CN116984119A - 一种铁矿石平环干式磁选装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明针对现有铁矿石采用湿式平环强磁选机存在的水量消耗大、工艺复杂、环境污染大的问题，发明了一种铁矿石平环干式磁选方法及装置，采用的工艺为：细磨铁矿石采用低压空气通过矿粉喷枪制成气固两相流，将气固两相流自上往下通入到介质盒内，介质盒在磁极的磁感应强度作用下产生感应磁场，气固两相流在流经介质盒时，气固两相流中磁性物料在感应磁场作用下吸附到通道内表面，而非磁物料则随空气一起作为尾矿气固两相流从介质盒下部流出，从而将铁矿石中磁性物料和非磁性料进行分离，得到铁精矿和尾矿。实现了铁矿石选矿过程不用水，通过干式磁选方法进行铁矿石的选矿，同时生产中无废水和废气外排，实现了选矿的清洁化生产。
Description
技术领域
本发明属于冶金矿物工程技术领域，涉及一种铁矿石平环干式磁选装置及方法。
背景技术
在选矿企业常用高梯度磁选机进行铁矿石的选矿，高梯度磁选机选矿的基本原理是利用软磁材料制成的介质，在电磁感应作用下产生高梯度强磁力，以捕收细粒弱磁性矿物。现有的高梯度磁选机按其工作方式可分为周期式和连续式两类。周期式高梯度磁选机可获得较高的磁场强度和较大的分选空间，其缺点是只能间断工作，这种设备在工业生产中主要用于非金属矿的提纯和废水处理。连续式高梯度磁选机是针对金属矿选矿而发展起来的，其适应范围较广泛，例如氧化铁矿、黑钨矿、锰矿、钛铁矿、铬铁矿等细粒弱磁性矿物的分选。
强磁磁选机按磁铁种类可分为永磁磁选机和电磁磁选机两类；按照选矿方式的干湿可以分为干式磁选机和湿式磁选机。高梯度磁选机是强磁磁选机的一种，一般分为平环强磁选机和立环强磁选机两类，平环强磁选机是强磁选设备中发展最快的一种设备，平环磁选机分弱磁磁选机和强磁磁选机两大类。强磁磁选机适于用弱磁矿选矿或尾矿的再回收利用；弱磁磁选机适于用强磁矿的选矿。
目前，大型选矿企业仍以湿式强磁磁选机的选矿为主，弱磁磁选机要求强磁性矿物的比磁化系数在3000×10-6cm3/g以上，适用于选别粒度为0～6mm的强磁性矿物，磁选产品为磁性物料及非磁物料两种，属于该类的矿物有磁铁矿，磁黄铁矿等。赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等矿物须经磁化焙烧后才能进行选别。
湿式平环强磁选机是一种连续运转的粗粒磁选设备，主要由机架、铁芯、分选转盘、激磁线圈、磁极、给排矿装置和传动轴等组成。在机体支承结构上，直接用铁芯磁扼作支架，既缩小了设备尺寸又减轻了重量。立式传动轴通过减速机带动旋转，并以3~7rpm/min的速度带动水平环形分选盒在磁极之间转动。强磁磁选机通过调速电机转速快慢的调整，来控制磁选机的产量和精矿品位，一般入料浓度应小于20%，最佳浓度为15%左右，给矿量要控制在磁选机技术规格要求范围内，给料速度控制应相对稳定。
湿式平环强磁选机在选矿过程中，当水平环形分选盒内的介质盒旋转进入到磁场区域后，细磨铁矿石矿浆经给矿口加入到介质盒内，在给矿喷水管的水流作用下，矿粒呈松散状态进入到槽体的给矿区进行分选。在激磁线圈的磁场作用下，磁性矿粒发生磁聚而形成“磁团”或“磁链”，“磁团”或“磁链”在矿浆中受磁场力的作用而向磁极方向运动，而被吸附在介质盒的齿板表面，此后随着水平环形分选盒的旋转，介质盒转至无磁区域时，在卸矿水管喷出的冲洗水流作用下，吸附在齿板表面的磁性物料被压力水冲洗而进入到精矿槽中。矿浆中非磁物料在矿浆流动和自身重力作用下，沿齿板间隙继续往下流动，并进入到尾矿槽中随矿浆一起排出槽外，即可得到尾矿。此后，随着水平环形分选盒旋转分选箱又进入到另一无磁场区，开始反方向的磁化作用，进行同样的铁矿石分选过程。
湿式平环强磁选机优点：（1）强磁磁选机选别矿物的比磁化系数相对较小，具有富集比大、适应性强、工作可靠、操作维护方便等优点。（2）平环强磁选机磁极头包角较大，水平环形分选盒外环弧线较长，在磁极区域从给矿到分选有较充大的空间和时间，磁极磁场作用深度大，与给入的细粉铁矿石矿浆有较长的接触面积和接触时间，因而有较高的金属回收率。（3）平环强磁选机具有机械结构简单、配置合理、空间低、易大型化等优点，在国内进行了大规模的推广应用。（4）平环强磁选机的磁场强度最高可达12000gs以上，磁场梯度大、用电量少、性能稳定。平环强磁选机用于低品位弱磁性褐铁矿的分选中，能一次性提高褐铁矿铁品位5-15%。
湿式平环强磁选机在使用过程中存在的问题：（1）平环强磁选机的给矿方向和冲洗铁精矿的方向都是自上而下，矿浆中含有的粗粒矿物和树皮、草根和炸药皮等杂物都必须穿过介质盒的通道才能被冲洗出来。因此，平环强磁选机存在着介质盒容易堵塞和维护检修工作量大的问题。此外，平环强磁选机选矿指标随着磁板磁介质内堵塞物的增加而急剧下降，工作过程很不稳定。（2）为了保证平环强磁选机能正常运转而不发生堵塞，要求对给矿进行严格的隔碴、隔粗措施，精矿冲洗水压应在0.2MPa以上。（3）平环强磁选机的齿板在使用前，应先把齿板装在介质盒内，再把介质盒放进水平环形分选盒内。为使介质盒放入和抽出方便，要求介质盒与分选腔的接触不能过紧，这就造成介质盒在强磁力的作用下，容易在分选腔内窜动，造成介质盒的损坏。（4）湿法磁选工艺路线长，后续产品含浓缩、过滤、脱水环节，增加了选矿成本及建厂投资费用。对于干旱缺水地区而言，该弊端显得尤为突出。（5）湿式磁选工艺会产生二次污染，影响地下水质；尾矿在库内堆存，日常运行须防漏水、溃坝，除增加产品成本外，还存在安全、环保隐患；尾矿库占地面积大，闭库后难以实现复垦。（6）湿式磁选生产的铁精矿含水量较高，在严寒地区，冬季生产时精矿储运困难，导致部分选矿厂冬季被迫停产，影响经济效益。
目前，铁矿石干法磁选工艺是将3mm以下粉矿经干式磨矿后，得到粒度-200目占80%以上的细粉物料，再将细粉物料加入到干式磁选机中，采用风力磁选的方法进行磁性物料和非磁性物料的分离。由于细粉物料进入到磁场空间后容易产生磁团聚，磁团聚中夹杂有大量的非磁物料，在风力磁选过程中这部分非磁物料很难与磁性物料进行分离，造成分选后的铁精矿中铁品位一般为50%左右，并且分选效率低，没有得到产业化推广应用。
干法工艺虽然存在上述不足之处，但磁选后的产品无需脱水环节，尾矿处置比较简单、方便，且符合国家倡导的环保政策，磁选后产品的处置成本大幅度降低。其次有利于严寒地区冬季连续生产，有利于干旱缺水地区降低选矿成本。因此，干法磁选工艺仍然具有不可替代的优势。
发明内容
本发明目的在于提供一种铁矿石平环干式磁选装置及方法，以解决湿式平环强磁选机存在的上述问题，提高传统干法磁选工艺生产的铁精矿品位和金属回收率，在传统湿式平环强磁选机设备的基础上，采用气固两相流代替原有的矿浆，并对相应的设备进行改造，使现有的平环强磁选机实现干式磁选，达到逐步替代选矿领域湿式磁选工艺的目的。
一种铁矿石平环干式磁选装置，包括机架，机架顶部设置有动力装置，该动力装置与设置在机架中部的转轴传动连接，转轴上固接有水平设置的分选环；机架左右两侧设置有磁力线方向与分选环轴线垂直的永磁磁系，永磁磁系包括内磁极、外磁极、磁系支架以及金属密封罩，内磁极位于分选环的内侧，外磁极位于分选环的外侧，内磁极和外磁极均安装在磁系支架内，并通过安装在磁系支架顶部的金属密封罩构成闭合磁系；金属密封罩顶部设有给矿喷入，给矿喷入口与设置机架外侧的矿粉喷枪流体连通，矿粉喷枪尾部连接有细磨矿加料斗和罗茨鼓风机；机架底部设有精矿料斗和尾矿收集罩，尾矿收集罩位于永磁磁系正下方，且与设置在机架外侧的布袋除尘器流体连通，布袋除尘器底部连接有尾矿料斗。
进一步的，所述内磁极和外磁极的磁极面为同心圆的凸凹弧面，内磁极与外磁极之间留有分选环通过的弧形通道，从而形成具有均匀背景磁场的分选空间。
进一步的，所述分选环包括内环、外环以及安装在内环与外环之间的多个介质盒，每个介质盒之间安装非导磁隔板，内环与转轴固定连接。
进一步的，所述介质盒包括单面齿板介质和多个双面齿板介质，所述单面齿板介质与双面齿板介质固设于非导磁隔板之间，且多个所述双面齿板介质排布在两个所述单面齿板介质之间。
进一步的，所述动力装置包括电机和减速器，所述电机与减速器连接，减速器与转轴通过齿轮传动连接。
进一步的，所述布袋除尘器顶部连接有排风机，排风机的出风口与罗茨鼓风机的进风口之间连接有循环风管，循环风管上安装有阀门。
本发明工作原理如下：粉状铁矿石以气固两相流的形式进入到磁选区域后，由于粉状铁矿石在空气中呈高度分散状态，不会产生磁团聚现象，粉状铁矿石中的磁性物料除受重力、流体流动的惯性力外，还受到磁源的磁感应力作用，使磁性物料在自上往下流动过程中经过介质盒通道时向介质盒表面流动，而吸附在介质盒的内表面上；粉状铁矿石中的非磁物料只受重力和流体流动的惯性力作用，在自上往下流经介质盒后，从介质盒的下部排出，实现了铁矿石中磁性物料和非磁物料的分离。
一种利用铁矿石平环干式磁选装置进行磁选的方法，包括以下步骤：
（1）将粒度为-200目占80~90%的铁矿石加入到细磨矿加料斗，铁矿石在重力作用下流动到矿粉喷枪中，在罗茨鼓风机鼓入的低压风作用下，铁矿石变成气固两相流；
（2）气固两相流通过平环干式磁选机左右两侧的给矿喷入口吹入到介质盒内，气固两相流在自上往下流过介质盒的通道时，气固两相流中的磁性物料就会在电磁场的作用下产生电磁感应，并在电磁感应力的作用下吸附到介质盒通道的内表面上，而气固两相流中的非磁物料由于不受电磁感应力的作用，而随空气一起流动，并作为尾矿气固两相流从介质盒的下部流出；
（3）平环干式磁选机左右两侧的尾矿气固两相流通过尾矿收集罩收集后，得到的尾矿气固两相流从平环干式磁选机的下部排出；
（4）当吸附有铁精矿的介质盒在转轴的旋转作用下，转动到水平环形分选环的无磁区域时，铁精矿在重力作用下就会脱离介质盒内表面往下流动，然后再通过铁精矿收集罩进行收集，送入精矿料斗得到铁精矿；
（5）尾矿气固两相流在排气机负压作用下流动到布袋除尘器内，气固两相流中固体和气体发生分离，将收集的尾矿输送到尾矿料斗进行储存，排出的低尘空气通过排气机加压后，即可进行排放，也可作为循环空气进行循环利用；
（6）罗茨鼓风机吸入的空气既可采用循环空气，也可通过吸入口从大气中吸入空气进行利用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1）通过将细磨铁矿石采用低压空气变成气固两相流后，气固两相流通入到平环强磁选机的水平环形分选盒内进行干式磁选，可将铁矿石中的磁性物料和非磁物料分离，最终得到铁精矿和尾矿；
2）铁矿石通过平环干式磁选机的分选，可在不用水、采用较短流程的情况下，通过干式磁选的方法进行铁矿石的选矿；
3）铁矿石采用本发明平环干式磁选机选矿过程中，无废水和废气外排，可实现选矿过程的清洁化生产。
附图说明
图1为本发明铁矿石平环干式磁选机设备结构示意图；
图2中：a为图1中铁矿石平环干式磁选机的分选环与永磁磁系配合示意图，b为图1中铁矿石平环干式磁选机水平分选环结构图；
图3为图2中铁矿石平环干式磁选机介质盒结构图，其中：a为主视图，b为侧视图。
图中，1-机架、2-转轴、3-分选环、31-内环、32-外环、33-介质盒、331-单面齿板介质、332-双面齿板介质、34-非导磁隔板、4-永磁磁系、41-内磁极、42-外磁极、43-磁系支架、44-金属密封罩、5-给矿喷入口、6-矿粉喷枪、7-细磨矿加料斗、8-罗茨鼓风机、9-精矿料斗、10-尾矿收集罩、11-布袋除尘器、12-尾矿料斗、13-电机、14-减速器、15-排风机、16-循环风管、17-固定螺栓、18-通道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的解释说明。
如图1-2所示，一种铁矿石平环干式磁选装置，包括机架1，机架1顶部设置有动力装置，该动力装置与设置在机架1中部的转轴2传动连接，转轴2上固接有水平设置的分选环3；机架1左右两侧设置有磁力线方向与分选环3轴线垂直的永磁磁系4，永磁磁系4包括内磁极41、外磁极42、磁系支架43以及金属密封罩44，内磁极41位于分选环3的内侧，外磁极42位于分选环3的外侧，内磁极41和外磁极42均安装在磁系支架43内，并通过安装在磁系支架43顶部的金属密封罩44构成闭合磁系；金属密封罩44顶部设有给矿喷入口5，给矿喷入口5与设置机架1外侧的矿粉喷枪6流体连通，矿粉喷枪6尾部连接有细磨矿加料斗7和罗茨鼓风机8；机架1底部设有精矿料斗9和尾矿收集罩10，尾矿收集罩10位于永磁磁系4正下方，且与设置在机架1外侧的布袋除尘器11流体连通，布袋除尘器11底部连接有尾矿料斗12。
内磁极41和外磁极42的磁极面为同心圆的凸凹弧面，内磁极41与外磁极42之间留有分选环3通过的弧形通道，从而形成具有均匀背景磁场的分选空间。进一步的，内磁极41和外磁极42上缠绕有励磁线圈，通过调整励磁线圈的电流大小，可实现磁选区域磁感应强度在0~14000Gs范围内连续可调，从而使本设备可适应不同磁性的铁矿石干式磁选。
分选环3包括内环31、外环32以及安装在内环与外环之间的多个介质盒33， 每个介质盒之间安装非导磁隔板34，内环32与转轴2固定连接。
如图3所示，介质盒33包括单面齿板介质331和多个双面齿板介质332，单面齿板介质331与双面齿板介质332固设于非导磁隔板34之间，且多个双面齿板介质332排布在两个单面齿板介质331之间。单面齿板介质331与双面齿板介质332由（双头）固定螺栓17连接，且相邻齿板介质之间设有供气固两相流通过的通道18。单面齿板介质331与双面齿板介质332的具体结构见中国实用新型专利CN201811310898.7。
动力装置包括电机13和减速器14，电机13与减速器14连接，减速器14与转轴2通过齿轮传动连接。
布袋除尘器11顶部连接有排风机15，排风机15的出风口与罗茨鼓风机8的进风口之间连接有循环风管16，循环风管16上安装有阀门。使用时，可打开循环风管16上的阀门，实现空气循环利用。
上述铁矿石平环干式磁选装置的具体工作过程如下：
本发明铁矿石选用磁铁矿、磁化焙烧的焙烧矿、直接还原的金属化物料等，铁品位在25%以上，磨矿粒度为-200目占80-90%。
（1）将粒度为-200目占80~90%的铁矿石加入到细磨矿加料斗，铁矿石在重力作用下流动到矿粉喷枪中，在罗茨鼓风机鼓入的低压风作用下，铁矿石变成气固两相流；
（2）气固两相流通过平环干式磁选机左右两侧的给矿喷入口吹入到介质盒内，气固两相流在自上往下流过介质盒的通道时，气固两相流中的磁性物料就会在电磁场的作用下产生电磁感应，并在电磁感应力的作用下吸附到介质盒通道的内表面上，而气固两相流中的非磁物料由于不受电磁感应力的作用，而随空气一起流动，并作为尾矿气固两相流从介质盒的下部流出；
（3）平环干式磁选机左右两侧的尾矿气固两相流通过尾矿收集罩收集后，得到的尾矿气固两相流从平环干式磁选机的下部排出；
（4）当吸附有铁精矿的介质盒在转轴的旋转作用下，转动到水平环形分选环的无磁区域时，铁精矿在重力作用下就会脱离介质盒内表面往下流动，然后再通过铁精矿收集罩进行收集，送入精矿料斗得到铁精矿；
（5）尾矿气固两相流在排气机负压作用下流动到布袋除尘器内，气固两相流中固体和气体发生分离，将收集的尾矿输送到尾矿料斗进行储存，排出的低尘空气通过排气机加压后，即可进行排放，也可作为循环空气进行循环利用；
（6）罗茨鼓风机吸入的空气既可采用循环空气，也可通过吸入口从大气中吸入空气进行利用。
综上，本发明实现了铁矿石选矿过程不用水，通过干式磁选方法进行铁矿石的选矿，同时生产中无废水和废气外排，实现了选矿的清洁化生产。
Claims (7)
1.一种铁矿石平环干式磁选装置，其特征在于，包括机架（1），机架（1）顶部设置有动力装置，该动力装置与设置在机架（1）中部的转轴（2）传动连接，转轴（2）上固接有水平设置的分选环（3）；机架（1）左右两侧设置有磁力线方向与分选环（3）轴线垂直的永磁磁系（4），永磁磁系（4）包括内磁极（41）、外磁极（42）、磁系支架（43）以及金属密封罩（44），内磁极（41）位于分选环（3）的内侧，外磁极（42）位于分选环（3）的外侧，内磁极（41）和外磁极（42）均安装在磁系支架（43）内，并通过安装在磁系支架（43）顶部的金属密封罩（44）构成闭合磁系；金属密封罩（44）顶部设有给矿喷入口（5），给矿喷入口（5）与设置机架（1）外侧的矿粉喷枪（6）流体连通，矿粉喷枪（6）尾部连接有细磨矿加料斗（7）和罗茨鼓风机（8）；机架（1）底部设有精矿料斗（9）和尾矿收集罩（10），尾矿收集罩（10）位于永磁磁系（4）正下方，且与设置在机架（1）外侧的布袋除尘器（11）流体连通，布袋除尘器（11）底部连接有尾矿料斗（12）。
2.如权利要求1所述一种铁矿石平环干式磁选装置，其特征在于，所述内磁极（41）和外磁极（42）的磁极面为同心圆的凸凹弧面，内磁极（41）与外磁极（42）之间留有分选环（3）通过的弧形通道，从而形成具有均匀背景磁场的分选空间。
3.如权利要求1所述一种铁矿石平环干式磁选装置，其特征在于，所述分选环（3）包括内环（31）、外环（32）以及安装在内环与外环之间的多个介质盒（33）， 每个介质盒之间安装非导磁隔板（34），内环（32）与转轴（2）固定连接。
4.如权利要求3所述一种铁矿石平环干式磁选装置，其特征在于，所述介质盒（33）包括单面齿板介质（331）和多个双面齿板介质（332），所述单面齿板介质（331）与双面齿板介质（332）固设于非导磁隔板（34）之间，且多个所述双面齿板介质（332）排布在两个所述单面齿板介质（331）之间。
5.如权利要求1所述一种铁矿石平环干式磁选装置，其特征在于，所述动力装置包括电机（13）和减速器（14），所述电机（13）与减速器（14）连接，减速器（14）与转轴（2）通过齿轮传动连接。
6.如权利要求1所述一种铁矿石平环干式磁选装置，其特征在于，所述布袋除尘器（11）顶部连接有排风机（15），排风机（15）的出风口与罗茨鼓风机（8）的进风口之间连接有循环风管（16），循环风管（16）上安装有阀门。
7.一种利用权利要求1所述铁矿石平环干式磁选装置进行磁选的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将粒度为-200目占80~90%的铁矿石加入到细磨矿加料斗（7），铁矿石在重力作用下流动到矿粉喷枪（6）中，在罗茨鼓风机（8）鼓入的低压风作用下，铁矿石变成气固两相流；
（2）气固两相流通过平环干式磁选机左右两侧的给矿喷入口（5）吹入到介质盒（33）内，气固两相流在自上往下流过介质盒（33）的通道时，气固两相流中的磁性物料就会在电磁场的作用下产生电磁感应，并在电磁感应力的作用下吸附到介质盒（33）通道的内表面上，而气固两相流中的非磁物料由于不受电磁感应力的作用，而随空气一起流动，并作为尾矿气固两相流从介质盒（33）的下部流出；
（3）平环干式磁选机左右两侧的尾矿气固两相流通过尾矿收集罩（10）收集后，得到的尾矿气固两相流从平环干式磁选机的下部排出；
（4）当吸附有铁精矿的介质盒（33）在转轴（2）的旋转作用下，转动到水平环形分选环的无磁区域时，铁精矿在重力作用下就会脱离介质盒内表面往下流动，然后再通过铁精矿收集罩进行收集，送入精矿料斗（9）得到铁精矿；
（5）尾矿气固两相流在排气机（15）负压作用下流动到布袋除尘器（11）内，气固两相流中固体和气体发生分离，将收集的尾矿输送到尾矿料斗（12）进行储存，排出的低尘空气通过排气机（15）加压后，即可进行排放，也可作为循环空气进行循环利用；
（6）罗茨鼓风机（8）吸入的空气既可采用循环空气，也可通过吸入口从大气中吸入空气进行利用。
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