1、引言
自1968年**臺高梯度磁選機被用于高嶺土工廠(chǎng)除鐵以來(lái)，這種設備被廣泛應用于鐵礦選礦、非金屬礦深加工以及二次資源的回收和利用等，這導致了大批的科研人員和科研機構進(jìn)行高梯度磁選理論的研究和設備的研制。其中江西贛州有色冶金研究所的熊大和博士研制的SLon型脈動(dòng)高梯度磁選機已有800多臺應用于國內的各大赤鐵礦選礦廠(chǎng)，并已出口秘魯等國。
在實(shí)際應用中，脈動(dòng)高梯度磁選機雖然取得了較好的分選指標，但其耗水量、耗電量很高，以一臺SLon-2000型脈動(dòng)高梯度磁選機為例，干礦處理量50~80t/h，額定背景磁場(chǎng)強度1.OT，其激磁功率74kW，耗水量達150~300m3/h。一直以來(lái)，節能降耗備受各選廠(chǎng)關(guān)注，如果永磁高梯度磁選機能夠達到與SLon型脈動(dòng)高梯度磁選機近似的選別指標，則可以大大降低電耗和水耗。目前磁性材料的發(fā)展使得高梯度磁選設備的永磁化有了可能。
2、永磁材料在磁選設備中的應用
磁選設備中使用的永磁材料主要是鍶鐵氧體和燒結釹鐵硼。國內用于磁選設備的鍶鐵氧體的磁性能一般停留在Y30H-l以下，經(jīng)過(guò)磁路組合后，在磁選設備的有效選別區域所產(chǎn)生的*高磁場(chǎng)強度不超過(guò)200mT，這種磁材僅適用于制作強磁性礦物的選別設備。近幾年來(lái)，為了提高磁選設備的磁場(chǎng)強度，人們采用了釹鐵硼這種高性能永磁材料和鍶鐵氧體組合設計磁路，開(kāi)發(fā)出了磁場(chǎng)強度為200~800mT的磁選設備。進(jìn)入2l世紀以來(lái)，中國鋼鐵行業(yè)迅猛發(fā)展，對鐵精礦的需求急劇增加，但是由于我國鐵礦礦產(chǎn)資源自身的特點(diǎn)，對新型磁選設備尤其是中高磁場(chǎng)強度的磁選機的需求量愈來(lái)愈大。永磁高梯度磁選機把具有良好導磁性能的導磁介質(zhì)和永磁磁系有機地結合起來(lái)，結構簡(jiǎn)單、設計新穎。研究表明，利用釹鐵硼合金組成的永磁磁系產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以使鋼毛等導磁介質(zhì)磁化達到飽和，滿(mǎn)足物料分選所需的磁場(chǎng)梯度和磁場(chǎng)力。
在高梯度磁選機的分選過(guò)程中，使磁性礦粒與非磁性礦粒分離的主要條件是磁力大于競爭力。競爭力主要為流體粘滯力和重力（對微細礦粒，重力可以忽略不計）。磁性礦粒所受比磁力為：
fm=u0x0H0gradH0
式中，u0為真空磁導率；x0為礦粒的比磁化系數；H0為背景場(chǎng)強；gradH0為場(chǎng)強Ho在l方向的梯度。
以粒徑為0.15mm(假設顆粒為球形)的鞍山式赤鐵礦為例，其真密度p=4.8×l0(3)kg/m3，比磁化系數為12.7×10(-7)m3/kg，真空磁導率u0=4π×1(-7)，假設顆粒需要克服的競爭力等于其本身重力的10倍，使用新型釹鐵硼材料N40組成的磁系，達到背景磁場(chǎng)強度1.OT，代人以上公式可得磁場(chǎng)梯度gradH=960mT/mm，使用導磁介質(zhì)后能夠產(chǎn)生滿(mǎn)足高梯度磁選機要求的磁場(chǎng)梯度，可以順利分選弱磁性鐵礦石。
3、永磁高梯度磁選機的研究與進(jìn)展
(1)永磁帶式高梯度磁選機
中南大學(xué)馮定五博士研制的永磁帶式高梯度磁選機主要由永磁磁系、無(wú)端磁介質(zhì)帶、電磁振動(dòng)線(xiàn)圈及機架組成。磁系由鎧裝NdFeB磁鐵組成，磁能積255kj/m3，剩余磁感應強度1.1T。磁系上下的磁極間距可調，使分選空間的場(chǎng)強可調，以適應不同的應用要求。介質(zhì)帶是由鋼毛介質(zhì)編織而成，介質(zhì)帶上裝有兩個(gè)電磁振動(dòng)線(xiàn)圈，其產(chǎn)生的高頻低幅振動(dòng)可使物料分選的選擇性提高。
介質(zhì)帶在傳動(dòng)輪的帶動(dòng)下，沿分選空間循環(huán)通過(guò)。物料給入分選空間的介質(zhì)帶上，非磁性物料因重力作用穿過(guò)介質(zhì)帶，沿傾斜的溜槽滑入非磁性產(chǎn)品槽，磁性物料則粘附于介質(zhì)帶而隨介質(zhì)帶離開(kāi)分選空間，分選區內補加漂洗水以清除介質(zhì)中夾雜的非磁性顆粒。正反向沖洗水把磁性物徹底地沖出介質(zhì)帶，電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生的振動(dòng)避免分選空間的機械阻塞，并強化了磁性物料從介質(zhì)中的脫除。
使用該設備對某釉料進(jìn)行除鐵試驗，2#和4#鋼毛[2#鋼毛規格為(60~90)×(30+5)μm，4#鋼毛規格為(120—150)×(40+5)μm]按1:1質(zhì)量比相匹配作為磁介質(zhì)，在礦漿濃度32.3%、礦漿流速1.2cm/s、介質(zhì)充填率3%、入選釉料含Fe2O30.21%，分選場(chǎng)強0.38T的條件下，經(jīng)四次選別，*終精礦含Fe2030.13%，累積除鐵率約50%，除去了形成陶瓷斑點(diǎn)的粗粒機械鐵及部分影響陶瓷白度的弱磁性鐵污染物。該磁場(chǎng)強度屬于中等磁場(chǎng)強度，而且由于磁極的體積，影響了它的處理量，再加上磁介質(zhì)構造復雜，限制了它在其他方面尤其是弱磁性鐵礦處理上的應用。
(2)雙立環(huán)高梯度磁選機
由馬鞍山礦山研究院研制的YGl-15永磁雙立環(huán)高梯度磁選機是一種利用永磁磁力、脈動(dòng)流體力和重力的綜合力場(chǎng)選礦的工業(yè)型設備。該設備主要由脈動(dòng)機構，永磁磁系，驅動(dòng)機構及其他配套部件組成。
其中永磁磁系主要由釹鐵硼、鐵氧體磁塊復合組成，能夠達到1.OT的背景磁場(chǎng)強度；轉環(huán)由導磁不銹鋼焊制而成，又被分成24個(gè)分選室，每個(gè)分選室由導磁鋼板網(wǎng)和非導磁鋼板網(wǎng)相疊充填，在背景磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生很高的磁場(chǎng)梯度，以實(shí)現捕捉礦物的作用；脈動(dòng)機構中產(chǎn)生的脈動(dòng)流體力使礦物在分選區反復分選，并始終保持松散狀態(tài)，以利于克服非磁性礦粒的機械夾雜，從而較大幅度地提高磁性精礦品位，緩解礦物對鋼板網(wǎng)的堵塞。
該樣機自研制成功后，先后對遵義錳礦、馬鋼姑山鐵礦以及南京梅山鐵礦的礦樣進(jìn)行了選別試驗，取得了較好的選別指標和選礦效率，而且還將選別粒度范圍擴大到了0.01~0.8mm，從而簡(jiǎn)化了預篩設備，與同類(lèi)電磁設備相比有節能、噸機生產(chǎn)能力大、設備造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)；但也具有體積大，給礦口、尾礦溢流口容易堵塞等缺點(diǎn)。
(3)干式永磁高梯度磁選機
由長(cháng)沙礦冶研究院馮定五博士研制的干式永磁高梯度磁選機主要由內、外永磁磁系，內、外簡(jiǎn)體，磁介質(zhì)，磁介質(zhì)振動(dòng)系統，風(fēng)力分散系統，給料系統，接料斗和機架等組成。
該機內、外磁系之間的分選間隙可調整，以適應不同物料對分選場(chǎng)強的要求，其結構選擇齒狀磁場(chǎng)多極永磁磁系，所采用的釹鐵硼永磁體的磁能積為293kj/m3，剩余磁感應強度1.1T，內、外磁系均為磁鐵鎧裝擠壓磁系，減少了漏磁。磁介質(zhì)選用鋼板網(wǎng)，用于吸附進(jìn)入分選空間的物料，隨著(zhù)磁介質(zhì)的轉動(dòng)和振動(dòng)，磁性物料進(jìn)入接料斗，而非磁性物料則隨自身的軌跡拋落出去。其中的風(fēng)力分散系統是通過(guò)旋轉的葉輪產(chǎn)生的離心力把物料甩向周邊的斗壁，物料中的團聚顆粒受撞擊而分散，并在葉輪產(chǎn)生的風(fēng)力作用下送入磁選機的分選腔。機械振動(dòng)則提高了物料分選的選擇性，避免機械夾雜。
在連州復合材料廠(chǎng)的鉀長(cháng)石除鐵試驗中，該設備使精礦中的Fe203由0.27%降至0.18%，達到了工業(yè)一級品的要求，而且運行過(guò)程中未出現物料的機械堵塞，運行平穩可靠，但是1.5t/h的處理能力需要進(jìn)一步提高。
(4)PHGM型永磁高梯度磁選機
鑒于現有的永磁高梯度磁選機多用于非金屬除鐵，而日益增加的鐵精礦市場(chǎng)又急需高效低耗的永磁高梯度磁選機，東北大學(xué)礦物加工研究所和沈陽(yáng)選礦機械研究所聯(lián)合研制了針對鞍山式赤鐵礦的永磁高梯度磁選機。該設備采用鐵氧體和釹鐵硼合金復合磁系，平均磁能積310kj/m3，剩余磁感應強度1.18T，感應介質(zhì)選用圓柱形的導磁不銹鋼棒，平均感應場(chǎng)強1.25T。
給入的物料隨簡(jiǎn)體一起轉動(dòng)，磁性礦物被具有高感應磁場(chǎng)強度的介質(zhì)棒所吸引攜帶至無(wú)磁區卸礦，而非磁性礦物則被高壓沖洗水直接沖下至尾礦區。所選用的導磁不銹鋼介質(zhì)磁導率可達1.05H/m，離開(kāi)磁場(chǎng)區域后剩磁幾乎為零，另外在豎直方向和筒體外壁雙向給入沖洗水的卸礦方式，既能提高精礦質(zhì)量，又保證了精礦卸礦順利。
PHGM600型試驗型的永磁高梯度磁選機已經(jīng)研制成功，結構簡(jiǎn)單，操作方便，電機驅動(dòng)功率僅為2.2kW，整機總重1193kg。利用該設備對鞍山式低品位赤鐵礦石進(jìn)行選別試驗，在原礦鐵品位13.04%的情況下，經(jīng)過(guò)該設備選別后，分別得到了品位26.05%的精礦和6.4%的尾礦，滿(mǎn)足了進(jìn)一步處理的工藝要求。但是給礦區域較大和筒體轉速過(guò)快導致了選別指標有所波動(dòng)。目前正在設計PHGM1000型永磁高梯度磁選機，在考慮了上述情況以及處理能力的因素后，磁系組成也得到了改進(jìn)，有望獲得更好的選別指標。
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