平行和垂直交叉排列组合棒介质高梯度磁选对比研究

1、平行和垂直交叉排列组合棒介质高梯度磁选对比研究游志程 陈禄政 刘文博 郑永明（昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明 650093）摘 要 为研究棒介质排列组合对高梯度磁选效果的影响，应用“单元介质分析法”，选择铁 品位 38.10%的细粒赤铁矿，进行棒介质丝平行与垂直交叉排列组合对比研究。结果表明，与单一丝 径棒介质比较，不同丝径组合式棒介质可以兼顾对不同粒级磁性矿粒的选择性捕获，有利于提高分 选指标，且组合程度越高，提升分选指标越明显；介质丝平行与垂直交叉排列组合各有特点，后者 捕获概率大些，但夹杂现象多些，因此精矿产率和铁回收率更高，但精矿品位更低。关键词 脉动高梯度磁选 组合式棒介质

2、 排列组合 赤铁矿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棒介质作为实现脉动高梯度磁选过程的载体， 具有工作可靠性高、 易于优化排列组 合、不易堵塞、分选指标稳定、效率高等优点，当前广泛用于氧化铁矿、钛铁矿、锰矿 和钨矿的选矿，以及非金属提纯和废水处理 1-2 。因此，关于棒介质磁力捕获及排列组 合的研究成为高梯度强磁选领域的一个重

7、点。近年， Chen Luzheng 等提出一种“单元 介质分析”法 3 ，可以通过试验分析研究确定介质丝排列组合对高梯度磁选效能的影 响。结果表明，不同介质丝径搭配对高梯度磁选的分选效能具有明显影响。但是，已有的研究工作， 主要是集中在棒介质丝平行交叉排列组合的限制条件下展 开 4-5 。为了进一步研究棒介质丝排列组合优化对脉动高梯度磁选效能的影响，本文进 行棒介质丝平行交叉 （层与层之间介质丝相互平行） 与垂直交叉 （层与层之间介质丝相互垂直）两类排列组合的对比研究。1理论基础对不同直径棒介质丝，磁力作用的距离相同时，弱磁性赤铁矿受到磁力大小的比值 （以下简称磁力比）可以表示为4:Rm 二

8、，D 2 .J 3（Fm NN D d式中，Rm为磁力比，Fm D和Fm N分别为半径为D和N的棒介质丝作用于矿粒的磁力, d为磁力捕获距离，即棒介质丝表面到矿粒中心的距离。根据公式（1），在一个组合式棒介质内，只要不同直径棒介质丝的间距取值相匹配， 可以使矿粒受到相同大小的磁力作用，这即是组合式棒介质设计的理论基础。2实验与方法2.1试样性质试样铁品位38.10%，主要铁矿物为赤铁矿，脉石矿物主要为石英和长石。由筛析 结果表1,该试样的粒度粗细不均，铁在细粒级有明显的富集现象。表1试样筛析结果Table 1 Size distribution analysis of sample.粒级/mm

9、产率/%铁品位/%铁分布率/%+0.07419.8028.0514.58-0.074+0.04414.7536.2114.02-0.044+0.03811.0042.5812.29-0.03854.4541.3659.11试样100.0038.10100.002.2单元介质分析法“单元介质分析法（SMA ”的核心，是将棒介质堆看作多个单元介质模块的有机组合，从而实现对介质堆内部磁性矿粒捕获行为的定性分析和定量测定。如图2,首先制作一系列由单层或多层介质单丝排列的单元介质模块，然后选择若干单元介质模块进行有机排列组合，得到不同排列组合的棒介质堆30介质模块模块组合棒介质图2单元介质分析法示意图F

10、ig.2 Schematic of Slice Matrix Analysis (SMA) method.2.3棒介质丝组合模式对棒介质丝进行平行交叉与垂直交叉两类排列组合对比研究，各组合参数见表2,各单元介质模块见图3,平行交叉和垂直交叉方式见图4。表2棒介质丝组合模式列表(均为16层介质丝).Table 2 Combinative modes for rod elements in rod matrix (16 layers rods for all combinations).排列模式介质堆组合参数1-1平行交叉上1块$ 3 mm下1块$ 2 mm丝径介质模块交替2-2平行交叉上2块$

11、3 mm下2块$ 2 mm介质模块交替4-4平行交叉上4块$ 3 mm下4块$ 2 mm介质模块交替3 mm平行交叉单一 $ 3 mm丝径介质模块2 mm平行交叉单一 $ 2 mm丝径介质模块3 mm垂直交叉单一 $ 3 mm丝径介质模块2 mm垂直交叉单一 $ 2 mm丝径介质模块1.5 mm垂直交叉单一 $ 1.5 mm丝径介质模块图3 1.5、2和3 mm丝径单元介质模块.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平行交叉排列图4平行与垂直交叉排列组合示意图.Fig.4Schematic for parallel and perpendicular combination of rod elements.3试验结果与讨论3.1平行交叉排列组合试验应用SLon-100周期式脉动高梯度磁选机，固定背景磁场强度1.0 T、脉动冲程6 mm 脉动冲次180 r/min、矿浆流速14 L/min和给矿量120g，平行交叉排列组合试验结果见 表3，各精矿筛析结果见表4。表3平行交叉排列组合试验结果.Table 3 Comparative results for parall

13、el combinations.排列组合精矿产率%铁品位%铁回收率%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单一丝径棒介质，获得精矿指标相近。但是，当2 mn与3 mm介质丝形成不同丝径的组合式棒介质后， 精矿品位下降，但精矿产率和铁回收率明 显上升。不同介质丝组合程度越高，精矿指标与单一丝径棒介质相距越明显；如，排列 组合1-1和2-2明显优于4-4，而表3组合式棒介质中，排列组

14、合4-4与单一丝径棒介 质排列组合模式最接近。组合式棒介质获得更高精矿产率和铁回收率的原因，是由于其更能兼顾对试样中不同粒级磁性矿粒的选择性捕获 呵。而2 mm单一丝径棒介质的精矿产率和铁回收率咼于 3 mm是因为细丝介质表面可以产生更高的磁场梯度，如公式（2）所示，从而对磁性矿粒产生更强的磁捕获力。2agradH = _M 飞(2)r式中，gradH为磁场梯度，M为介质丝的磁化强度，a为介质丝半径，r为矿粒到介质丝中心的距离。表4精矿筛析结果.Table 4 Size distribution analysis for concentrates.排列组合产率/%铁品位/%铁回收率/%+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精矿筛析结果证实了上述分析。对单一丝径棒介质，3 mn平行交叉组合棒介质对粗粒级矿物的捕获效果优于2 mm而对细粒级正好相反，这与生

16、产实践相符；而 2mm和3 mm介质丝有效排列组合后，棒介质对试样中粗、细粒级磁性矿物的捕获效率均 明显提高。3.2平行与垂直交叉排列组合对比试验应用SLon-100周期式脉动高梯度磁选机，选择与平行交叉排列组合试验完全相同 的试验条件，进行平行与垂直交叉排列组合对比试验，结果见表5。表5平行与垂直交叉排列组合对比试验结果.Table 5 Comparative results between parallel and perpendicular combinations for rodelements in rod matrix.排列组合产率/%铁品位/%铁回收率/%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结果可知，3、2和1.5 mm丝径分别排列组合的单一丝径棒介质，具有相同 的分选规律，即与平行交叉排列组合比较，垂直交叉的精矿产率和铁回收率更高， 但精 矿品位更低。这是由于，平行交叉排列时(见图4),脉动矿浆在棒介质内的流动性更好，这有利于提高分选的选择性，从而提升精矿品位；但是，此时矿粒受到的脉动流体 阻力相应更大，不利于介质丝

18、捕获细粒和微细粒弱磁性矿粒， 从而降低铁回收率。 显然， 平行交叉和垂直交叉两种排列组合模式捕获磁性矿粒各有特点， 前者捕获概率小些， 夹 杂现象少些，因此回收率更低，而精矿品位更高；后者选择性差些，夹杂多些，回此回 收率更高，而精矿品位更低。4 结论 (1)由不同丝径棒介质丝形成组合式棒介质，由于更能兼顾对不同粒级磁性矿粒 的选择性捕获，可以获得更高的精矿产率和铁回收率； 不同丝径的介质丝组合程度越高， 提升分选指标的程度越高。(2)平行交叉和垂直交叉两种排列组合模式捕获磁性矿粒时各有特点，前者捕获 概率小些，夹杂现象少些，因此回收率更低，而精矿品位更高；后者选择性差些，夹杂 多些，回此回收

19、率更高，而精矿品位更低。参考文献：1 熊大和 . 弱磁性矿粒在棒介质高梯度磁场中的动力学分析J. 金属矿山 , 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 曾剑武 , 陈禄政 , 丁利 , 张惠芬 . 棒介质组合方式对脉动高梯度磁选效果的影响 J. 金属矿山 , 2015 (3): 161-164.6 黄健雄 , 陈禄政 , 丁利 . 圆柱形棒介质排列组合对高梯度磁选指标的影响 J. 矿冶 , 2014 (2): 30-33.7 Svoboda J. A real