非金屬礦產(chǎn)資源、金屬礦產(chǎn)資源和燃料礦產(chǎn)資源并稱(chēng)為世界上三大類(lèi)礦產(chǎn)資源，其中非金屬礦產(chǎn)資源由于特殊的理化性能而被廣泛應用于航天、電子、能源、通信、建材等領(lǐng)域。
近年來(lái)，我國非金屬礦發(fā)展迅速，并且對非金屬礦質(zhì)量要求越來(lái)越高。對于大多數非金屬礦產(chǎn)品而言，含鐵元素雜質(zhì)是其中最主要也是最有害的成分，直接影響非金屬礦的產(chǎn)品質(zhì)量等級。在一些行業(yè)如石英玻璃、耐火材料和陶瓷原料等諸多應用領(lǐng)域，對非金屬礦進(jìn)行除鐵提純已經(jīng)成為非金屬礦選礦中重要的工藝步驟。非金屬礦中的鐵分為兩種，即混入機械鐵和礦物本身所含有的強磁及弱磁性鐵礦物。強磁性雜質(zhì)比較容易去除，采用弱磁選設備即可實(shí)現，但是其中的弱磁性雜質(zhì)由于磁性弱、含量少、粒度細常規設備難以去除，需要一種高分選精度，高磁場(chǎng)強度和高磁場(chǎng)梯度的磁選設備來(lái)進(jìn)行選別。
北京礦冶研究總院針對非金屬礦除鐵提純存在的問(wèn)題，研發(fā)了GCG型干式電磁高梯度強磁選機，用于-2mm以下細粒非金屬礦物的干式分選，該設備磁場(chǎng)強度高，磁場(chǎng)梯度大，從而保證了分選空間強大的磁場(chǎng)力，整機結構上采用雙通道雙分選的選礦方法，分選精度和處理量大幅提升。目前該設備在高純石英砂、藍晶石、鉀長(cháng)石等非金屬礦除鐵提純中得到了廣泛的應用，大幅提高了非金屬礦的質(zhì)量等級，取得了較好的經(jīng)濟效益。
1 GCG型強磁選機
1.1 工作原理
GCG型強磁選機分選原理如圖1所示，設備整體為雙通道四輥結構，四個(gè)感應輥沿線(xiàn)圈中心對稱(chēng)布置，設備主要由給料裝置、磁軛，激磁線(xiàn)圈，感應輥、接礦槽等部分組成，激磁方式為電磁線(xiàn)圈，線(xiàn)圈冷卻方式為自然風(fēng)冷。
圖1 GCG型強磁選機分選原理圖
工作時(shí)，激磁線(xiàn)圈通以直流電，磁路中產(chǎn)生磁通，由于感應輥的聚磁作用，在分選空間內產(chǎn)生高場(chǎng)強。位于設備下部的兩個(gè)驅動(dòng)裝置分別帶動(dòng)兩個(gè)分選通道的感應輥轉動(dòng)，兩個(gè)給料斗同時(shí)給料進(jìn)入兩個(gè)分選通道，非金屬礦物首先經(jīng)過(guò)第一個(gè)感應輥，經(jīng)過(guò)分選后產(chǎn)生磁性與非磁性?xún)煞N礦物，非磁性物料經(jīng)中部上接料槽排出，非磁性礦物進(jìn)入到下部感應輥進(jìn)行二次分選，如此在一臺設備上進(jìn)行了一次粗選一次精選，保證了除鐵效率。
1.2 性能特點(diǎn)
（1）磁場(chǎng)力大，磁場(chǎng)分布合理
感應輥是磁選機的關(guān)鍵部件，GCG型采用疊加平齒結構，磁場(chǎng)強度達到20000GS以上，磁場(chǎng)梯度也高達到1×107GS/m以上，且磁場(chǎng)峰值密度更大，磁場(chǎng)分布如圖2所示。該磁場(chǎng)可以高效分離出非金屬礦物中比磁化系數為1.9×10-7~7.5×10-6的弱磁性雜質(zhì)。
圖2 感應輥磁場(chǎng)分布圖
（2）磁能利用率高，分選精度高
磁路結構直接影響磁場(chǎng)的分布，為了達到較高的磁場(chǎng)強度，磁路要盡可能的短，空氣隙要盡可能小，漏磁要盡可能小，基于以上考慮設計了如圖3所示“日”字形磁路。整個(gè)磁路采用鎧裝結構，激磁線(xiàn)圈設在中心的磁軛上，感應輥分布在磁路的四周，磁力線(xiàn)走向沿磁路對稱(chēng)分布。
1-感應輥 2-磁路 3-線(xiàn)圈
圖3 “日”字型磁路結構
采用“日”字型磁路，在單一磁源條件下配置了四個(gè)感應輥，實(shí)現了單臺設備對同時(shí)對兩路物料的一次粗選和一次精選，大幅提高了分選精度，設備處理量也成倍提高。
（3）單層均勻布礦
干式物料最常用的給料方式是電磁振動(dòng)給料機，其缺點(diǎn)是故障率高。GCG型電磁強磁選機的不再采用振動(dòng)給料器，而是設計了新的給料裝置，如圖4所示，該給料裝置分為儲料區和給料區，儲料區用來(lái)儲存物料，對物料的堆積起緩沖作用，底部給料去區與儲料區通過(guò)縫隙相通，且聯(lián)通縫隙底部給料板與水平面設計為大于60°斜角結構，有利于兩個(gè)儲料區干式細粒物料的流通。干式礦粒流通到輔儲料區后以一定的角度堆積于輔儲料區，但是不能充滿(mǎn)，故該給料區物料松散。
圖4 給料裝置工作原理圖
本給料裝置完全依靠礦物自身重力來(lái)給料，通過(guò)控制放料板和擋條的間隙不僅能均勻給料而且還能控制給料量的大小，由于物料在放礦空間內堆積較為松散，不易造成給料斗的堵塞。
1.3 主要技術(shù)參數
GCG型電磁感應輥強磁選機目前應用較多的有3中規格型號，分別為GCG1550-2、GCG1550-4和GCG15100-4，磁場(chǎng)強度均達到20000GS以上，主要技術(shù)參數見(jiàn)表1。
表1 GCG型強磁選機技術(shù)參數
|
型號
|
GCG1550-2
|
GCG1550-4
|
GCG15100-4
|
|
感應輥規格/mm
|
Φ150×500
|
Φ150×500
|
Φ150×1000
|
|
感應輥數量/個(gè)
|
2
|
4
|
4
|
|
磁場(chǎng)強度/ GS
|
＞20000
|
＞20000
|
＞20000
|
|
分選粒度/ mm
|
-2
|
-2
|
-2
|
|
處理能力/(t·h-1)
|
0.5~1
|
1~2
|
2~4
|
|
激磁功率/kW
|
1.5
|
2.0
|
3.6
|
|
入礦含水率/%
|
＜1
|
＜1
|
＜1
|
2 GCG型強磁選機的應用
2.1 在高純石英砂除鐵中的應用
高純石英砂一般是指SiO2含量高于99.99%的石英分體，是石英玻璃、石英坩堝和集成電路塑封料的主要原材料，廣泛應用于大規模及超大規模集成電路、太陽(yáng)能電池板、航天、軍事等行業(yè)中。
高純石英砂礦中除去石英外，還含有長(cháng)石、云母及含鐵礦物等雜質(zhì)，必須通過(guò)浮選或者磁選方法來(lái)去除這些雜質(zhì)來(lái)提高高純石英砂純度等級。近年來(lái)GCG型電磁感應輥強磁選機在江蘇、黑龍江、江西等高純石英砂生產(chǎn)廠(chǎng)得到了廣泛的應用取得了較好的經(jīng)濟效益。
江蘇某高純石英砂生產(chǎn)企業(yè)2010年采用北京礦冶研究總院研制的GCG1550-4型電磁感應輥強磁選機應用于其選礦流程的除鐵作業(yè)，見(jiàn)圖5所示，實(shí)踐表明通過(guò)弱磁除鐵，浮選，酸洗后石英砂含鐵量為0.00118%，烘干后再經(jīng)GCG1550-4電磁感應輥強磁選機分選后可獲得含鐵量為0.00021%高純石英砂，除鐵率在82%以上，大幅降低了高純石英砂的含鐵量，實(shí)現了高純石英砂礦的有效利用。
2.2 在藍晶石除鐵中的應用
藍晶石是一種重要的非金屬原料，主要用途是生產(chǎn)高溫耐火材料，而藍晶石中的Fe2O3是有害成分，會(huì )導致藍晶石制品耐火度降低，力學(xué)性能變差，嚴重影響了藍晶石的使用性能。
河北某藍晶石廠(chǎng)生產(chǎn)藍晶石，主要礦物成分有藍晶石、黑云母片、石榴石和石英等，主要雜質(zhì)是磁鐵礦、赤鐵礦及少量鈦鐵礦和黃鐵礦。該廠(chǎng)在進(jìn)行設備改造前，采用磁選-浮選-磁選的生產(chǎn)工藝流程，原礦經(jīng)破碎磨礦至-74μm占60%左右，經(jīng)兩次濕式磁選、一次浮選后藍晶石含鐵量在1.86%左右，干燥后再經(jīng)過(guò)一次強磁干選后終獲得藍晶石含鐵量在1.64%左右，除鐵率為11.8%，其中強磁干選設備采用永磁筒式干選機，磁場(chǎng)強度為4000GS。
為了降低藍晶石礦含鐵量，提高礦山的綜合經(jīng)濟效益，2013年該廠(chǎng)采用GCG15100-4型電磁感應輥強磁選機取代原流程末端的永磁筒式干選機，選礦流程見(jiàn)圖6。實(shí)踐表明，在給入磁選機藍晶石含鐵量1.86%條件下，經(jīng)過(guò)該設備后，藍晶石含鐵量降低到1.02%，除鐵率在45%以上，給該企業(yè)帶來(lái)了較好的經(jīng)濟效益。
2.3 在鉀長(cháng)石除鐵中的應用
鉀長(cháng)石是一種富含鉀的硅酸鹽礦物，其分子式為KAlSi3O8，具有熔融溫度低，熔融間隔時(shí)間長(cháng)及熔融液粘度高的特點(diǎn)，是工業(yè)上生產(chǎn)玻璃和陶瓷的重要原材料。在鉀長(cháng)石應用過(guò)程中鐵是有害雜質(zhì)，直接影響其使用性能，因此最大限度的去除鉀長(cháng)石中的鐵是高效利用鉀長(cháng)石資源的關(guān)鍵。
河南某鉀長(cháng)石廠(chǎng)2012年新建一條年處理3萬(wàn)噸鉀長(cháng)石生產(chǎn)線(xiàn)，原礦經(jīng)破碎-高壓輥磨-弱磁干選后得到含鐵量為0.58%的鉀長(cháng)石精礦。為了降低精礦含鐵量，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，2013年該廠(chǎng)進(jìn)行工藝流程改造，采用GCG1550-4電磁強磁選機進(jìn)行鉀長(cháng)石精礦的干法強磁除鐵提純，生產(chǎn)流程見(jiàn)圖7。實(shí)踐表明經(jīng)過(guò)GCG1550-4磁選機后，鉀長(cháng)石含鐵量由0.58%降低到0.11%，除鐵率在81%以上，產(chǎn)品質(zhì)量得到大幅提升。
3 結語(yǔ)
（1）GCG型電磁強磁選機具有磁場(chǎng)強度高，磁場(chǎng)梯度大，磁場(chǎng)峰值密集等特點(diǎn)適應用于細粒非金屬礦物除鐵，可以高效分離出非金屬礦物中比磁化系數為1.9×10-7~7.5×10-6的弱磁性雜質(zhì)。
（2）GGC型強磁選機具有兩個(gè)分選通道，設備處理能力大幅提升；每個(gè)分選通道上下布置兩個(gè)感應輥，可以對礦物進(jìn)行一次粗選一次精選兩次分選，確保了分選指標。
（3）GCG型強磁選機具有自重力布料裝置，實(shí)現了非金屬物料依靠自身重力達到單層顆粒均勻布料的目的，解決了振動(dòng)給料機穩定性與持續性較差，且無(wú)法實(shí)現細粒礦物單層給料的難題。
（4）GCG型電磁強磁選機目前已經(jīng)廣泛應用到高純石英砂、藍晶石及鉀長(cháng)石等非金屬礦的除鐵提純作業(yè)，取得了良好的除鐵效果，實(shí)現了非金屬礦的高效利用。
（5）2013年GCG型電磁強磁選機通過(guò)技術(shù)鑒定，認為該磁選機技術(shù)先進(jìn)，性能優(yōu)良，對非金屬礦除鐵效果好，達到國際領(lǐng)先水平，并獲得同年中國有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎一等獎。
本文作者魏紅港，冉紅想（北京礦冶研究總院，北京，100160），文章收錄于第十五屆非金屬礦加工利用技術(shù)交流會(huì )論文集中。
|
