平行和垂直交叉排列組合棒介質(zhì)高梯度磁選對比研究

1、平行和垂直交叉排列組合棒介質(zhì)高梯度磁選對比研究游志程 陳祿政 劉文博 鄭永明（昆明理工大學國土資源工程學院，云南 昆明 650093）摘 要 為研究棒介質(zhì)排列組合對高梯度磁選效果的影響，應(yīng)用“單元介質(zhì)分析法”，選擇鐵 品位 38.10%的細粒赤鐵礦，進行棒介質(zhì)絲平行與垂直交叉排列組合對比研究。結(jié)果表明，與單一絲 徑棒介質(zhì)比較，不同絲徑組合式棒介質(zhì)可以兼顧對不同粒級磁性礦粒的選擇性捕獲，有利于提高分 選指標，且組合程度越高，提升分選指標越明顯；介質(zhì)絲平行與垂直交叉排列組合各有特點，后者 捕獲概率大些，但夾雜現(xiàn)象多些，因此精礦產(chǎn)率和鐵回收率更高，但精礦品位更低。關(guān)鍵詞 脈動高梯度磁選 組合式棒介質(zhì)

2、 排列組合 赤鐵礦Comparative investigation between parallel and perpendicular combination matrices in high gradient magnetic separationYou Zhicheng Chen Luzheng Liu Wenbo Zheng Yongming（1. Faculty of Land Resources Engineering , Kunming University of Science and Technology , Kunming 650093, China）Abstract W

3、ith Slice Matrix Analysis method, the high gradient magnetic separation performances for a fine hematite ore assaying 38.10% Fe are comparatively investigated between parallel and perpendicular combinations for rod elements in rod matrix, to study the effect of rods combination on the separation per

4、formance. The results of investigation indicate that the combinative rod matrix consisting of different diameter rod elements achieves a simultaneous selectivity for coarse and fine magnetic particles, improving the separation performance, and the more deeply are the rod elements combined, the more

5、the performance is improved. The parallel and perpendicular combinations showed different separation characteristics, and the perpendicular one has a higher capture probability formagnetic particles and anincreased inclusion for intergrowths and gangues, resulting in improved concentrate mass and ir

6、on recovery with deterioration in concentration grade.Keywords Pulsating high gradient magnetic separation, Combinative rod matrix, Rods combination, Hematite ore棒介質(zhì)作為實現(xiàn)脈動高梯度磁選過程的載體， 具有工作可靠性高、 易于優(yōu)化排列組 合、不易堵塞、分選指標穩(wěn)定、效率高等優(yōu)點，當前廣泛用于氧化鐵礦、鈦鐵礦、錳礦 和鎢礦的選礦，以及非金屬提純和廢水處理 1-2 。因此，關(guān)于棒介質(zhì)磁力捕獲及排列組 合的研究成為高梯度強磁選領(lǐng)域的一個重

7、點。近年， Chen Luzheng 等提出一種“單元 介質(zhì)分析”法 3 ，可以通過試驗分析研究確定介質(zhì)絲排列組合對高梯度磁選效能的影 響。結(jié)果表明，不同介質(zhì)絲徑搭配對高梯度磁選的分選效能具有明顯影響。但是，已有的研究工作， 主要是集中在棒介質(zhì)絲平行交叉排列組合的限制條件下展 開 4-5 。為了進一步研究棒介質(zhì)絲排列組合優(yōu)化對脈動高梯度磁選效能的影響，本文進 行棒介質(zhì)絲平行交叉 （層與層之間介質(zhì)絲相互平行） 與垂直交叉 （層與層之間介質(zhì)絲相互垂直）兩類排列組合的對比研究。1理論基礎(chǔ)對不同直徑棒介質(zhì)絲，磁力作用的距離相同時，弱磁性赤鐵礦受到磁力大小的比值 （以下簡稱磁力比）可以表示為4:Rm 二

8、，D 2 .J 3（Fm NN D d式中，Rm為磁力比，F(xiàn)m D和Fm N分別為半徑為D和N的棒介質(zhì)絲作用于礦粒的磁力, d為磁力捕獲距離，即棒介質(zhì)絲表面到礦粒中心的距離。根據(jù)公式（1），在一個組合式棒介質(zhì)內(nèi)，只要不同直徑棒介質(zhì)絲的間距取值相匹配， 可以使礦粒受到相同大小的磁力作用，這即是組合式棒介質(zhì)設(shè)計的理論基礎(chǔ)。2實驗與方法2.1試樣性質(zhì)試樣鐵品位38.10%，主要鐵礦物為赤鐵礦，脈石礦物主要為石英和長石。由篩析 結(jié)果表1,該試樣的粒度粗細不均，鐵在細粒級有明顯的富集現(xiàn)象。表1試樣篩析結(jié)果Table 1 Size distribution analysis of sample.粒級/mm

9、產(chǎn)率/%鐵品位/%鐵分布率/%+0.07419.8028.0514.58-0.074+0.04414.7536.2114.02-0.044+0.03811.0042.5812.29-0.03854.4541.3659.11試樣100.0038.10100.002.2單元介質(zhì)分析法“單元介質(zhì)分析法（SMA ”的核心，是將棒介質(zhì)堆看作多個單元介質(zhì)模塊的有機組合，從而實現(xiàn)對介質(zhì)堆內(nèi)部磁性礦粒捕獲行為的定性分析和定量測定。如圖2,首先制作一系列由單層或多層介質(zhì)單絲排列的單元介質(zhì)模塊，然后選擇若干單元介質(zhì)模塊進行有機排列組合，得到不同排列組合的棒介質(zhì)堆30介質(zhì)模塊模塊組合棒介質(zhì)圖2單元介質(zhì)分析法示意圖F

10、ig.2 Schematic of Slice Matrix Analysis (SMA) method.2.3棒介質(zhì)絲組合模式對棒介質(zhì)絲進行平行交叉與垂直交叉兩類排列組合對比研究，各組合參數(shù)見表2,各單元介質(zhì)模塊見圖3,平行交叉和垂直交叉方式見圖4。表2棒介質(zhì)絲組合模式列表(均為16層介質(zhì)絲).Table 2 Combinative modes for rod elements in rod matrix (16 layers rods for all combinations).排列模式介質(zhì)堆組合參數(shù)1-1平行交叉上1塊$ 3 mm下1塊$ 2 mm絲徑介質(zhì)模塊交替2-2平行交叉上2塊$

11、3 mm下2塊$ 2 mm介質(zhì)模塊交替4-4平行交叉上4塊$ 3 mm下4塊$ 2 mm介質(zhì)模塊交替3 mm平行交叉單一 $ 3 mm絲徑介質(zhì)模塊2 mm平行交叉單一 $ 2 mm絲徑介質(zhì)模塊3 mm垂直交叉單一 $ 3 mm絲徑介質(zhì)模塊2 mm垂直交叉單一 $ 2 mm絲徑介質(zhì)模塊1.5 mm垂直交叉單一 $ 1.5 mm絲徑介質(zhì)模塊圖3 1.5、2和3 mm絲徑單元介質(zhì)模塊.Fig.3 1.5, 2 and 3 mm diameter slice matrix.o o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o o o o o oo o o o o o o o

12、 o o o o oo o o o o o平行交叉排列圖4平行與垂直交叉排列組合示意圖.Fig.4Schematic for parallel and perpendicular combination of rod elements.3試驗結(jié)果與討論3.1平行交叉排列組合試驗應(yīng)用SLon-100周期式脈動高梯度磁選機，固定背景磁場強度1.0 T、脈動沖程6 mm 脈動沖次180 r/min、礦漿流速14 L/min和給礦量120g，平行交叉排列組合試驗結(jié)果見 表3，各精礦篩析結(jié)果見表4。表3平行交叉排列組合試驗結(jié)果.Table 3 Comparative results for parall

13、el combinations.排列組合精礦產(chǎn)率%鐵品位%鐵回收率%1-1平行交叉50.4248.0963.642-2平行交叉49.3049.4263.954-4平行交叉43.8349.9257.433 mm平行交叉41.0051.8455.792 mm平行交叉42.2651.0456.61由表3，采用2 mn或 3 mm單一絲徑棒介質(zhì)，獲得精礦指標相近。但是，當2 mn與3 mm介質(zhì)絲形成不同絲徑的組合式棒介質(zhì)后， 精礦品位下降，但精礦產(chǎn)率和鐵回收率明 顯上升。不同介質(zhì)絲組合程度越高，精礦指標與單一絲徑棒介質(zhì)相距越明顯；如，排列 組合1-1和2-2明顯優(yōu)于4-4，而表3組合式棒介質(zhì)中，排列組

14、合4-4與單一絲徑棒介 質(zhì)排列組合模式最接近。組合式棒介質(zhì)獲得更高精礦產(chǎn)率和鐵回收率的原因，是由于其更能兼顧對試樣中不同粒級磁性礦粒的選擇性捕獲 呵。而2 mm單一絲徑棒介質(zhì)的精礦產(chǎn)率和鐵回收率咼于 3 mm是因為細絲介質(zhì)表面可以產(chǎn)生更高的磁場梯度，如公式（2）所示，從而對磁性礦粒產(chǎn)生更強的磁捕獲力。2agradH = _M 飛(2)r式中，gradH為磁場梯度，M為介質(zhì)絲的磁化強度，a為介質(zhì)絲半徑，r為礦粒到介質(zhì)絲中心的距離。表4精礦篩析結(jié)果.Table 4 Size distribution analysis for concentrates.排列組合產(chǎn)率/%鐵品位/%鐵回收率/%+0.0

15、38mm-0.038mm+0.038mm-0.038mm+0.038mm-0.038mm1-1平行交叉25.1925.2342.0454.1367.9760.642-2平行交叉23.2526.0545.2353.1667.5061.494-4平行交叉20.5823.2542.6056.4056.2758.233 mm平行交叉24.1816.8244.4462.4868.9746.662 mm平行交叉17.9524.3145.9454.8152.9359.16由表4精礦篩析結(jié)果證實了上述分析。對單一絲徑棒介質(zhì)，3 mn平行交叉組合棒介質(zhì)對粗粒級礦物的捕獲效果優(yōu)于2 mm而對細粒級正好相反，這與生

16、產(chǎn)實踐相符；而 2mm和3 mm介質(zhì)絲有效排列組合后，棒介質(zhì)對試樣中粗、細粒級磁性礦物的捕獲效率均 明顯提高。3.2平行與垂直交叉排列組合對比試驗應(yīng)用SLon-100周期式脈動高梯度磁選機，選擇與平行交叉排列組合試驗完全相同 的試驗條件，進行平行與垂直交叉排列組合對比試驗，結(jié)果見表5。表5平行與垂直交叉排列組合對比試驗結(jié)果.Table 5 Comparative results between parallel and perpendicular combinations for rodelements in rod matrix.排列組合產(chǎn)率/%鐵品位/%鐵回收率/%3 mm平行交叉41.0

17、051.8455.793 mmB直父叉47.1447.3958.632 mm平行交叉42.2651.0456.612 mmB直父叉49.3846.3160.021.5 mm平行交叉40.5851.9555.331.5 mm垂直父叉45.3447.7956.87由表5結(jié)果可知，3、2和1.5 mm絲徑分別排列組合的單一絲徑棒介質(zhì)，具有相同 的分選規(guī)律，即與平行交叉排列組合比較，垂直交叉的精礦產(chǎn)率和鐵回收率更高， 但精 礦品位更低。這是由于，平行交叉排列時(見圖4),脈動礦漿在棒介質(zhì)內(nèi)的流動性更好，這有利于提高分選的選擇性，從而提升精礦品位；但是，此時礦粒受到的脈動流體 阻力相應(yīng)更大，不利于介質(zhì)絲

18、捕獲細粒和微細粒弱磁性礦粒， 從而降低鐵回收率。 顯然， 平行交叉和垂直交叉兩種排列組合模式捕獲磁性礦粒各有特點， 前者捕獲概率小些， 夾 雜現(xiàn)象少些，因此回收率更低，而精礦品位更高；后者選擇性差些，夾雜多些，回此回 收率更高，而精礦品位更低。4 結(jié)論 (1)由不同絲徑棒介質(zhì)絲形成組合式棒介質(zhì)，由于更能兼顧對不同粒級磁性礦粒 的選擇性捕獲，可以獲得更高的精礦產(chǎn)率和鐵回收率； 不同絲徑的介質(zhì)絲組合程度越高， 提升分選指標的程度越高。(2)平行交叉和垂直交叉兩種排列組合模式捕獲磁性礦粒時各有特點，前者捕獲 概率小些，夾雜現(xiàn)象少些，因此回收率更低，而精礦品位更高；后者選擇性差些，夾雜 多些，回此回收

19、率更高，而精礦品位更低。參考文獻：1 熊大和 . 弱磁性礦粒在棒介質(zhì)高梯度磁場中的動力學分析J. 金屬礦山 , 1998 (8): 19-22.2 Xiong Dahe, Liu Shuyi, Chen Jin. New technology of pulsating high gradient magnetic separationJ.International Journal of Mineral Processing, 1998, 54 (2): 111-127.3 Chen Luzheng, Ding Li, Huang Jiangxiong. Slice matrix analysi

20、s for combinatorial optimization of rod matrix in PHGMSJ. Minerals Engineering, 2014, 58: 104-107.4 Chen Luzheng, Qian Zhihua, Wen Shuming, Huang Songwei. High-Gradient magnetic separation of ultrafine particles with rod matrixJ. Mineral Processing & Extractive Metallurgy Review. 2013, 34(5) : 340-347.5 曾劍武 , 陳祿政 , 丁利 , 張惠芬 . 棒介質(zhì)組合方式對脈動高梯度磁選效果的影響 J. 金屬礦山 , 2015 (3): 161-164.6 黃健雄 , 陳祿政 , 丁利 . 圓柱形棒介質(zhì)排列組合對高梯度磁選指標的影響 J. 礦冶 , 2014 (2): 30-33.7 Svoboda J. A real