国内磁选机的发展现状和趋势

磁 选作为一种利用矿物之间的磁性差异而使不同矿物实现分离的分选方法，因其分选过程简单方便，不会产生环境污染，现广泛应用于黑色金属矿石的选别，有色和稀有金属矿石的精选，重介质选矿中介质的回收和净化，非金属矿石原料的除杂，破碎中含铁杂质的排除，从冶炼生产的废渣中回收废钢以及污水处理等方面。我国的铁矿石资源中 80% 的矿石都需要应用磁选进行分选。如何提高磁选效率，实现铁矿石的__回收，是目前整个磁选行业所要解决的重要问题。而磁选机作为磁选的主要设备和载体，其性能的好坏决定了磁选的效率。
因此，国内许多机械研究部门纷纷把目光投入到磁选机的研发和改良中。目前，国内磁选机的种类较多，根据其磁场强度和磁场力的强弱，一般可分为弱磁场磁选机 (磁场强度 H = 80 ~ 120 kA/ m) 和强磁场磁选机 (磁场强度 H =800 ~ 1 600 kA/ m)。随着人们对钛铁矿及假象赤铁矿等中磁性矿物回收利用的日益重视，中磁场磁选机在国内也逐步得到发展[1-3]。
1　弱磁场磁选机弱磁场磁选机主要用于强磁性物的磁选，如磁铁矿、磁赤铁矿、钛磁铁矿、磁黄铁矿和锌铁尖晶石等亚铁磁性矿物。从 19 世纪末美国和瑞典制造出__台干式电磁筒式磁选机开始，弱磁选机逐渐进入了人们的视野[4]。20 世纪 60 年代，沈阳矿务局自主研发了国内__台湿式永磁筒式磁选机，从此弱磁选机在中国得到了迅猛的发展。从整体上看，国内弱磁场磁选机可以分为干式弱磁场磁选机和湿式弱磁场磁选机，其中干式弱磁场磁选机由于耗水量小，工艺简基金项目：国家自然科学基金创新研究群体项目 (50921002)；江苏省基础研究计划——创新学者攀登项目 (BK2010002)作者简介：吕　波，男，1988 年生，主要研究方向为矿物加工工程和洁净煤技术。第 39 卷 2011 年第 7 期本栏目编辑　安秀清专题综述2单，主要用于大块矿石和缺少水资源地区的砂矿的磁选，而湿式弱磁场磁选机因能有效防止粉尘污染和选别效率高等特点，则被广泛地用于细粒矿石的磁选。
1.1　干式弱磁场磁选机国内的干式弱磁场磁选机主要包括大块矿石干式永磁磁选机和干式圆筒磁选机两大类。其中干式圆筒磁选机发展缓慢，以沈矿研制的 CTG 型单/ 双筒永磁磁选机较为常见，该型号磁选机采用锶铁氧体永磁块作为磁系，其磁场强度可达到 84 ~ 100 kA/ m，主要用于细粒强磁性矿石的干选，也适用于从粉状物料中清除磁性杂质，其优点在于在抛废的同时，对矿物具有富集作用，提高了入选品位。近几年随着磁性材料的不断发展，部分生产厂家将 CTG 型永磁筒式磁选机的磁源改用高性能永磁钕铁硼材料，或由高性能稀土钕铁硼材料与优质铁氧体材料混合制成。这大大增强了筒体表面分选区的磁感应强度 (最高能达到 0.8T)，进一步提高了 CTG 系列磁选机的磁选效率[5]。此外，镇江市江南磁选机设备厂近年研制出 NTCS 型内筒式磁选机，该机利用磁系的表面作为工作面，使入选物料在工作区增加翻动次数。同时，还采用最常用的锶铁氧体和钕铁硼永磁体作为磁极，提高了磁场强度及其梯度，增加了对磨料中弱磁性物质的回收力度，适用于非金属矿物除去铁磁性杂质。大块矿石干式磁选机俗称磁滑轮，主要应用于自磨或球磨之前的破碎流程中的预选工作。从 20 世纪 70 年代中期，北方重工——沈矿集团生产了__批 CT 型永磁磁力滚筒起，我国开始进入大块矿石干式磁选机自主研发的高潮。马鞍山矿山研究院在 20世纪 80 年代研制开发的 CTDG 系列干式磁选机，成为了大块矿石干式永磁磁选机的国内典范。该机是一种上部给矿永磁筒-带型块矿干式磁选机，采用高性能全钕铁硼磁系，其滚筒表面分选区磁感应强度可达到 400 万 T 以上，最高点可达到 500 万 T。且磁系在滚筒内的位置可以调整，磁场沿轴向分布也较均匀，具有较优异的分选指标，已被广泛应用于许多矿山、选矿厂。
另外，北京矿治总院结合 CT 型磁滑轮的特点，研制出了 CT-108 型干式永磁磁滑轮，用于马钢桃冲铁矿，分选磁铁矿 - 赤铁矿混合矿，可抛弃产率为 12.00%、品位为 15.00% 以下的尾矿，分选粒度可达到 100 ~ 300 mm。潍坊华特磁电设备有限公司生产的 CTZ 系列干式永磁磁选机，筒体表面场强最大可到 500 万 T，处理最大粒度 250 mm，处理能力达 460t/ h。
1.2　湿式弱磁场磁选机我国磁铁矿选矿用的湿式弱磁场磁选机早期的为电磁筒式磁选机和电磁带式磁选机，随着永磁材料的不断发展，永磁筒式磁选机已逐渐取代电磁鼓式磁选机，成为国内湿式弱磁场磁选的主流设备，被广泛应用于磁铁矿的分选、预选和磁介质回收等。对于永磁筒式磁选机而言，根据其槽体结构形式的不同可分为顺流式、逆流式和半逆流式，由于半逆流式结合了顺流和逆流各自的特点，其使用较多[6-7]。
北方重工——沈矿集团是国内最早生产永磁筒式磁选机的厂家，从 20 世纪 60 年代开始，已先后研制出 CTB、CTN 及 CTS 系列永磁磁选机，近年研制出的 CTB-1230、CTN-1230 和 CTS-1230 等型号的永磁筒式磁选机，筒表最大磁感应强度可达 780 万 T，分选粒度分别为 1 ~ 0 mm、3 ~ 0 mm、6 ~ 0 mm，处理量为 90 ~ 150 t/ h ，对细粒级的强磁性矿物具有较好的分选效果。包头新材料应用设计研究所采用聚磁和防漏磁的方法研制出了 BX 系列永磁磁选机，该磁选机的筒表面拥有较为均匀的高梯度与高磁通密度的磁系，易除去夹杂在精矿中的脉石和贫连生体，提高精矿品位。包钢选矿厂于 2003 年采用了该系列磁选机进行工业试验，与现场磁选机比较，原生矿石精矿品位提高了2.15%，尾矿品位升高了 0.05%；氧化矿石精矿品位升高了 1.11%，尾矿品位降低了 1.55%，分选效果明显。中钢集团马鞍山研究院在“GD 型新型低场强脉冲磁选机”的基础上，于 2004 年研制出了 YCMC 型永磁脉动磁场磁选机，该机在永磁磁系上首次实现了永磁脉冲磁场，其筒表磁场强度为 75 ~ 168.8 万 T，较同规格普通磁选机低 10% ~ 30%，磁场作用深度较大，适合用作强磁性矿物的精选设备，大幅度提高精矿品位[8]。
2　中磁场磁选机中磁场磁选机的磁场强度介于弱磁场磁选机和强磁场磁选机之间，一般为 300 ~ 800 kA/ m，主要用于钛铁矿及假象赤铁矿等中等磁性矿物的磁选。20 世纪 80 年代中期，钕铁硼永磁材料的问世，为中强磁场永磁磁选机的发展提供了可靠的技术基础，并且这种材料的价格比钐钴稀土永磁材料低 2 ~ 3 倍，使中强磁场永磁磁选机的研制和应用在经济上成为可能。相比其一些发达国家，我国的中磁选机发展较为缓慢[9-13]。20 世纪 80 年代末，赣州有色冶金研究所根据中等磁性矿物 (锰矿、钛铁矿和赤铁矿) 分选的需要，研制出了 S Z C 型中磁场磁选机。南京铅锌银矿于1987 年引进了该套设备，用于从浮选尾矿中回收 5% ~10% 的锰矿物，使用 1 年多的结果表明，当铅锌尾矿中锰的品位在 6% ~ 8% 时，能选出锰精矿 (含锰 23%~ 25%、二氧化硅 2%、铁 5% ~ 8%、氧化钙 11% ~13%、氧化镁 3% 以及含磷 0.01% 的低磷低硅)，分选指标好，电耗低，但在分选微细粒级 (< 38 μm)，效果不太理想。北京矿治研究总院为解决强磁作业经常发生的磁性物堵塞问题，通过反复优化设计，找到了磁系最佳排列方式，改进了复合磁系，避免了常规磁选机产生过大的轴向磁场梯度和两侧严重漏磁问题，研制成功了一种新型大型永磁中场强磁选机。
该机经工业化试验研究表明，在低浓度 (> 10%) 大流量 (250 ~ 300m3/ h) 的条件下，能确保其尾矿中强磁性矿物的金属铁占总铁的比例 < 3%，并在鞍钢调军台选厂得以应用，获得了良好的工艺指标。该大型永磁中磁场磁选机被国家经贸委列入“2000 年度__重点新产品试产计划”，为该类中磁场磁选机的推广应用创造了有利条件。
3　强磁场磁选机强磁场磁选机主要采用闭合磁系和一定形状的感应磁极或磁介质，并在其选分区产生较强的磁场力，从而能够有效地分选弱磁性矿物[10]。对于强磁场磁选机的研制工作一直是国内外磁选行业的热点，其中较早且较有名的是德国生产的琼斯强磁场磁选机。我国自 20 世纪 80 年代以来，已自主研发了多种强磁场磁选机，按其工作形式可分为湿式和干式。
3.1　干式强磁场磁选机干式强磁场磁选机主要用于对粗颗粒的矿物进行分选。国内较早采用的大多是电磁感应强磁场磁选机，已推广使用的有沈阳矿山机器厂研制的 CRDR 型电磁双辊强磁场磁选机，该机型与日本 NJ 式 G 型电磁对称磁选机相似，每个磁辊有 3 个磁极和 4 个线圈串在一根轴上，两磁辊平行并列构成“日”形闭合磁路。该机型所产生的磁感应强度可达 2.3 T，分选粒度范围为 0.074 ~ 3 mm，处理能力 1 ~ 3 t/ h，适用于弱磁性矿物分选和非金属矿物的提纯。近几年，随着永磁材料的不断发展，永磁磁选机在我国的市场占有率不断提高。DPMS 系列干式永磁筒式磁选机便是其中的代表之一。该型设备由长沙矿冶研究院于 1994 年首次研制成功，并经过不断改进，已发展到第三代 DPMS 型干式永磁筒式磁选机。该机采用了全新的磁路设计理念，分选效率较高，分选磁感应强度不低于 1.2 T，分选粒度上限可达 50mm，且耗电量仅为电磁磁选机的 1/ 40 ~ 1/ 30，是理想的节能设备，主要用于分选 -45 mm 矿物及非金属物料的除铁。该机已在马钢姑山铁矿投入使用，其生产结果表明，铁精矿品位达到 53.00% ~ 56.00%，比原生产的铁品位提高了 2 ~ 3 个百分点。为解决微细颗粒的干法分选问题，北京矿冶研究总院研制了 ZC40/ 110 型槽式振动强磁选机。该设备采用高性能钕铁硼磁钢组成的磁体置于槽体底部，从而在槽体表面形成了 0.8 T 以上的多级磁场，以完成对物料的多级分选；同时，在电振器的作用下整个槽体以 2 800 次/ min 的频率振动，有利于物料在槽体表面上均匀分布。结合众多特点，ZC40/ 110 型槽式振动强磁选机分选物料的粒度下限可达 0.01 mm，处理能力为 100 ~ 500 t/ h，已成功应用于对钽粉的提纯。
3.2　湿式强磁场磁选机湿式强磁场磁选机主要用于弱磁性矿物的磁选作业。由于湿式强磁场磁选机的入料粒度下限可以达到很细，特别适用于对于解离度要求较高的弱磁性矿物的分选，所以近几年湿式强磁场磁选机在我国的弱磁性矿物 (褐铁矿和锰矿) 分选以及非金属物料的提纯中应用较为广泛[17-18]。我国较早投入使用的湿式强磁场磁选机主要以长沙矿冶研究院研制的 SHP 平环强磁场磁选机为代表。该设备主要用于处理细粒弱磁性矿物，它是在琼斯强磁场磁选机的基础上研制而成，主要采用聚磁介质为磁体材料，并在分选室和磁极头之间只留一道很小的空气隙，不仅减少了磁阻，提高了磁场强度，而且增加了磁选机的分选区域，提高了磁选机的处理能力。同时，结合压力水的清洗作用，可以有效地提高精矿的品位。
该设备适用于 -0.5 mm 矿物的选别，在酒泉钢铁公司选矿厂投入使用，生产结果表明，在原矿铁品位为 36.11% 的情况下，精矿品位达到了50.79%，尾矿品位为 20.27%，回收率为 73.01%。该磁选机也有缺点，主要体现在：① 机体笨重；② 处理 < 0.03 mm 的微细粒级的弱磁性矿物，回收率不高。针对中、粗粒级矿物的磁选，马鞍山矿山研究院研制出 C S 系列电磁感应辊式强磁选机，目前有CS-1、CS-2、CS-3 和 CS-4 共 4 种机型，该系列磁选机采用“口”字形闭合磁路，没有非工作间隙，磁能利用率高，处理粒度＞14 mm，磁感应强度最大可达 1.92 T，处理能力可达到 30 t/ h，对于磁化率小、粒度粗的矿石有较好的分选效果。长沙矿冶研究院在 2002 年研制成功了 DPMS 型广义分选空间湿式永磁强磁选机。该设备首次采用上部给料的给矿方式，以补偿磁场的不足。同时，将分选箱密封后装满水，从而使给入的物料在水的浮力作用下得以分散，强化了磁选机的选别过程。另外，还可以通过调整分矿板，使物料获得最佳分选指标。该设备于 2006 年正式投入生产，并在多家选矿厂中得以使用。生产结果表明，DPMS 型广义分选空间湿式永磁强磁选机对于 - 6 mm 弱磁性矿物磁选效果较为显著，在给矿品位为 48.58% 的条件下，可获得精矿品位 53.16%、回收率 79.00% 的技术指标。
4　高梯度磁选机高梯度磁选机的磁系结构特点是在螺旋管均匀磁场中钢毛 (纤维状) 磁介质与包铁装置的独特结合，由此产生高梯度不均匀的磁场，从而能够有效地分离一般磁选机难以分选的弱磁性微细颗粒，并大大降低了分选粒度的下限。高梯度磁选机有电磁和永磁两大类型，目前较为常用的当属电磁高梯度磁选机。
SLon 型高梯度磁选机是当前国内较为常见的一种高梯度磁选机，它是由赣州有色冶金研究所研制而成。该机的最大特点是分选环为立式，采用下端给料方式，上部反向冲洗精矿，并配有脉动结构，可有效地防止磁介质堵塞，具有富集比大、回收率高等特点，对各种弱磁性矿物具有较好的适应性。SLon 型高梯度磁选机已在多家选矿厂使用，生产结果表明，铁精矿品位最高可达到 65.09%，回收率可达到 90%以上，具有较好的经济效益。
广州有色金属研究院在原有的 SSS 型系列湿式双频双立环高梯度磁选机的基础上，经过不断改进，研制了新型 SSS 双频双立环高梯度磁选机，该机的最大特点是将聚磁介质由原先的均匀同规格的棒径组合改为了粗、中、细不同棒径的组合，从而能够对不同粒级、不同磁性的矿物进行有效回收。该机还改进了精矿卸矿方式，采用水冲洗和风力冲洗相结合的方法，大大加快了冲洗速度，使磁性物的冲洗率得以提高。该机已在酒钢选矿厂投入使用。生产结果表明，在给矿铁品位为 30% 的条件下，精矿品位 43.49%，回收率37.65%。
5　结语
近年来，随着我国稀土永磁材料的不断发展以及节能减排政策的要求，传统的高耗能电磁感应磁选机已逐渐被永磁磁选机所取代，磁选设备的永磁化进程大大加快。同时，高新科技特别是超导技术的应用，使磁选机的磁感应强度得以提高 (达 2 T)，降低能耗，减轻磁选机的质量。超导磁体还可以应用于敞开梯度螺旋管配置而不用介质，就可以在大体积中产生强磁力。应用该技术造成的超导磁选机对于提纯高岭土效果显著[21-23]。此外，计算机在磁选设备上的应用也使磁选机的磁选效率得以进一步提高。总之，设备大型化、专用化和节能化是磁选设备未来发展趋势和市场竞争的焦点。