翻转或者漂洗，精矿品位仍然得不到有效地提高；究其原因，是永磁设备不能从根本上解决强磁团聚导致的夹杂问题。

为了解决筒式磁选机强磁团聚引起的夹杂问题，20 世纪八十年代，选矿工作者将重力和磁力相结合，研制成功一种电磁低弱磁场柱式磁重选矿设备。后经过几代人的努力，逐渐形成磁选柱、淘洗磁选机和柱式精选机等多种类型铁矿精选用电磁柱式精选设备，成功解决了永磁设备磁团聚夹杂的脉石和贫连生体不能充分剥离的问题，最大限度地提高了磁铁矿的精矿品位，电磁柱式精选机目前已经成为铁矿山应用最广泛的提精设备[12-14]。

笔者在 BGRIMM 大型智能旋流精选机工业应用过程中，结合对铁矿石颗粒分选微观过程的思考和对磁选设备性能的理解，将大型电磁柱式和永磁筒式磁选机在磁场特性及工业应用效果方面进行对比分析，以阐明电磁柱式精选机能取得良好分选指标的内在原因。

1 结构及分选原理

电磁柱式精选机的结构如图1 所示，主要包括给矿管、溢流槽、柱体、线圈、给水器和精矿口等部件。给矿方式为自上而下给矿，给水方式为自下而上给水，给水器连接柱体内外，在内部分选空间有分水盘，可以将给水器中的水旋切给到分选空间，对铁矿起到漂洗提精作用。

图1 电磁柱式精选机的结构Fig.1 Structure of electromagnetic column separator

电磁柱式精选机的磁系是由自上而下设置的多组激磁线圈组成，根据作用的不同，最上部的线圈接通较大的恒稳直流电，以在分选空间产生较大的磁场，可以起到控尾的作用，防止微细粒铁矿颗粒的流失；其余线圈自上而下，以一定的逻辑时序顺序循环通断电，且通电时的电流较小，可以在分选空间内产生通断交替的弱磁场。通电时，磁性颗粒团聚；断电时，磁性颗粒分散。下部给水器的漂洗水可在磁性颗粒分散过程中，最大限度地冲洗出磁团聚中的脉石和贫连生体，并带到上部尾矿口排出；磁性颗粒在聚散交替向下运动的过程中，持续被漂洗水冲刷，铁精矿品位越来越高，最终从下部精矿口排出。

2 磁场提精优势分析

磁场是铁矿石分选最主要作用力，电磁柱式精选机和永磁筒式磁选机的磁场强度、磁场形态和磁场工作方式不同，导致磁性颗粒分布、磁链强度、磁链形态及磁性颗粒的运动状态不同，影响最终铁矿提品效果。

2.1 低弱磁场

永磁筒式磁选机应用在不同的选矿流程工艺段时，其磁场强度也不相同。预选回收用磁选机主要作用是回收和抛废，因而需要其磁场强度较高，筒表磁场强度一般在 3 500 GS 以上；二磨后精选用筒式磁选机一般以提高铁精矿品位为主，因而需要其磁场强度较低，磁筒表面磁场强度一般为 1 500～2 000 GS。

某铁矿二磨后精选用筒式磁选机磁场强度分布如图2 所示。可见，磁筒表面平均磁场强度为 1 800 GS，距离筒表50 mm 处仍在 800 GS 以上。作为铁矿精选用磁场，筒式磁选机的这种所谓的“弱磁场”对提精而言，磁场强度仍然较高，这种高磁场强度会形成难以打散的高强度磁团聚体。另外，如果尝试进一步大幅降低筒式磁选机的磁场，也不存在实际操作的可能性，一方面，筒式磁选机的N-S极交替的磁路结构实现更低的磁场难度较大；另一方面，虽然可以通过减小磁性材料用量来获得更低磁场，但是这样会使得磁选机远离筒表的槽体底部处的磁场强度更弱，造成该处磁性颗粒被水冲刷至尾矿口，引起精矿的损失。

图2 永磁筒式磁选机的磁场分布Fig.2 Magnetic field distribution of drum permanent magnetic separator

旋流柱式精选机属于低弱磁场，磁场强度要远低于永磁筒式磁选机。图3 所示为激磁线圈中心平面不同位置磁场强度分布。精选作业时，线圈激磁电流一般为 4 A，此时线圈中心面平均磁场强度约 100 GS。这一数据仅为筒式精选机磁场强度的 5% 左右，且距离中心面越远，磁场强度越低。

图3 电磁柱式精选机的磁场强度Fig.3 Magnetic field intensity of electromagnetic column separator

对比图2 和图3 可知，电磁柱式精选机的磁场强度远低于筒式磁选机。磁场强度越大，磁团聚的体积越大，磁团聚的强度越大，其内部越容易紧密包裹更多的脉石和贫连生体，并且更难剥离团聚体内部的夹杂，故而电磁柱式精选机的低弱磁场更有利于铁矿石的提精。

2.2 间歇交变磁场

图4 所示为永磁筒式磁选机和电磁柱式磁选机分选空间某一特定位置的磁场随时间变化的对比情况。可见，永磁筒式磁选机的磁场是不随时间变化的恒定磁场，而电磁柱式磁选机的磁场则为随着时间变化而交替通断的间歇交变磁场。

图4 磁场方式对比Fig.4 Comparison of magnetic field modes

电磁柱式精选机通电方式中，由于存在下部线圈通电时刻滞后于其紧邻的上部线圈的内在逻辑，导致铁矿颗粒运动方向向下。如图5 所示，当线圈通电时，磁性颗粒在磁场作用下逐渐团聚，并在团聚过程中向下运动；线圈断电时，磁团聚分散为颗粒或更细小的磁链，且在分散过程中，能比较充分地依靠水流的冲刷作用分离出更多的脉石和贫连生体。在电磁柱式精选机中，磁团聚自上而下经历过多次“团聚—分散”过程，精矿品位不断提升，最终从下部精矿口排出。

图5 电磁柱式精选机分选过程Fig.5 Separation process of electromagnetic column separator

电磁柱式精选机多次通断磁场，克服了永磁筒式磁选机恒定磁场带来的磁团聚难打散、夹杂脉石和贫连生体不能充分剥离的问题，有利于铁矿石的提铁降硅。

2.3 相对均匀磁场

由文献 [15]可知，在仅受磁场力条件下，磁链在磁场中沿磁力线分布。如图6 所示，均匀磁场中，沿磁力线分布的 2 条磁链之间的作用力为排斥力，故而磁场越均匀。磁链之间的排斥作用越明显，磁链也就越分散，越不容易形成大体积磁团聚。

图6 均匀磁场磁链相互排斥示意Fig.6 Diagram of mutual repulsion of uniform magnetic flux linkages

在相同颜色范围内，筒式磁选机和旋流柱式精选机磁场云图对比如图7 所示。可见，筒式磁选机分选空间磁场均匀性较差，尤其是在筒表附近磁场极度不均匀；相比而言，电磁柱式精选机磁场均匀性明显较好，可抑制大体积磁团聚体的形成。

图7 磁场云图对比Fig.7 Comparison of magnetic field contours

电磁柱式磁选机和永磁筒式磁选机的磁团聚形态对比如图8 所示。可见，筒式磁选机磁团聚以粗大磁束为主，磁束全部密集地聚集在筒表附近，不同磁束之间在筒表面也彼此交互连接；相比而言，电磁柱式磁选机分选区磁团聚以磁链为主，且磁链较短、较细，磁链与磁链之间保持一定的间隙，相对均匀地分布在整个分选空间。电磁柱式磁选机磁链细小及均布分散的特点，使其不容易夹杂脉石和贫连生体，有利于矿石提精。

图8 磁团聚形态对比Fig.8 Comparison of magnetic agglomeration morphology

3 工业应用

辽宁某选厂铁矿生产改造前的工艺流程如图9 所示。该选厂现运行两个系列完全一致的铁矿生产流程，单个流程铁精矿产量约 25 t/h；现有二磨后精选设备为筒式磁选机和淘洗磁选机，二者联合作业，最终铁精矿品位 65.5%。

图9 改造前的选矿工艺流程Fig.9 Beneficiation process flow before transformation

为了进一步提高铁精矿品位，该选厂结合生产实际需求和前期的提精试验结果，对现有精选工艺流程进行改造。将双系列二磨后筛下产品全部直接引入BGRIMMφ2 m 大型智能旋流电磁精选机进行精选作业，电磁精选机的尾矿再经过筒式磁选机进行回收，回收精矿返回二段磨矿再磨。设备稳定运行后，对电磁柱式精选机给矿、精矿及尾矿进行了为期 10 d 的取样考察，考察结果如表1 所列。

表1 给矿、精矿及尾矿取样考察结果Tab.1 Sampling results of ore feeding,ore concentrate and ore tailing %

通过表1 可见，φ2 m 大型智能旋流电磁精选机提精效果较好，并且生产指标稳定；在平均给矿品位为 58.52% 的条件下，平均精矿品位达到 66.3%，比改造前的“淘洗—筒式—淘洗”4 次提精流程，精矿品位高 0.8 个百分点。虽然电磁柱式精选机尾矿品位高达 20.7%，但是这部分尾矿还经过 5 500 GS 磁选机回收后返回再磨，重新进入磁选流程，流程作业依然可获得合格的尾矿品位。

4 结论

(1) 电磁柱式精选机磁场强度远低于精选用永磁筒式磁选机，其分选区内磁团聚的结链强度低，磁团聚更容易打散，包裹在磁团聚中的脉石和贫连生体更容易被剥离；因此，电磁柱式精选机的低弱磁场，更有利于铁矿石的提精。

(2) 电磁柱式精选机磁场是按照一定的逻辑顺序循环交变的间歇磁场，当线圈断电时，磁团聚存在充分分散的过程，夹杂在磁团聚体中的脉石和贫连生体可充分地暴露和剥离；因此，电磁柱式精选机的间歇交变磁场，有利于铁矿石的提铁降硅。

(3) 电磁柱式精选机磁场具有相对均匀的特点，在磁场中磁团聚呈细短磁链状态，并保持一定的间隙，相对均匀地分散在整个分选空间；短小磁链中夹杂量较少，即使有少量夹杂，也比较容易打散并剥离；因此，电磁柱式精选机的相对均匀磁场，有利于铁矿石的提质降杂。

(4) 在辽宁某铁矿工业应用表明：一方面，大型智能旋流精选机可获得 66.3% 的铁精矿品位，比原流程精矿品位提高 0.8 个百分点；另一方面，大型智能旋流精选机取代了 2 个系列选铁流程中的 1 号和 2 号淘洗磁选机、1 号和 2 号筒式磁选机，总计 16 台磁选设备，简化了铁精矿磁选工艺流程，减少了设备的占地面积。