铁矿石磁选新工艺新技术---矿物磁性

    磁性是物质的基本属性之一。在已知一百多种元素中，铁（Fe）、镍（Ni）、钴（Co） 三种元素是铁磁性的。含有其中一种或两种元素的化合物可以是强铁磁性或弱铁磁性；也可以是顺磁性。55种元素具有顺磁性，其中钪（Sc）、钛（Ti）、钒（V）、铬（er）、锰（Mn）、钇（Y）、钼（Mo）、锝（Te）、钉（Ru）、铑（Rh）、钯。（Pd）、钽（Ta）、钨（w）、铼（Re）、锇（Os）、铱（Ir）、铂（Pt）、铈（Ce）、错（Pr）、钕（Nd）、钐（ sin）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tin）、镱（Yb）、铀（U）、钚（Pu）、、镅（Am）32种元素的 化合物具有顺磁性（其中钆、镝、钦具有铁磁性）；锂（Li、氧（O）钠（Na）、镁（Mg）、铝（Al）、钙（Ca）、镓（Ga）、锶（Sr）、锆（Zr)、铌（Nb）、锡（Sn）、钡（Ba）、镧（La）、镥（Lu）、铪（Hf）、钍（Th）几种元素在纯态时是顺磁性的，成化合物时则为抗磁性，在氮（N）、钾（K）、铜（Cu）、铷（Rb）、铯（Gs）、金（Au）、铊（Tl）7 种元素中，含有其中一种或几种元素(虽然.N和Cu在纯态时是微抗磁性的）的化合物是顺磁性的。其他46种元素均为抗磁性。
    在选矿技术领域，一般把自然界矿物相对地分成强磁性矿物、弱磁性矿物和非磁性矿物三大类。
   （一）强磁性矿物
    强磁性矿物是指在弱磁场（场强120千安/米）磁选机中能够回收的矿物。这类矿物的比磁化率X_s＞4×10⁵米³/千克。属于此类矿物有磁铁矿（天然和人造的）,磁性赤铁矿（或γ-赤铁矿）、钛磁铁矿和磁黄铁矿（有些是弱磁性的）。
    A  磁铁矿（FeO·Fe₂O₃）
   磁铁矿的磁性质为:居里点θ=578℃；饱和磁化、强度M_s=451～454千安/米；矫顽力H_c=1.6千安/米；起始比磁化率X_s=(0.18～1.28)×10^-2米³/千克。磁铁矿在磁场强度约320千安/米磁场中磁化时开始磁性饱和。磁铁矿的起始磁化和磁滞曲线及比磁化率如图1所示。从图2可以看出，磁铁矿的矫顽力随颗粒粒度的减小而增高，而比磁化率则相反。

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    磁铁矿和弱磁性矿物或非磁性矿物连生体的比磁化率只与其中磁铁矿含量有关。在磁化场强度60～120千安/米范围内，连生体的比磁化率X_sl可按经验公式计算
                             X_sl=(δ_m/δ_l)(a/72.4)²Xsm                (1)
  式中  X_sm———磁铁矿比磁化率；m³/kg;
        δ_m和δ_l———磁铁矿和连生体的密度,kg/m³;
        a———连生体中以磁铁矿形式存在的铁含量%；
        72.4———纯磁铁矿化学式的铁含量，%。
    连生体在10~20千安/米磁场中磁化时，可用下式计算比磁化率
                           X_sl=[(a_m+b′)/c′]³                      (2)
    式中  a_m———连生体中磁铁含量;b′=27;c′=1.36×10³
    人造磁铁矿和磁性赤铁矿的矫顽力比天然磁铁矿（H_C≈10千安/米）要大。磁选时这些矿物形成结实的聚团，其中的非磁性夹杂物比天然磁铁矿聚团要多。
    含有大量二价钛的磁铁矿精矿也具有高矫顽力(H_C=5～10千安/米)而比磁化率略有降低（X_s=0.38×^-3米³/千克）。
    B  磁黄铁矿(FeS_1+x;0＜x≤1)
    在自然界中磁黄铁矿以不同的变态存在，按其磁性可属于弱
    磁性矿物，也可以属于强磁性矿物。六方硫铁矿（FeS）属弱磁性；0＜X≤0.1的变态磁黄铁矿也为弱磁性；而0.1＜X≤1/7的磁黄铁矿则是强磁性的。图3示出了强磁性黄铁矿的磁特性。

   （二）弱磁性矿物
    弱磁性矿物在自然界是很大的一类矿物。它们都是顺磁性的，只有个别矿物（ 如赤铁矿）属于反铁磁性物质。弱磁性矿物的磁性特点是比磁化率为一常数，与磁化场强度、颗粒形状和粒度等因素无关；没有磁饱和及磁滞现象，其磁化强度与磁化场强度成线性关系。有时观察到有些弱磁性矿物的比磁化率与磁化场强度有关，这种现象被解释为存在有强磁性物质包裹体。
    弱磁性矿物和强磁性矿物连生体的比磁化率可按（1）式和（2）式计算。弱磁性矿物和非磁性矿物连生体的比磁化率可按下式计算

    式中   a_i———i种弱磁性或非磁性矿物的含量（Σa_i=1）[next]
    （三）矿物磁性对磁选过程的影响
    矿物磁性是确定磁选过程的决定因素。回收强磁性矿物用弱磁场磁选机；回收弱磁性矿物用强磁场磁选机。
    强磁性矿物磁选时，除颗粒磁化率外，矿物的矫顽力和剩磁感强度也起重要作用。这些因素使颗粒在磁选机或磁化设备中形成聚团，并且在它离开磁场后，部分聚团仍然保持，使颗粒沉降加快。
    磁团聚现象在磨矿回路的分级作业中，特别是在机械分级机中会影响分级效率。因此在磁选产品再磨之前要用脱磁设备脱磁，破坏磁聚团。
    细粒磁铁矿精矿在过滤之前要脱磁，这样能降低滤饼的水分和提高过滤机的生产能力。
    磁铁矿颗粒通过磁选机磁场时生成聚团有助于获得含铁较低的尾矿。这是因为聚团的退磁系数较小而磁化率较高，而且它在水中运动的阻力比单个颗粒要小。对于精矿质量，形成磁聚团是不利的，因为非磁性颗粒也会被夹杂在聚团中。形成聚团会阻碍连生体同单个矿物颗粒分开。
    为了使两种磁化率相等而居里点不同的矿物磁分离，磁选可选择在中间温度进行，在此温度下一种矿物的磁性已显著降低，而另一种则仍保持不变。
   （四）磁选的选择性
    被分离矿物比磁化率之比X″s/X′s叫作磁选的选择性。此处X′s和X″s分别为磁性较强和磁性较弱矿物的比磁化率。
    磁选机磁场不论按磁场强度（H）和按相对磁力（μoHgradH）都是不均匀的。在这种情形下，颗粒大小对作用到颗粒上的平均磁力值有影响，因此具有不同磁化率，大小不同的颗粒可能经受相等的磁力。这里引进一个磁选时颗粒的“比等吸力系数”概念。等吸力颗粒尺寸之比d′/d″取决很多因素，其中最重要的是磁性颗粒比磁化率变化范围、磁场不均匀程度（μ_oHgrad-H）、介质对颗粒运动阻力和给矿方法（上部或下部给料）。这个比值因矿石不同而各异，也和磁选机类型有关。
    在分选宽粒级矿石时，应当预先筛分。在等磁力磁场中相对磁力是常数，因此磁选前物料无需分级，因为在磁场任何位置任何粒度颗粒受到的比磁力是相等的。
    对于上部单层给矿圆筒磁选机，被选矿石粒度上限d′和下限d″之间磁选必须的粒度差可按下式计算：
               Δd=d′-d″=lgK″/Clge=2.311lgK″/π=0.731lgK′    (4)
    式中  k′=X′_bs/X″_bs;
          C≈π/ι———磁系磁平均匀度，m^-1;
          ι———极距，m.  
    从4式可以看出，被选矿石粒度上下限之间的必要差别随磁场不均匀度C的降低(或极距的增大)而增大。
    磁选效率按下式计算：
                            η=1-e-m′n′                       (5)
    式中  m′———与磁选机结构和分选条件有关的系数(根据实验数据m′≤4)；
          n′———被选颗粒比磁化率相对差:
                     n′=(X′_bs/X″_bs)X′_bs                       (6) 
    从5式得出结论：当选择性给定时（X″_bs/X′_bs=常数，即n′=常数），磁选效率由m′确定；而当磁选机结构和分选条件固定时(m′=常数），磁选效率由根据所要求的选择性计算得的系数n′决定。