基于高梯度磁场与离心场协同作用强化弱磁性矿物分选效率的机理研究

It's important to increase the utilization ratio of weakly magnetic resources for providing enough raw for the national industrial development. In this project, based on the different physical characteristics that weakly magnetic minerals have much greater density and magnetic susceptibility than the gangue, the separation efficiency of weakly magnetic resources will be improved by taking the centrifugal field into high gradient magnetic field and using the function of centrifugal field in strengthening pulp dispersion and ''gravity force'', with the separating mechanism of weakly magnetic mineral in centrifugal and magnetic complex stress field as the study objective, theoretical analysis, coupled simulation of the multiple forces field and experiments verification will be combined to conduct the research on distribution of the force field, the forces acting on particles and particles' trajectory, then, the separation principle ,capture model and separation efficiency model of weakly magnetic mineral will be represent and build, the aim of this study is to resolve the problems of low separation efficiency and enrichment rate existing in high gradient magnetic separation process for the reasons of mechanic inclusion, and provide the theory for designing and manufacturing the high efficiency magnetic separator, the results of this research also will provide the new pathways to the mineral separation, particularly at weakly magnetic resources.

提高弱磁性矿物资源利用效率，对保障国家工业发展所需原料供应具有重要意义。基于弱磁性矿物较脉石矿物具有密度大、比磁化系数高的物理特性，本项目通过在高梯度磁场中介入离心场，利用离心场“强化重力”和分散矿浆作用，协同高梯度磁场提高弱磁性矿物的分选效率，以高梯度磁场与离心场协同力场中弱磁性矿物分选机理为研究对象，结合理论计算、有限元多力场耦合仿真及实验研究方法，研究分选区域内的协同力场分布、力场作用下颗粒的受力状态及运动轨迹，进行协同力场中矿物颗粒分选过程表征、弱磁性矿物捕获模型和分选效率模型构建，旨在解决高梯度磁选技术目前存在的分选过程中机械夹杂严重、分选效率及磁精矿富集比低等问题，为弱磁性矿物高效选矿装备的设计、制造提供理论依据，这一研究成果也将为矿物分选尤其是弱磁性矿物的高效分选提供新的途径。

我国拥有大量红铁矿、锰矿、黑钨矿等弱磁性矿物资源，磁、重分选是回收这类资源主要技术。本课题通过在高梯度磁场中介入离心场，利用离心场“强化重力”和分散矿浆作用，协同高梯度磁场进一步提高弱磁性矿物的分选效率，研究内容包括，旋流多梯度磁选机流场的3-D Fluent仿真分析、磁场的3-D ANSYS仿真分析、试验平台搭建、颗粒受力计算和分选性能试验研究等。. 有限元软件ANSYS的3-D电磁场仿真结果表明： ① 分选腔内未添加磁介质时磁场在分选腔内呈“马鞍型”分布，磁场强度分布均匀，磁场强度分布在60-130Gs内，高强度磁场区域未靠近分选腔的内壁；② 分选腔内添加聚磁介质后，由于聚磁介质较空气的磁阻小，分选腔内的磁感线会趋于从聚磁介质处通过，磁力和离心力在分选腔内壁处组合叠加，可同时利用磁性颗粒大比重和大比磁化系数的特点实现其分选。. 关于聚磁介质上颗粒的捕捉行为、颗粒在磁介质上的累计行为和磁性矿物连生体对磁介质捕收颗粒的影响，研究结论如下：① 小尺寸的磁介质有利于磁性颗粒在磁介质上的累积，细粒的磁性颗粒难以在大尺寸磁介质上累积；在相同的高梯度磁选分选空间和介质充填率的条件下，细粒弱磁性矿物的归化饱和累积量，随着介质尺寸的减小而增大；②虽然矿物颗粒的磁化系数随着背景磁场的增大而减小，在高背景磁场下，低品位连生体仍能累积与磁介质上。. 对不同粒径的赤铁矿和石英纯矿物，及赤铁矿实际矿石进行分选试验，结果表明：①不加背景磁场时，随着离心力的增大，两种粒级赤铁矿的回收率呈增大趋势；在离心力作用下增加背景磁场，赤铁矿的回收率继续随之增大，通过在离心场中增加磁场可以利用离心力和磁力的复合作用增大赤铁矿的回收。②实际矿石试验表明，随着激磁电流的增大，赤铁矿的回收率升高，而品位呈下降趋势，离心场和磁场的强度明显影响到精矿中赤铁矿的回收率和品位；在低离心力作用下，如果添加磁场，可以在尽量降低对精矿中铁品位影响的情况下，增大精矿中弱磁性矿物即赤铁矿的回收率。