国内外典型磁选设备的研究与发展

磁选是利用不均匀磁场中矿物颗粒所受磁场力大小的差异来实现磁性颗粒与非磁性颗粒分离的选矿方法，磁选机主要用于多种工业资源的回收和非磁性物料的除铁。20 世纪80 年代初，钕铁硼的问世极大地推动了永磁磁选技术的发展和新型磁选设备的应用。几十年来，服务于矿业资源的重要磁选设备主要有平环式磁选机、立环式磁选机、辊式磁选机、柱式磁选机及筒式磁选机等5 大类。1 平环式磁选机平环式磁选机是一种强磁场磁选机，代表机型为琼斯型磁选机，1963 年由英国人G. H. Jones 发明，德国KHD Humboldt Wedag 公司制造，曾一度是弱磁性矿物选别的主力机型。其特点是分选转盘水平安装，在磁极间绕垂直轴旋转，使磁性与非磁性物料分离。
1. 1 ( 仿) 琼斯型平环磁选机
自从Jones 发明齿板介质以来，强磁场磁选设备发展迅速，其中得到广泛应用的主要有KHD 公司制造的DP 型琼斯平环式强磁选机，我国制造的仿琼斯ShP 系列强磁选机和前苏联制造的3PM 系列。KHD 公司推出的DP － 317 琼斯型磁选机是结构性能经过改进、优化的新机型，采用了低温超导磁系取代常规电磁磁系，背景磁感应强度达2 T，磁极头磁感应强度增强1 倍，而且改进了聚磁分选介质［1］。20 世纪70 年代末，长沙矿冶研究院与酒泉钢铁公司联合对琼斯型湿式强磁选机的结构进行了改进，研制出了ShP － 3200 湿式强磁选机，可用于赤铁矿、褐铁矿及锰矿等弱磁性物的选别。系统中2 个U 型磁极与激励线圈通以直流电，形成4 个对称分布的磁极，背景磁感应强度达1. 4 T，处理量最大可达120 t /h［2］。
1. 2 SQC 型平环磁选机
江西有色冶金研究所和赣州冶金机械厂合作研制的SQC 型湿式强磁选机采用环式链状闭合磁路，铜管绕制线圈，低电压大电流激磁，水内冷散热，齿板作分选介质。适用于选别黑色金属、有色金属和·134·非金属矿中细粒弱磁性矿物，如菱铁矿、褐铁矿、钽铌矿和黑钨矿等。该系列强磁选机曾用于江西铁坑铁矿、湖北大冶石头嘴铜铁矿、大冶铜绿山铜铁矿等矿山的褐铁矿、赤铁矿的选别［3-4］。
2 立环式磁选机
2. 1 双立环湿式磁选机
立环磁选机是为解决平环式磁选机磁介质易堵等问题而研制的。20 世纪80 年代初，广州有色金属研究院研制出1500 mm 双立环湿式强磁选机，转环外径、内径分别为1 500、1 180 mm，环有效宽度为200 mm，背景磁感应强度为2 T，分选环转速为2. 5 ～ 6. 3r /min，处理能力为12 ～ 16 t /h，适用于褐铁矿、赤铁矿及钽铌矿的分选［5］。
2. 2 VMS 型、VMKS － l 型立环磁选机
VMS 系列高梯度磁选机由前捷克布拉格矿山研究所于20 世纪80 年代研制成功。VMS － 2000 型磁选机结构上采用马斯顿磁路，分选环在磁系下方，分选环直径为2 000 mm，分选环转速为2 ～ 5 r /min，背景磁感应强度达1. 35 T，磁介质高度为150 mm，给矿宽度为500 mm，处理能力为25 ～ 30 t /h，最大背景磁感应强度所对应的激磁功率为148. 5 kW。该设备在前捷克卡罗维与瓦瑞奥托维斯高岭土选矿厂的高岭土提纯中得到成功应用［6-8］。
2. 3 SLon 型立环磁选机
1988 年赣州有色冶金研究所利用磁力、脉动流体力和物料重力的综合力场成功研制出SLon 型立环脉动高梯度磁选机，近年推出的SLon － 2500 立环脉动高梯度磁选机台时处理能力可达150 t /h。该设备具有富集比大、回收率高、不易堵塞、分选粒度宽等优点。数年前推出的GMGC 型立式脉动高梯度磁选机具有SLon 磁选机的脉动特点，增大了分选区的高度，并将最大背景磁感应强度提高到1. 6 T，主要用于非金属超细物料提纯，可以分选粒度非常细、磁性非常弱的物料［9-14］。
2. 4 SSS 系列立环磁选机
广州有色金属研究院2002 年推出的SSS － II型湿式双频脉冲双立环高梯度磁选机，是20 世纪末研制的SSS 型双频双立环高梯度磁选机的改进型，该磁选机可大幅度提高难选微细粒弱磁性矿物的回收率、降低尾矿品位，在海南钢铁公司铁矿进行的工业试验表明，SSS － II － 2000 型磁选机的分选指标明显优于平环式强磁选机。2006 年，该院采用多梯度介质、气水联合卸矿和高效节能高频逆变型电源等技术，研制出的改进型高梯度磁选机具有更显著的节水节电效果［15-21］。
2. 5 LYC 系列立环磁选机
2008 年，郑州矿产综合利用研究所针对非金属矿除铁特点，研发出LYC － 720 型湿式永磁立环高梯度强磁选机，该设备采用独特的永磁磁系，有机地把高梯度聚磁介质磁选机和永磁磁路结合起来，处理能力可达3 t /h，背景磁感应强度大于1. 05 T，与目前螺母管线圈磁系的电激磁式磁选机相比，具有低能耗、磁感应强度高、操作灵活、结构紧凑等优点［22］。
3 辊式强磁选机
根据磁源不同，辊式磁选机可分为电磁式和永磁式2 种。
3. 1 High － Force 型辊式磁选机
美国INPROSYS 公司研制的High － Force 永磁单辊强磁选机，其磁辊由软铁和钕铁硼磁钢交替组成挤压磁系，磁辊表面磁感应强度最大可达1. 7 T，具有磁场梯度大、分选磁力强、粒度上限不严格等特点，可应用于弱磁性矿物分选与非金属矿物提纯等领域［23］。美国ERIEZ 公司研制的High － Force 多辊式强磁选机，其磁辊由厚度为4 mm 的环状和厚度为1mm 的片状钕硼永磁材料交错排列而成，磁辊表面磁感应强度为2. 2 T，具有磁感应强度高、分选质量好、处理粒度范围宽( 30 ～ 0. 074 mm) 、处理能力大等特点，一度有超过200 台应用于20 多个国家［24］。
3. 2 GCG 型辊式磁选机
1994 年北京矿冶研究总院研制出GCG20 /75干式电磁感应单辊与垂直双辊式强磁选机。结构上双辊采用上下布置成两个分选区，磁感应强度分别达到1. 97 T 和2. 2 T，在两分选区间隙中产生不同磁感应强度，使1 台设备连续完成细粒弱磁性矿物粗选和精选，达到当时的国际先进水平［25-26］。
3. 3 CS 型辊式磁选机
马鞍山矿山研究院于20 世纪80 年代先后研制出CS － 1 型、CS － 2 型与CS － 3 型湿式电磁感应辊式强磁场磁选机。三者的结构、分选原理、结构特点与磁路系统基本相同，采用“□”字型闭合磁路，无非工作间隙，磁能利用率高; 不同之处在于机重、处理能力和分选矿石粒度，CS － 1 型和CS － 3 型磁选机的分选粒度均为7 ～ 0. 5 mm，CS － 2 型磁选机的·135·胡永会: 国内外典型磁选设备的研究与发展2012 年第9 期分选粒度为12 ～ 0. 5 mm。CS 型磁选机曾在梅山铁矿选厂、昆钢上厂铁矿选厂的弱磁性矿物的分选中发挥过重要的作用［27-29］。
3. 4 CRIMM 型辊式磁选机
20 世纪90 年代，长沙矿冶研究院研制出CRIMM 系列稀土永磁辊式强磁选机。其磁辊由钕硼磁盘和DT4 纯铁磁盘构成，表面磁感应强度为1. 2 T，分选粒度为20 ～ 0. 074 mm，处理能力为0. 5～ 8 t /h［30］。可根据矿石中磁性颗粒的磁性、粒度与密度等调节磁辊转速、给料层厚度和分隔板的位置，可用于分选各类弱磁性矿物。2004 年，该院与莫斯科矿业大学合作，新研发出CRIMM YCGTD 系列双箱往复式永磁高梯度磁选机，磁系采用稀土永磁材料组成对极闭合磁体，背景磁感应强度为1. 0 ～ 0. 8T，分选介质表面磁感应强度达1. 2 ～ 1. 5 T，并采用PLC 自动控制系统，单台设备处理能力为1 ～ 1. 5t /h， 2006 年以来，在长石、霞石和高岭土等非金属矿除铁生产中取得了较好的技术经济效益［31］。
3. 5 DPMS 型、RGC 型与YCG 型辊式磁选机
长沙矿冶研究院、北京矿冶研究总院与马鞍山研究院研究分别研制的DPMS 型、RGC 型与YCG 型永磁辊式强磁选机结构上基本相同，均采用高强度超薄输送带输送矿物到距离辊表面很近的范围内分选。DPMS 系列辊式永磁强磁选机可处理50 ～ 0mm 弱磁性干、湿矿物，曾一度被广泛使用于国内的几十个矿山，获得了显著的经济效益［32］。2 － RGC系列辊式永磁强磁选机采用上下双辊布置方式，辊径在300 ～ 120 mm，长度在1 000 ～ 500 mm，生产应用中可根据需要采用单辊或多辊配置［33］。YCG 系列粗粒永磁辊式强磁选机是针对弱磁性矿物的粗粒预选而设计的［34］，可以抛出大量的脉石矿物，矿山经济效益显著提高。
4 柱式磁选机
柱式磁选设备是利用磁力、重力和上升水的冲力等复合力来实现磁性矿物单体( 包括部分富连生体) 和非磁性矿物单体( 包括部分贫连生体) 分离的设备，主要包括传统的磁力脱水槽、磁聚机、磁选柱等。目前，应用较多的是磁选柱，且正朝着大型化、自动化与智能化的方向发展［35］。鞍山科技大学利用直流供电励磁机制，成功研制出了电磁式脉动弱磁场磁重选磁选柱，该产品已实现系列化。磁选柱在工作中形成时有时无、时强时弱、不连续、不均匀的弱磁场，使入选的磁性物料在磁选柱内能实现反复多次的分散和团聚。分散时夹杂在磁团聚中的连生体和脉石在上升水流托举力作用下，从磁选柱上部排出，成为磁选柱的尾矿( 选矿工艺中往往称为中矿) ; 磁团聚体在自重和磁力作用下向下运动，从磁选柱下部排出，成为高质量的铁精矿。该设备投放市场以来，在磁铁矿选矿厂得到了广泛的应用，并在磁铁矿山的铁精矿粉提铁降杂中发挥了重要作用［36-37］。目前，国内有多家公司生产类似的磁重选设备。东北大学研制的DFJX 系列脉冲振动磁场磁选柱在本钢南芬选矿厂的工业试验证明，使用该设备可提高磁铁精矿品位3. 54 ～ 8. 27 个百分点。用磁选柱替代细筛，可避免粗粒磁铁矿单体返回中矿再磨系统，既减少了入磨矿量、又可有效地控制已解离的磁铁矿颗粒返回再磨作业过磨带来的金属流失，具有显著的提质增效效果［38］。
5 筒式磁选机
1890 年瑞典出现了现代磁选机的原形———湿式圆筒型磁选机，并于1906 年开始在工业上分选磁铁矿、磁黄铁矿、磁赤铁矿、钛磁铁矿和硅铁等强磁性矿物［39］; 20 世纪80 年代出现了磁能积和剩磁都较大的钕铁硼永磁材料，为研制更高场强的筒式磁选机提供了必要条件。近几十年，瑞典、挪威、美国、日本、德国、前苏联和我国在各种型号圆筒型磁选机的研制方面均作出了重要贡献［40］。
5. 1 干式筒式磁选机
干式筒式磁选机又称磁力滚筒、磁滑轮，主要用于磨前干选和非金属除铁等，由磁系、圆筒、主轴和调整盘构成，磁系采用稀土合金永磁材料，筒表磁场强度为127. 39 ～ 358. 28 kA/m。国内外磁力滚筒繁多，主要差异体现在磁源、材质、精度及性能等方面。马鞍山矿山研究院研制的CTDG 系列磁力滚筒，直径一般在500 ～ 1 500 mm，输送带宽一般为500 ～ 1 600 mm，处理原矿石粒径范围可达75 ～ 350mm，处理能力最高可达600 t /h 以上，筒表磁感应强度可达160 ～ 260 mT。2005 年研制的CTDG1220N型磁力滚筒，筒表磁感应强度可达350 mT，分选粒度为－ 75 mm，处理能力可达1 500 t /h 以上，已成功应用于弓长岭矿业公司［41-42］。20 世纪80 年代中期，北京矿冶研究总院采用复合永磁材料成功研制出性能稳定、具有较高磁场强度和深度且选别效果较好的CTDY － 1214 型移动式预选机，应用在唐钢石人沟铁矿获得了良好的分·136·总第435 期金属矿山2012 年第9 期选效果。之后在1989 年该院研制出CT1416 型预选机，筒表磁感应强度可达0. 65 T，矿石入料粒度可达350 mm，处理能力达450 t /h，已成功应用于鲁中矿业公司自磨机前－ 340 mm 粒度的抛尾作业［43］。2006 年该院又研制出CT － 1424 型预选机用于鞍钢大孤山铁矿排岩系统，筒表磁感应强度可达400mT，分选粒度为－ 350 mm，处理能力达2 200 t /h 以上［44］。2011 年，根据首钢矿业公司水厂铁矿东排岩系统的需要，该院设计了目前国内外最大型磁滚筒CT1627，设备经大型化机械结构设计并采用大极面磁系设计，处理能力可达4 500 t /h，筒表磁感应强度可达500 mT，分选粒度为－ 400 mm。工业运转7 个月，共回收品位20% ～ 30% 的矿石约46 万t［45］。
5. 2 湿式筒式弱磁选机
湿式筒式磁选机出现较早，近几十年除了在磁系结构上不断完善外，主要是向大型、超大型化及专用化方向发展。我国一直走在湿式筒式磁选机发展的最前列，有代表性的制造商有马鞍山矿山研究院、中钢天源科技股份有限公司、北京矿冶研究总院和包头新材料应用设计研究所等。马鞍山矿山研究院制造的CT 型永磁筒式磁选机一度成为应用最广泛的磁选机，适用于粒度为－ 3mm 的磁铁矿、磁黄铁矿、还原焙烧矿、钛铁矿等物料的湿式磁选，也可用于煤、非金属矿、建材等物料的除铁作业。该磁选机磁系采用优质铁氧体材料或与稀土磁钢复合而成。根据筒体结构不同，该设备分为顺流、半逆流与逆流型等3 种形式，分别适用于不同的作业段。中钢天源研制的1 500 mm ×4 000 mm 筒式磁选机和1 500 mm × 4 500 mm 磁选机，分别成功应用于太钢尖山铁矿和马钢南山铁矿，台时处理能力均达220 t /h 以上［46］。BK 系列是由北京矿冶研究总院根据磁铁矿选厂4 个代表性分选环节而成功研制的专用磁选机。BKY 型用于磁铁矿细碎后入磨前的湿式预选，也可用于自磨机或半自磨机排矿的分选; BKC 型用于一段磨矿分级溢流的一次粗选; BKJ 型用于第二段磨矿分级溢流及最终选别段的精选; BKW － II 型用于扫选及控制发生故障时尾矿的流失等，也可以用于老尾矿库中铁磁性矿物的回收利用。BK 系列磁选机具有磁系包角大( 155° ～ 168°) 、圆周方向磁极极面有变化、大间隙顺流型槽体和多通道排尾系统使槽内矿浆液面更稳定等显著特点。
1995 年，北京矿冶研究总院成功研制出规格型号为CTB － 1230 的永磁筒式磁选机，成为国内大中型磁铁矿选矿厂的主力机型; 2006 年制造出的CTB － 1245 型永磁筒式磁选机磁包角大、矿浆液面高、多通道排尾，在四川某铁矿山应用于一段粗选，在处理能力为150 t /h左右时，可提高粗精矿铁品位和回收率分别达3. 49和7. 43 个百分点［47-50］。2009 年，北方重工集团有限公司沈阳矿山机械分公司与东北大学联合研制出GHC － 1545 超大型永磁筒式磁选机，在弓长岭选矿厂一选车间与单台MQY － 5067 溢流型球磨机匹配，处理能力达274t /h，在铁精矿铁品位相近的情况下，回收率比现场CTB － 1230 磁选机高1. 97 个百分点［51］。BKB 与BX 系列多磁极磁选机是近十多年来北京矿冶研究总院与包头新材料应用设计研究所分别研制的高效分选磁选机，具有磁力径向均匀变化、磁极数多、梯度合理、槽体结构特制、磁系包角大等特点，已有超过200 台应用于磁铁矿选矿厂［52］。俄罗斯生产的ЛBM － 150 /400 型湿式永磁筒式磁选机生产能力达400 t /h，该机增加了筒体周边磁系磁极，并在主磁极间装有辅助磁极，减少了漏磁对选别指标的影响; 美国ERIEZ 公司生产的HMDA 型湿式筒式磁选机，在多磁系的间隙中装有反斥磁铁，极性与相邻磁铁相同，即在圆筒外部附加与圆筒内对应位置极性相反的磁极，从而大大减少漏磁，提高磁场作用强度和深度，利用交替磁极的磁摆动作用提高精矿品位; 芬兰Kane 公司研制的Roxon 型磁选机的特点是在磁路设计中使磁场吸附作用集中在距离筒体表面30 mm 以内，筒表磁场强度为143. 31 ～156. 24 kA/m，而距离筒表50 mm 处的磁场强度下降至47. 77 ～ 55. 73 kA/m，形成较高的梯度，提高吸附能力，另外还通过增加磁极数使磁性矿粒磁骚动增加以提高精矿品位［53］。
6 结论
磁选是一种应用范围非常广的工艺，在工程和科学领域均获得成功应用，且前景乐观。近年来国内外先后研发并成功应用一系列新型高效的磁选设备，国内研制的磁选设备已逼近国际领先水平，但基础研究亟待加强。目前国内绝大多数研究均局限在磁场强度和梯度及高性能永磁材料的选择方面，而忽略了磁场特性的研究和磁路结构的创新等。