王寶春 王 前 賀廣超 王娟娟 馬曉永 趙文普

(1 山東華特磁電科技股份有限公司 山東 濰坊 262600)

(2 山東省磁力應(yīng)用技術(shù)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東 濰坊 262600)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,非金屬礦物材料被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè),同時用戶對質(zhì)量級別要求也越來越高。雜質(zhì)含量的多少決定了非金屬礦物材料的等級,特別是含鐵量的高低最為重要,因此在非金屬礦加工過程中一般都需要進(jìn)行除鐵作業(yè)。磁選是非金屬礦除鐵應(yīng)用最廣泛和最有效的物理方法,國內(nèi)外不同企業(yè)已開發(fā)出多種磁選設(shè)備,其中電磁漿料高梯度磁選機(jī)是用于鉀鈉長石、高嶺土、石英砂等非金屬礦提純除雜最為常用的強(qiáng)磁選設(shè)備。

為了滿足用戶對優(yōu)質(zhì)非金屬礦物材料的需求,山東某股份有限公司依托油水復(fù)合冷卻等核心專利技術(shù),對HTDZ型電磁漿料高梯度磁選機(jī)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化改進(jìn),成功研制出了HTDZ-1500、HTDZ-2000等大型和特大型智能油水復(fù)合冷卻周期式電磁漿料高梯度磁選機(jī)。

1 大型化的優(yōu)勢分析和技術(shù)改進(jìn)

1.1 優(yōu)勢分析

周期式電磁漿料高梯度磁選機(jī)的大型化和智能化可以提高設(shè)備的處理能力,減少設(shè)備和配套設(shè)施的投資,節(jié)能降耗,節(jié)省運(yùn)行成本,提高選礦廠的經(jīng)濟(jì)效益;減少裝機(jī)數(shù)量及廠房占用面積,實(shí)現(xiàn)設(shè)備集中控制和自動化管理,優(yōu)化工藝流程,推動整個選礦廠設(shè)備和工藝流程的技術(shù)進(jìn)步。

1.2 技術(shù)改進(jìn)

在國內(nèi)外,電磁漿料磁選機(jī)用分選腔直徑劃分型號,在國內(nèi)主要有:500型、750型、1000型和1200型;國外主要以美國藝?yán)緸榇?型號分為:100型、200型、400型、800型和1000型。目前電磁漿料磁選機(jī)以中小型為主,近幾年我國一些公司經(jīng)過多年潛心研究,在傳統(tǒng)小型設(shè)備成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上,融入先進(jìn)的加工制造和智能控制技術(shù),成功研制出HTDZ-1500大型和HTDZ-2000 特大型電磁漿料磁選機(jī),主要技術(shù)改進(jìn)包括以下幾方面:

(1)優(yōu)化進(jìn)料結(jié)構(gòu)。利用多管路多點(diǎn)進(jìn)漿技術(shù),將碟型物料分配器中的礦漿分成多路進(jìn)行勻料后,再經(jīng)過磁極頭進(jìn)入到分選腔。

(2)改進(jìn)磁極結(jié)構(gòu)。磁極頭采用錐型結(jié)構(gòu),減小磁極對沖洗水的阻力,提高了介質(zhì)沖洗效果。磁極頭設(shè)有筒型環(huán)狀物料通道,使礦漿達(dá)到二次勻料,使礦漿均勻通過分選腔。

(3)優(yōu)化線圈勵磁方式。采用電流快速跟隨算法和有源逆變技術(shù),對勵磁電流進(jìn)行精確控制,解決了線圈大型化后升、退磁速度慢、工作效率低的問題。

(4)優(yōu)化磁介質(zhì)搭配。在搭配時采用分組隔斷方案,避免磁介質(zhì)產(chǎn)生磁短路,減少磁介質(zhì)對礦漿的流動阻力,增加了礦漿的通過性。

(5)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行智能管理。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過傳感器將設(shè)備使用現(xiàn)場信息和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時傳輸,在遠(yuǎn)程中央監(jiān)控制室內(nèi)進(jìn)行集中監(jiān)視和控制,構(gòu)成了遠(yuǎn)程設(shè)備DCS集散控制系統(tǒng)。能夠?qū)崟r動態(tài)顯示設(shè)備運(yùn)行參數(shù),對使用設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、故障診斷及處理,保證設(shè)備始終在最優(yōu)工作狀態(tài)下運(yùn)行。

2 能耗分析

2.1 理論計(jì)算

電磁漿料磁選機(jī)的勵磁線圈可簡化成載流螺旋管,為方便建立數(shù)學(xué)模型計(jì)算勵磁功率與線圈內(nèi)徑的關(guān)系,簡化模型如圖1所示。

圖1 簡化模型圖

勵磁線圈用截面積為s的電磁線繞制,內(nèi)徑為r,總高度為h,單位長度內(nèi)的匝數(shù)為n。忽略繞線螺距,近似地看成是一系列圓線圈緊密地并排起來組成,線圈中心點(diǎn)為O。

2.1.1 簡化模型勵磁功率的計(jì)算

根據(jù)畢奧—薩伐爾定律經(jīng)推導(dǎo),求得O 點(diǎn)磁場強(qiáng)度B即[7]:式中:ρ——電阻率,Ω·m;

l——勵磁繞線的總長度,mm。

由式(1)與式(2)的勵磁功率為:

根據(jù)圖1可以知道,當(dāng)α=β時,由三角函數(shù)關(guān)系換算得出:

2.1.2 簡化模型處理量的計(jì)算

設(shè)分選腔的半徑與線圈內(nèi)徑相等為r,礦漿流過分選腔h所用時間為t,1 h礦漿通過量為Q,則可得出以下關(guān)系式:

2.2 能耗對比

在電磁漿料磁選機(jī)工作時,勵磁線圈和沖礦水泵的耗能占較大的成本。該類設(shè)備在運(yùn)行期間,進(jìn)料時線圈通電勵磁,停止給礦后勵磁停止,沖礦水泵工作完成卸礦,根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),每小時的耗能計(jì)算公式為:

式中:P——線圈勵磁功率,k W;P1——水泵功率,k W。

由式(5)與式(7)可知,設(shè)備勵磁功率P與分選腔半r2成正比,設(shè)備的處理量Q 與分選腔半徑r3成正比。式(8)除以式(7)可得出,噸耗能關(guān)系為:

由式(9)可知,隨著分選腔直徑增加,設(shè)備處理每噸礦石的能耗與直徑成反比,這是電磁漿料磁選機(jī)大型化節(jié)約能耗的理論依據(jù)。根據(jù)式(8)計(jì)算耗能參數(shù)見表1,噸礦石能耗見圖2。

表1 耗能參數(shù)表

從表1和圖2可以看出,在磁場強(qiáng)度相同時,HTDZ-520、HTDZ-1000、HTDZ-2000型噸礦石能耗分別為11.5 k W·h/t、4.82 k W·h/t和2.1 k W·h/t,HTDZ-2000比520型節(jié)能約81.7%,HTDZ-2000比HTDZ-1000型節(jié)能56.3%。通過數(shù)據(jù)對比隨著設(shè)備的大型化,每噸礦石的耗能呈下降趨勢,明顯降低了選礦廠的生產(chǎn)成本,增加了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

圖2 能耗對比圖

3 大型智能電磁漿料磁選機(jī)的應(yīng)用

3.1 在高嶺土綜合利用中的應(yīng)用

福建廈門某公司的高嶺土主要成分為多水高嶺石、高嶺石,脈石礦物主要為石英、鈦鐵礦、褐鐵礦以及少量黃鐵礦。該公司采用HTDZ-2000特大型智能電磁漿料高梯度磁選機(jī)作為高嶺土除鐵提純設(shè)備。其現(xiàn)場安裝見圖3,提純工藝見圖4。高嶺土Fe2O3含量由0.86%降低為0.46%,白度由75%提高到86%,日產(chǎn)精礦量600 t。HTDZ-2000型的處理量是HTDZ-1000型的4 倍,HTDZ-1000 型設(shè)備的勵磁功率為115 k W,HTDZ-2000型的勵磁功率為240 k W,每小時節(jié)省功耗為220 k W,按照一年工作320天,每天運(yùn)行20 h,可節(jié)約能耗1 408 000 k W·h(不含附屬設(shè)備節(jié)約能耗)。

圖3 HTDZ-2000型漿料磁選機(jī)現(xiàn)場

圖4 高嶺土提純工藝

首臺HTDZ-2000型漿料磁選機(jī)成功應(yīng)用后,該公司又采購3臺HTDZ-1500型電磁漿料磁選機(jī)用來處理-26目+140目高嶺土尾砂。采用“擦洗—磨礦—分級—重選—磁選(板式磁選機(jī)—立環(huán)高梯度磁選機(jī)—電磁漿料磁選機(jī))—浮選”工藝進(jìn)行除鐵提純,

精砂產(chǎn)品Fe2O3含量為0.005 2%,達(dá)到光伏玻璃用砂的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。HTDZ-1500漿料磁選機(jī)現(xiàn)使用如圖5所示。HTDZ-2000型與HTDZ-1500型漿料磁選機(jī)良好的除鐵效果、穩(wěn)定的選礦指標(biāo)、低耗能的優(yōu)勢,為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

圖5 HTDZ-1500型漿料磁選機(jī)現(xiàn)場圖

3.2 在長石礦除鐵中的應(yīng)用

福建泉州某公司采用2臺HTDZ-1500大型電磁漿料磁選機(jī)用于長石除鐵提純,經(jīng)20目滾筒篩后礦漿質(zhì)量濃度為30%,測得物料白度為11%,經(jīng)平板磁選機(jī)去除磁性鐵及部分弱磁性雜質(zhì)后,礦漿質(zhì)量濃度為27%,物料白度為26%,再經(jīng)2道立環(huán)高梯度磁選機(jī),礦漿質(zhì)量濃度為20%,物料白度為48%。最后通過電磁漿料磁選機(jī)進(jìn)行精選作業(yè),獲得白度為63%的長石精礦,化學(xué)多元素分析結(jié)果見表2。HTDZ-1500大型電磁漿料磁選機(jī)使用現(xiàn)場照片見圖6。

表2 長石精礦化學(xué)多元素分析結(jié)果(質(zhì)量%)

圖6 設(shè)備現(xiàn)場照片

3.3 在石英砂提純中的應(yīng)用

廣東湛江某石英砂廠的生產(chǎn)原料主要礦物雜質(zhì)為少量的赤鐵礦、鈦礦物、長石、云母等。生產(chǎn)流程為破碎、磨礦、脫泥、分級、磁選。通過筒式磁選機(jī)去除機(jī)械鐵;用2臺LHGC-3000型1.4 T 立環(huán)高梯度磁選機(jī)串聯(lián)進(jìn)行強(qiáng)磁選粗選;再通過HTDZ-1500型1.5 T電磁漿料磁選機(jī)精選作業(yè)。其生產(chǎn)工藝流程簡圖見圖7,設(shè)備現(xiàn)場安裝圖見圖8。該生產(chǎn)線已穩(wěn)定運(yùn)行2年多,年產(chǎn)Fe2O3含量小于0.008 5%石英砂精礦70萬t,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

圖7 生產(chǎn)流程圖

圖8 廣東湛江設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)場

綜上所述,可以得出以下結(jié)論:

(1)全新一代HTDZ系列特大型周期式電磁漿料磁選機(jī)代表著高產(chǎn)量、高效率與智能化。其顯著提升了設(shè)備生產(chǎn)效率和自動化水平,推動非金屬選礦廠的技術(shù)進(jìn)步,實(shí)現(xiàn)了高作業(yè)率、低成本生產(chǎn),將選礦行業(yè)轉(zhuǎn)變成高精尖產(chǎn)業(yè)。

(2)噸耗能關(guān)系式為設(shè)計(jì)研發(fā)提供了理論依據(jù),通過對比HTDZ-2000 型比HTDZ-520 型節(jié)能81.7%,比1000型節(jié)能56.3%。

(3)通過技術(shù)創(chuàng)新和工藝創(chuàng)新對電磁漿料磁選機(jī)不斷優(yōu)化,建立完善的理論計(jì)算體系,并利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)智能控制技術(shù),研制成功了HTDZ-1500和HTDZ-2000大型電磁漿料磁選機(jī),在高嶺土、長石、石英砂等非金屬礦除鐵提純中成功應(yīng)用,占領(lǐng)廣闊的市場并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。