高效立环高梯度强磁选机的研制及应用 （岳阳职业技术学院机电工程系，岳阳大力神电磁机械有限公司）摘要：采用有限元分析法和先进的电磁设计技术，研制的大型立环脉动高梯度磁选机，具有背景磁场强度大，立环磁介质场强梯度高，选矿效率、设备作业率和自动化程度高，电耗低的优点，用于铁矿石、赤泥、锰矿石、长石、高岭土等矿物的分选均可获得优良的技术指标。关键词：背景磁场，磁场梯度，搓齿棒，磁选机朗读显示对应的拉丁字符的拼音朗读显示对应的拉丁字符的拼音目前中国的铁矿石以贫矿为主，大部分铁矿石必须经过选矿才能用于工业生产，立环高梯度磁选机可广泛应用于赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、钛铁矿等弱磁性矿物的分选，以及石英、长石、霞石、萤石、硅线石、锂辉石、高岭土等非金属矿物的除铁提纯。岳阳大力神电磁机械有限公司在自有电磁技术基础上，开展了对立环高梯度磁选机的背景磁场，高梯度磁场的优化设计，大幅度的提高了对弱磁性矿物的分选能力，扩大了立环高梯度磁选机的应用范围，进一步降低了生产成本，创造出更大的经济效益。 一 DLS系列磁选机结构DLS立环脉动高梯度磁选机主要由高频振动机构、激磁线圈、铁轭、转环、液位自动平衡系统、控制屏以及各种矿斗、供水冲洗装置等组成，其中转环内装有自主权知识产权的导磁介质盒；其工作原理是利用矿物的导磁性差异，通过磁力、脉动流体力和重力的综合力场的作用，实现将弱磁性矿物和非磁性矿物的分离。在研制DLS磁选机的过程中，总结了现有立环脉动高梯度磁选机成功经验，对磁路进行了优化设计，研制而成的立环高梯度磁选机具有自主知识产权，技术性能处于领先地位，其外形见图1，主要技术参数见表1。同时完善了机电控制功能，提升了设备的选矿性能。1高频振动机构；2下铁轭；3励磁线圈；4转环；5上铁轭；6给矿斗；7漂洗水斗；8.精矿斗；9中矿斗；10尾矿斗；11液位箱；12精矿冲洗装置；13转环驱动机构；14机架F给矿；W一清水；C一精矿；M一中矿；T尾矿图1。 “磁神”牌大型高效立环高梯度磁选机结构图表1 DLS-2500磁选机主要技术参数项目指标项目指标转环直径 （mm）2500激磁功率（kW）063转环转速 （r/min）04转环电动机功率（kW）11给矿粒度 （mm）01.3 脉动电动机功率（kW）11给矿浓度 （%）1040脉动冲程 （mm）030矿浆通过能力（m/h）180450脉动冲次 （r/min）0300干矿处理量 （t/h）80150供水压力 （mpa）0.20.4背景场强（T）01.2耗水量 （m/h）200400激磁电流（A）01400冷却水水量（m/h）56激磁电压（V）0452 背景场强设计背景磁场由一组线圈产生，即线圈、磁轭、铁芯组成。根据磁选机的相关尺寸，采用ANSYS有限元计算了磁体和线圈中心部位的磁场分布。根据立环脉动高梯度磁选机磁体本身结构的对称性，只需建立其1/4结构模型就可以满足计算要求。具体的结构模型如图1，其中深红色部分为铁轭，浅蓝色部分为铁芯，粉红色部分为环形内部磁极，中间部分为放入磁介质盒间隙即转环通过的部位。磁体的环形区域中心切面上磁场分布情况图示2，通过提取中心切面上每个节点上的磁场强度值，得到中心磁场强度在为1.3T以上。而磁体内铁轭、铁芯及磁极上的磁场分布情况如图3。 图1 三维实体模型 图2。中心切面上的磁场云图 图3。 磁场分布云图从图示结果可以看出，铁芯及磁极上的磁场强度已接近所选用材料的磁饱和强度，尤其是铁芯。如果要增大中心磁场强度，这样会增大磁路上的磁阻，但可以适当增加铁芯截面积并减小线圈截面。因此，在设计磁路时除了线圈的安匝数外，铁芯截面积、线圈截面、材料的磁饱和强度都会影响中心磁场强度。在优化设计时磁轭和铁芯选用较高磁饱和强度的材料，而线圈采用长方形，中心平面与立环相切，磁轭与铁芯有最短的磁回路，铁芯截面积大，磁路的气隙磁阻小，漏磁少，立环磁选区大，单个线圈所需安匝数小，磁路中产生的磁场最大。通过优化磁系设计、减少漏磁、降低了激磁电流，提高电效率，使设备具有良好的激磁性能。DLS-200、DLS-250、DLS-300系列结构合理，磁极气隙中心强度理论计算可以达到1.3T(13000GS)以上。同时采用低电压大电流激磁，有利于提高激磁线圈的安全可靠性。在制造工艺方面激磁线圈采用空心铜管绕制，匝之间用环氧树脂填充固定，水内冷散热，冷却水直接贴着铜管内壁流动，散热效率高。此外，冷却水可以自动监控，水流速较高，微细泥沙不易沉淀，可保证激磁线圈长期稳定工作。3 高梯度磁场设计高梯磁场是由磁介质在背景磁场中磁化后使其磁化后的表面产生高梯度不均匀磁场，对磁性粒状物料流有吸附作用。磁介质最初采用球状，而后是圆棒状，其表面是凸面，磁化后表面磁力线是发散的，与流动的磁性粒状物料流接触时阻力小，从力学的角度分析，需要较大吸力才能吸附隹磁性粒状物料。高效立环脉动高梯度磁选机采用搓齿棒作磁介质，搓齿棒表面形状为凹面。采用ANSYS有限元分析了搓齿棒与圆柱棒的表面磁场差异。分析时为建模方便，将搓齿棒放在一已知磁场强度为1.2T的匀场中进行二维建模计算。磁矢量方向沿Y轴，并垂直于搓齿棒。放入搓齿棒之后的磁场分布云图4，加入圆形棒后磁场分布云图5。 图4.。 加入搓齿棒后磁场分布云图 图5。 加入圆形棒后磁场分布云图通过对比发现，磁介质棒上的场强分布大小明显大于基础场，而且场强梯度也增大了很多倍，随棒的分布呈周期变化。在磁极中放入搓齿棒后，搓齿棒的磁场分布大小明显大于圆形棒的磁场分布。搓齿棒的最高磁场强度可达3.148T（31480GS），而圆形棒的最高磁场只有2.573T(2573GS)。搓齿棒表面的场强梯度增大了很多倍，而且梯度db/dy变化剧烈，圆形棒的场强梯度增加值很小，而且梯度db/dy变化很平缓。这是因为搓齿棒表面形状变为凹面，磁化后表面磁力线聚集，并形成尖角效应，使局部场强扩大。其次是磁介质材质的影响，介质盒的导磁介质棒由原来的0Cr13或1Cr17导磁不锈钢改为采用导磁性能的材料，大大提高了磁介质表面的磁场强度和磁场梯度，从而提高了磁介质对弱磁性物质的捕获能力。导磁不锈钢的磁饱和是11000GS，最高梯度也不超过16000GS，而高砺磁性能的材料磁饱和可达22000GS， 最高梯度可达到30000GS以上。4 液位自动平衡控制系统维持矿浆液面高度是使高频振动充分发挥作用、保证良好分选效果的关键因素。矿浆液位的控制是在液位箱11设置液位传感器监测，电磁阀自动补矿。当矿浆液位过低时，液位压力传感器给出信号，电磁阀自动启动，开始补矿，液位达到设定时，电磁阀自动复位，停止补矿。当矿浆液位过高时，矿浆从液流管流入尾矿池的同时，液位传感器给出信号，报警器报警提示操作人员处理；当给矿量有010的波动时，磁选机可以靠本身的自我调节能力稳定液位。如果给矿量的波动很大，用户应在给矿前面安装一个恒压箱，让多余的矿浆回流原矿池，保证磁选机给矿量的波动小于10。矿浆液位长期维持在设定范围，可以保证稳定的精矿品位和稳定的高回收率。5 磁选机分选试验在高梯度磁选机中，矿物处在背景磁场与梯度磁场的叠加磁场之中，当不改变激磁电流，即不改变背景磁场的大小，在能耗基本不变的前提下，对磁选介质棒的表面进行搓齿处理，能有效的提高矿物产率和矿物的回收率。试验采用海南联合矿业有限公司经过弱磁磁选后的尾矿，该样品构成以赤铁矿为主，此外还有少量的磁铁矿和硫铁矿，全铁品位为42.67%。在其它磁选条件基本不变的前提下，采用搓齿棒与圆棒磁介质进行对比试验，磁选试验结果如表2。表2 搓齿棒与圆棒磁介质对比试验结果（）：项 目圆 棒搓齿棒给矿品位42.6742.67精矿品位60.2960.16尾矿品位26.4522.15产率47.9353.98回收率67.7276.11 对搓齿棒与圆棒的精矿进行粒级分析，结果如下：表3 圆棒介质精矿粒级分布：粒 级质量/gTFe/%质量分布率 /%金属分布率/%个别累计个别累计+0.2772.3853.141.511.511.511.51-0.270+0.150286.6557.655.987.495.987.49-0.150+0.106715.6657.8514.9322.4214.9322.42-0.106+0.075782.2960.2116.3238.7416.3238.74-0.075+0.058937.6061.6319.5658.319.5658.3-0.058+0.048916.0361.9819.1177.4119.1177.41-0.048+0.038791.4061.0116.5193.9216.5193.92-0.038291.4459.216.081006.08100表4 搓齿棒介质精矿粒级分布：粒 级质量/gTFe/%质量分布率 /%金属分布率/%个别累计个别累计+0.2771.2653.041.321.321.161.16-0.270+0.150251.057.574.655.974.455.61-0.150+0.106713.6357.3813.2219.1912.6118.22-0.106+0.075870.1860.1116.1235.3116.1134.33-0.075+0.0581088.2661.3820.1655.4720.5754.89-0.058+0.0481082.3261.5520.0575.5220.5175.41-0.048+0.038933.8761.0317.3092.8217.5592.95-0.038387.5959.047.181007.05100 从上述试验可以看出：对于细粒级的矿物，在不增加背景磁场强度的前提下，使用经过表面搓齿处理的磁选介质能更好地回收精矿。6. 工业生产(1) 山东邹平魏桥再生资源利用有限公司2008年10月至今，山东邹平魏桥再生资源利用有限公司使用DLS-200立环高梯度机从事赤泥选铁生产，： 在生产中随机抽取某一批次样品经化学分析，结果如下： (2)给 矿尾 矿精 矿 68.95 16.6440.15 100 27.98100.00DLS-200高梯度磁选机）图例： 产率%. 品位%回收率 31.05 53.1659.85 湖南衡阳嘉兴陶瓷材料厂2010年8月至今，湖南衡阳嘉兴陶瓷材料厂使用DLS-200立环高梯度机从事长石除铁提纯生产，在生产中随机抽取某一批次样品经化学分析，结果如下： 1. 原矿：（1）：化学成份分析灼烧SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2O