?国内盘式尾矿回收磁选机现状与应用发展前景
2024-01-27 17:35:16 作者：来源： 胡永会，王晓明 矿山机械杂志
与常规筒式永磁磁选机相比，盘式尾矿回收磁选机因其分选空间大、回收率高、制造与运行成本低等优势尤其适用于尾矿回收作业。本文基于盘式尾矿回收磁选机的关键参数设计、历史发展进程及其应用范围等，对国内该设备的研究现状进行了综述，并对盘式尾矿回收磁选设备及其技术的发展前景做了展望。
矿产资源及传统能源行业一直普遍存在磁性矿尾矿流失现象，不仅造成资源的严重浪费，而且带来较为严峻的环境污染问题。磁性矿尾矿具有质量浓度低、矿浆体积大、粒度分布宽等特点，可被回收的含铁矿物基本为粗颗粒贫连生体和微细粒单体铁矿物，所受磁力较弱，选择适宜的尾矿回收设备是将尾矿中磁性铁矿物最大限度回收的关键。
常规永磁筒式磁选机发展较早，初期至今仍有应用于尾矿再选或尾矿回收方面的报道，如北京矿冶研究总院针对尾矿研发的BKW型与BKW-II型磁选机等。但该类型磁选机台时矿浆处理量很低，回收率偏低，且流程布置中占地面积过大，给选矿厂的流程设计带来诸多不便。针对尾矿回收的迫切性与难点，研发了盘式尾矿回收磁选技术及设备，盘式磁选机具有分选空间大、回收率高两大优势，且制造成本低，尤其适用于尾矿回收作业。经过国内数十年的应用与改进，该设备已得到迅速发展并成为各种尾矿中磁性铁矿物回收的优先选择。
1关键参数
尾矿回收的关键指标要求是在保证回收率的前提下尽量提高矿浆处理量。与常规筒式磁选机相比，盘式回收设备的设计要求有较大的不同，其关键参数主要表现在分选区、磁系设计及卸料方式3个方面。
1.1分选区
筒式磁选机利用磁筒外筒皮与槽体之间的间隙进行分选作业，此有效分选间隙一般为40～60 mm，为提高设备处理量，只有通过增加筒径以加大分选带或增加筒长以加大给矿面积实现。但限于设备运行可靠性与制造成本，筒式磁选机不能无限放大，故一般用于选铁流程的粗选、精选及扫选作业段。
而盘式磁选机的有效工作面为盘侧面，矿浆过流面高度大于盘直径的1/3，通常单台设备上串联多个盘(常见为6～16)使用，设备台时处理量远大于筒式设备。如f1200 mm×3000 mm规格筒式磁选机台时矿浆处理量≤300 m3，而f1200 mm-12规格盘式磁选机的台时矿浆处理量可达1000 m3，且质量浓度越低，筒式设备的处理效率也越低。
另外，针对不同粒级分布的待选矿物需要设计并选择不同的筒式设备。而常规流程的最终尾矿中含有粗选段尾矿、扫选段尾矿及精选段尾矿，粒级分布较宽，筒式设备设计难度高，而盘式设备分选面大、分选带长且宽，宽粒级分布对其影响较小。
1.2磁系设计
由于采用筒式磁选机的场合一般要求保证较高的精矿品位，但同时对回收率及处理量等提出要求，故除了采用顺流、逆流与半逆流型槽体外，在磁系的设计上也采用了沿磁筒周向设计N、S极交替的开放式磁路，增加磁性矿物翻转次数，剔除夹杂以提高精矿品位。
而盘式磁选机优先需要保证的是精矿回收率，故在磁系设计上一般采用沿磁盘径向设计N、S极交替的单盘面自闭合式开放式磁路，磁性颗粒团聚后基本无翻转，精矿品位很低，但回收率较高。另外，盘间距受磁系影响，间距太小，则相邻盘磁系相互干涉，破坏磁路，且处理量低；间距过大，则相邻盘间存在较大的磁场空区，工作效率降低。传统的弱磁场盘式磁选机盘间距约为单个分选盘的1.2～1.5倍，新型的中强磁场盘式磁选机盘间距则可设计更大。
1.3卸料方式
实现精矿彻底、快速卸料一直是盘式尾矿回收磁选机的难题。
常规筒式磁选机磁系沿磁筒周向设计为扇形，精矿被携带至无磁区时即可依靠自重及外部冲洗水的作用下实现卸料。仅在如浓缩段等场合，为保证精矿浓度而采用刮板代替冲洗水强制卸料。
而传统盘式磁选机沿盘面设计成360°全磁系，无弱磁场或零磁场区，必须采用刮板强制卸料，导致刮板磨损相当严重。此外，盘面一直吸附并携带着>3 mm厚的致密精矿层占据了最佳有效回收区，极大降低了回收效果与效率。近几年，为彻底解决卸料难题，提出了类似筒式磁选机扇形磁系设计理念，并研发出了相应的设备，解决了卸料难题。
2发展进程
20世纪60年代，瑞典SALA公司最早研制出一种只有1个工作磁盘的盘式磁选机，盘面磁感应强度低，设备研发目的是用于回收磁性矿尾矿中的中粗粒强磁性矿物。由于磁场强度低，处理量低，并未看到在我国推广应用的报道。
以SALA公司研发的设备为雏形，俄罗斯等国于20世纪80年代研制出相应的多工作盘设备。但这些国家的铁矿山以富矿且集中分布为主，尾矿流失相对很小，限于资源特性与回收成本等因素，目前已鲜见盘式回收机用于回收尾矿方面的报道。
我国铁矿石资源85%为贫矿，嵌布粒度细、共生关系复杂，开发难度大，利用成本高，对其选矿流程的末端尾矿回收一直得到极大的重视。统计资料显示，我国铁矿石探明储量约486亿t，但可开采储量不足180亿t，铁矿石平均品位33%。其中磁铁矿储量占50%，赤铁矿储量占18%，钒钛磁铁矿储量占14%，国内铁矿石年产量约为2.7亿t，数据显示目前已有超过5亿t铁矿资源流失，而目前的铁矿尾矿利用率仅为7%。
由于盘式磁选机对回收磁性矿尾矿具有特殊优势，自20世纪90年代鞍山钢铁公司仿俄罗斯研制出我国首台盘式尾矿回收磁选机以来，盘式磁选机技术及设备在国内得到了迅速发展与工业应用。总体上看，我国盘式尾矿回收磁选机技术及设备的发展主要经历3段历程。
2.1全盘裸磁系整体传动尾矿回收机
该类型设备由我国鞍山地区于20世纪90年代研制成功，目前仍广泛应用。图1所示为该时期的典型设备外形及其现场应用，设备主要特点包括：传动形式采用通轴传动整个磁盘体；磁系设计采用全盘面裸磁系；磁源材料采用锶铁氧体；卸料形式采用刮板强制卸料。该类型设备回收尾矿中磁性铁的回收率可达60%～70%。
图1设备外形及其现场应用
设备主要优点有：制造成本低，易于加工安装，便于维护；传动强度大，运转可靠。而缺点主要有：磁场强度(≤160 mT)与梯度低(有效空间距工作盘面仅5 mm左右)，细粒流失严重；磁系利用率低，有效工作磁极面积与设计磁极面积之比<40%；设备功耗大；卸料不彻底；磁系、刮板磨损严重。
2.2改进型全盘磁系整体传动尾矿回收机
20世纪末至今，针对传统的全盘裸磁系整体传动尾矿回收机在工业应用中出现的问题，设备经历了若干改进，但主要集中在卸料方式、盘面磁系保护、传动轴设计及磁路设计上，并未对磁系结构及传动形式进行创新。改进主要包括以下5方面：
(1)刮料板采用新型感应针卸料方式，磨损未见明显减轻，卸料效率提升效果不明显，如图2(a)所示；
(2)在原裸磁系上覆一薄层不导磁不锈钢板，仍未解决刮板磨损及卸料不彻底的问题；
(3)采用阶梯轴设计，仅方便了磁盘的拆装；
(4)采用圆环代替圆盘，仅降低了设备质量；
(5)采用高性能钕铁硼材料作为磁源，且设计零磁场区，磁场强度及梯度增加明显，但成本激增，且更难以卸料，如图2(b)所示。
2.3新型自卸料盘式磁选机
近几年，为解决传统设备卸料不彻底难题，有研究人员提出一种磁系不动而盘面旋转或磁系旋转而盘面不动，并利用磁场空区实现矿物依靠重力并辅助冲洗水卸料方式的思想，使该类型设备回收尾矿中磁性铁的回收率可达90%以上。
如图3所示，唐山中耐科技与山东华特磁电相继分别研发出了相应的设备，其周向磁系包角≤270°，留有磁场空区便于卸料，且采用磁系旋转盘体固定的传动形式。该类型设备一定程度上减轻了卸料难度，但设备存在磁系进矿磨损磁系，传动轴扭切等严重问题，且限于传动强度不足，设备难以大型化，制约了设备处理量。
图3新型自卸料盘式磁选机
3应用范围
由于尾矿浆不仅体积大，且流速高，致使磁性颗粒所受浆体冲击力大，分选时间短，单台设备可能存在漏选矿现象，难以实现完全回收。另外，尾矿沉槽现象严重，对盘端面的磨损剧烈，设计中盘端面与底面槽体距离过大，也造成一定程度的漏选矿现象，所以选厂在设备配置时常采用多台(通常为4台)串联使用，且相邻设备存在高度差，回收效果得到较大改善。
目前，针对磁性铁矿流失，具有回收价值且采用盘式设备进行作业的主要有以下4种场合。
3.1铁矿行业
根据选矿厂选铁工艺流程及矿石性质的不同，最终尾矿中磁性铁含量不一(≤1%)，造成尾矿流失严重。
福建省阳山铁矿年处理原矿50万t，年产65%品位铁精矿粉20万t，矿石品质较好。由于尾矿中磁性铁品位达2.04%，TFe含量为29.4%，MFe含量为21%，采用传统盘式裸磁系尾矿回收磁选机后可回收品位达22.16%的铁精矿粉，经再磨再选获得铁品位65%的精矿，为矿厂增创经济效益显著。
德化鑫阳矿业公司年处理原矿60万t，年产66%品位铁精矿粉32万t，采用传统盘式裸磁系尾矿回收磁选机进行尾矿改造，改造后尾矿中磁性铁品位由0.8%降至0.4%，每年可回收品位55%的铁精矿粉1500 t，年新增创利70万元。
河北矿业庙沟铁矿年产20万t铁精矿，使用唐山中耐科技的1台f1200 mm-8规格高效自卸盘式尾矿回收机，在尾矿磁性铁占0.8%的条件下进行尾矿回收后，磁性铁回收率高达90%以上，尾矿中的磁性铁下降到0.4%以下，是传统设备的4倍以上。
3.2有色行业
大多有色金属矿伴生有相当一部分的磁性铁矿(≤0.2%)，直接作为浮选尾矿排放，造成严重的磁性矿尾矿流失。
鞍钢集团鞍钢矿山公司东鞍山烧结厂在正浮选赤铁矿石后的尾矿中采用新型盘式回收磁选机，一次选别精矿品位达60%以上，按台时产量1.2 t计算，年新增效益60余万元。
金堆城钼业浮选钼铜后的尾矿中的磁铁矿含量较多，百花岭选矿厂建立了对浮选钼后尾矿浆中磁铁矿的选铁流程，盘式尾矿回收磁选机作为第一次粗选作业设备，极大限度地回收磁性矿物(>65%)，对回收精矿品位要求不高(≤10%)，每年可获得63%品位的铁精矿粉8万t。选用20台套1500×12规格的全盘裸磁系尾矿回收磁选机，尾矿回收磁选机设备投入270万元，铁精矿粉销售收入近6000万元。
3.3煤炭行业
由于煤质不同，其燃烧后的粉煤灰中铁磁性物质含量为4%～10%，一直以来作为工业废料直接排放，铁流失及环境污染相当严重。
据统计，1台200 MW的火力发电机组产生的总煤灰量约为60 t/h，其中Fe2O3质量浓度约占5 t。目前我国煤电厂每年产生约6000万t的粉煤灰，若其中铁磁性物质含量平均占5%，则每年可提取300万t品位在55%左右的富铁矿。对这些铁磁性物质的合理、有效提取具有相当可观的经济效益和环境资源保护效益。
但粉煤灰粒度极细，在矿浆中的运动水流阻力远大于其所受重力及磁力，传统的盘式回收机回收效果非常不理想，也未见新型自卸式强磁场回收机在该场合的应用报道。
3.4工业废水
冶金、矿山、电力、石油及化工企业生产排放的废水中含有大量铁磁性悬浮物，铁流失及环境污染严重。
目前，节能环保的盘式磁选机广泛应用于去除工业废水中的铁磁性絮凝物，主要目的是严格控制废水排放标准，减少环境污染，同时提高资源综合利用价值，回收铁物质等不可再生资源。
四川环能德美科技股份有限公司专业从事工业废水处理，该公司研发并广泛推广盘式尾矿回收磁选机用于去除废水中的铁磁性絮凝物。
4结语
盘式尾矿回收磁选机技术及设备发展至今，一直应用于回收尾矿中粒级分布较宽的强磁性矿物。为进一步增加经济效益，目前选矿厂对尾矿回收设备在节能、处理量、回收率、回收效率(指处理量、回收率等综合影响因素)等方面提出了更高的要求，也引领其向高回收率、高回收效率、高处理能力和回收中弱磁性矿物等方向发展，以满足不断增长的对尾矿中磁性矿物的回收要求。
引文格式：
[1]胡永会，王晓明.国内盘式尾矿回收磁选机的现状与发展.[J].矿山机械，2014，42(2):5-8.
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