非金屬礦是重要的工業礦物,廣泛應用于各行業中。非金屬礦物(如長石、石英、高嶺土等)均為多成分共生,其雜質含量特別是其中的Fe元素含量,決定了產品的質量等級。實際應用中對非金屬礦物材料的純度要求較高,為降低非金屬礦中鐵雜質(Fe或 Fe2O3)含量,在其加工過程中通常需要進行除鐵處理。
目前,磁選是非金屬礦除鐵采用的最廣泛和最有效的方法,一般會在除鐵之前對礦物進行研磨,以提高分選及提純效果。但是在非金屬礦物的整個磨選及輸送流程中,會混入機械鐵,導致外界 Fe 元素對原料的二次污染。現今采用 PP 或 PE 材質的輸送管路和陶瓷類流槽可以良好解決輸送過程中的鐵污染,而對于磨礦過程中產生的鐵污染的研究很少。因此,本文以長石礦為例,分別采用非金屬磨(石碾、高鋁球磨等)和金屬磨(棒磨、球磨等)進行磨礦,比較分析兩種工藝條件下分選指標的差異,并優化長石的分選提純工藝。
1 各行業對長石的指標要求
目前我國的長石原礦中的含鐵量一般為0.2%~2.0%,表1-4列出了各行業對長石物料的品級劃分標準及質量要求。
由表1-4 可見,各行業對長石中的鐵含量均有較高要求,要想得到合格的產品必須進行鐵處理。
2 采用不同方式研磨對分選指標的影響
隨著非金屬礦物需求量的不斷增大,各選礦廠也需要提高產量,因此以往使用的石碾等非金屬磨逐漸由產量更大的棒磨等金屬磨替代。棒磨機在功耗上較石碾有一定降低,場地占用也有大幅的下降,并且其檢修、維護量較少,從擴大產量方面來看是一個不錯的選擇。但由于其研磨介質為金屬,因此在研磨過程中會產生大量的機械磨損鐵并混入原料中,使原料的含鐵量有所增加,加大了后序除鐵的難度。
以某長石為例,按一般的分選工藝(如圖1所示)對其進行除鐵提純。
采用不同介質磨研磨前后,長石中各成分含量如表5所示。
由表5可見, 長石在棒磨后Fe2O3比較石碾研磨增加了0.08%, 分析增加的Fe元應來源于棒磨磨損鐵。
對研磨后的兩種物料分別通過 LGS-EX(實驗室專用強磁選機)進行13000Gs背景場的選別試驗,結果如表6所示。
由表6的結果可以看出,經棒磨研磨后的物料即使采用 13000Gs 背景場的強磁選設備也不能完全將磨礦時產生的機械鐵全部選別出來。
圖2為長石經棒磨和強磁提純除雜后精砂。
由圖2可以看出,分選后物料中仍有較小的黑色顆粒存在。
3 金屬磨機磨損鐵特性分析
分析磨機磨損鐵的來源主要為研磨棒和襯板。試驗所用磨機的磨棒為45#鋼,襯板為常用的Mn13。其中Mn13為奧氏體結構,是弱磁性材料,單純依靠磁選無法將其徹底選出。
對磨機進行空載運行,分析磨損鐵的粒度,其分布如圖3所示。
由圖3可見,磨損鐵的粒度大多在 1~10μm,10μm 以下的占總量的 99%,其粒度是非常細小的。因此,該鐵粉多懸浮于液體之中。
要將顆粒從液體中吸出,則需滿足條件: F吸 >mg + F表面
式中:F 吸為磁場吸力,F吸 =k·Χ·B·V·dH/dl(其中k為自定義吸力常數、Х為比磁化率、B 為分選磁場強度、dH/dl 為分選磁場梯度、V 為物料體積),即相同的磁場和梯度下對同種物料的吸力與物料體積 V 成正比;m 為物料的質量,m=ρ·V(其中ρ為物料密度),即同種物料顆粒的質量與物料體積V成正比;F表面為物料離開液面時所要克服的水的表面張力,F表面 =σ·d(其中 σ 為水的表面張力系數、d 為物料出水時邊長) ,即同種物料表面張力與其出水邊長 d(w)成正比。
對于同種物料,其吸力、阻力(質量加表面張力)與粒度大小間的關系如圖4所示。
由圖4可見,在物料粒度很小的情況下,阻力會明顯大于吸力,此時物料是無法被吸出的;隨物料粒度的增大,在磁場強度和梯度一定的條件下,阻力的增幅會變小,當粒度達到一定大小時,吸力便會大于阻力,將物料從液體中吸出。
4磨損鐵去除方案
由上面的分析可知,單純依靠磁選并不能完全去除金屬磨機磨損帶入物料中的機械鐵。由于磨損鐵均為微細粒級存在,為了能夠更好地消除其對后序工藝造成的干擾,本試驗在強磁選之前增設了多道脫泥設備,以期可以在強磁選工序之前將這些微細粒級存在脫除出去。
改進后的分選工藝流程如圖5所示。
經研磨后的長石物料在脫泥前后其鐵含量如表7所示。
物料經脫泥后再進行強磁選,其中鐵含量如表8所示。
由表7和表8可見,棒磨研磨并脫泥再經過強磁選后,物料的分選結果已經比較接近石碾研磨后強磁選的結果了。
5 結論
采用棒磨等金屬磨機對非金屬礦物進行加工無疑是提高加工能力和產量的一條很好的途徑,但其加工過程中產生的機械磨損鐵單獨使用磁選是不能夠完全分選出來的。本文針對這一問題提出的在使用金屬磨機研磨后增設脫泥設備的非金屬礦物改進提純工藝,可以很好地減少機械磨損鐵對最終精砂品質的影響,在實際生產中具有重要意義。
作者:沈陽隆基電磁科技股份有限公司 唐奇
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