永磁筒式磁选机开放式磁场特性的分析1解读.docx

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永磁筒式磁选机开放式磁场特性的分析1解读

・１４６・

有色金属（选矿部分）

２０１１年增刊１

ＤＯＩ：

１０．３９６９／／ｊ．ｉｓｓｎｌ６７１－９４９２．２０１１．ｚ１．０３２

永磁筒式磁选机开放式磁场特性的分析

魏红港，史佩伟，冉红想，王芝伟

（北京矿冶研究总院，北京１０００７０）

摘

要：

永磁筒式磁选机是黑色金属矿选矿领域广泛应用的选矿设备，而其磁系结构及磁场特性设计是影响磁选机性

能的关键因索。

对选矿效果有着至关重要的影响。

本文通过对永磁筒式磁选机磁系设计及其磁场特性的阐述，着重分析了磁性单元结构参数、辅助磁极匹配等影响磁场特性的因素。

期望对永磁简式磁选机的设计及工业选型应用能够起到较好的指导作用。

关键词：

永磁筒式磁选机；磁场强度；磁场梯度；磁场深度中图分类号：

ＴＤ４５７

文献标识码：

Ａ

文章编号：

１６７１—９４９２（２０１１）ｓｏ－０１４６－０４

ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＯｐｅｎ

Ｍａｇｎｅｔｉｃ

ＦｉｅｌｄＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆＰｅｒｍａｎｅｎｔＤｒｕｍ

Ｍａｇｎｅｔｉｃ

Ｓｅｐａｒａｔｏｒ

。

ＷＥ／Ｈｏｎｇｇａｎｇ，ＳＨＩＰｅｉｗｅｉ，ＲＡＮＨｏｎｇｘｉａｎｇ，ＷＡＮＧ

Ｚｈｉｗｅｉ

（ＢｅｉｊｉｎｇＧｅｎｅｒａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７０，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：

Ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｉｃｄｒｕｍ

ｓｅｐａｒａｔｏｒ

ｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｆｅｒｒｏｕｓｍｅｔａｌｏｒｅｄｒｅｓｓｉｎｇ．

Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｒｅｔｈｅｋｅｙｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｍａｇｎｅｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ。

ｗｈｉｃｈｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｔｈｅｏｒｅｄｒｅｓｓｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｌａｂｏｒａｔｉｏｎｏｆ

ｄｅｓｉｇｎｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｉｃｄｒｕｍｓｅｐａｒａｔｏｒａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ，ｔｈｅｐａｐｅｒｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｉｍｐａｃｔｆａｃｔｏｒｓ，ｓｕｃｈａｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｕｎｉｔ，ａｓｓｉｓｔｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｌｅｓｍａｔｃｈｉｎｇａｎｄｅｔｃ，ｗｈｉｃｈｃａｎ

ｂｅｏｆｇｏｏｄｇｕｉｄｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎｆｏｒ

ｐｅｒｍａｎｅｎｔｄｒｕｍｍａｇｎｅｔｉｃｓｅｐａｒａｔｏｒｄｅｓｉｇｎｉｎｇａｎｄｉｎｄｕｓｔｒｙ

ｍｏｄｅｌｓｅｌｅｃｔｉｏｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：

ｐｅｒｍａｎｅｎｔｄｒｕｍｍａｇｎｅｔｉｃ

ｓｅｐａｒａｔｏｒ；ｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙ；ｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ

ｇｒａｄｉｅｎｔ；

ｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｄｅｐｔｈ

磁选是在不均匀磁场中利用矿物之间磁性的差异而使不同的矿物实现分离的一种方法。

因为其工艺洁净无污染，方法成本低和分选效率高，在很多领域都有广泛的应用，尤其是矿物加工领域，被广泛地应用于黑色金属矿石的选别，例如重介质选煤中回收磁性介质、非金属矿中除去含铁杂质等。

近些年来，随着矿石开采的边界品位降低，弱磁性矿的开发利用趋势日益增加，致使磁选设备向着规模大型化、结构多样化、产品系列化方向发展，设备性能上向着高场强、大处理量和高回收率的方向发展［１Ｊ。

永磁筒式磁选机是应用最广泛的磁选设备之一．而其中磁系是组成永磁简式磁选机最核心的部件，对于磁选机的效果起着举足轻重的作用，因此对磁系的研究十分重要。

根据矿石性质确定适宜的

收稿日期：

２０１１．０６－１３

作者简介：

魏红港（１９８４．）。

男，河北保定人，硕士，助理工程师。

磁系结构参数、设计合适的磁场强度、合理匹配磁系磁场梯度与磁场作用深度、采用合理的极数和包角，保证磁性能得到最大限度利用，提高选矿效率

是磁系设计的主要任务。

１磁系设计的原则

磁系是磁选机的核心部件，磁系的设计对于磁选机至关重要，在设计磁系时，在考虑矿物性质的同时要注意以下几个方面［抽】。

１）具有较高的磁场强度

根据磁场力公式Ｆ蠢确・茗・Ｈ・目ｒａｄＨ可知，要

获得高的磁场力可采用高场强Ｈ，或者采用高梯度ｇ陋ｄ日来实现。

由于常规筒式磁选机是以开放式磁系设计为前提的，因此提高磁选机的磁场强度主要是以选择高磁能积（ＢＨ），高矫顽力鼠和高剩磁最

万方数据

２０１

１年增刊１魏红港等：

永磁筒式磁选机开放式磁场特性的分析

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材料钕铁硼（Ｎｄ—Ｆｅ—Ｂ），还可以设计出合理的磁系结构参数以增加磁场强度。

２）合适的径向磁场梯度和磁场作用深度

磁系的径向磁场梯度越大越好，但是磁场梯度和磁场深度是矛盾的，磁场梯度越大，表明磁场在距磁系单位距离减小的越快，则磁场的作用深度也就越小，两者兼顾，是磁系设计的一项主要任务。

３）周向磁场梯度应尽可能的小

对于筒式磁选机来说只有作用于径向的磁场力是有用的，其将矿粒吸附于筒表。

当矿粒被吸附于筒体表面后，则在运送至磁性物料排矿处的整个过程中，都要求一直被吸附于简体表面，由于磁场周向变化产生的周向磁场梯度，进而产生周向磁场力，其方向指向高场强区。

周向磁场梯度越大，周向磁场力也就越大，该力将矿粒吸到高场强区，并且滞留在磁场峰值附近，阻碍了磁性颗粒的顺利排出，吸附于外层的磁性颗粒由于磁场强度低、矿浆流速快，磁性颗粒很容易损失于尾矿中，导致了尾矿品位的增加，因此磁系设计时要尽量减小周向磁场梯度，使周向磁场力分布均匀，提高分选效率。

４）根据分选要求，确定合理极数

磁选机磁极沿圆筒周向极性交替排列，磁性矿粒经过许多磁极并做多次翻转易剔出夹杂在其间的脉石和贫连生体。

因此根据分选要求，需合理确定磁系极数，如果需强化分选作业，极数越多，翻转的次数越多，对于提高精矿品位是有利的，如以提高分选回收率为目标，则极数不宜过多，过多的翻转次数对于选矿的回收率有负面影响。

２磁场特性的分析

２．１磁系的结构

目前国内外使用的永磁筒式磁选机一般都是常规开路磁系，它是由４～１２个主磁极按极性交替排列，安装在一个固定的扇形托架上。

如图１所示。

图１永磁筒式磁选机的结构

Ｆｉｇ．１

Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｓｙｓｔｅｍ

２．２磁系结构对磁场特性的影响

在磁性材料相同的条件下，永磁筒式磁选机的磁场特性主要由磁系的极面宽度ｂ、磁极间隙ｃ、磁极高度ｈ、有无辅助磁极等几个方面决定。

１）主磁极宽ｂ对磁场特性的影响

为了便于更好的分析，设计以下两种磁系进行比较研究：

磁系Ａ：

主磁极组宽度ｂ＝１７０ｌｎｌｎ，无辅助磁极，全铁氧体，６极，高度ｈ为１３６ｍｍ；

磁系Ｂ：

主磁极组宽度ｂ＝１３０ｍｉｌｌ。

无辅助磁极，全铁氧体，６极，高度ｈ为１３６

ｍｍ；

为了说明磁极组宽度对磁场特性的影响，做出磁系Ａ和磁系Ｂ距离磁系表面不同距离的磁场强度分布曲线图，图２为磁系Ａ的磁场强度分布图，图３为磁系Ｂ的磁场强度分布图。

通过对比很容易发现，在距磁系表面相同距离的位置上，宽度为１７０ｍｍ的磁系比宽度为１３０ｔｒｉｍ的磁系磁场强度的峰值、谷值和平均值都大。

表１为此两不同宽度磁系的不同距离平均磁场强度对比，可以发现两者平均磁场强度都是随着距磁系表面的距离的增加而减少，但是极面宽度越大，平均磁场强度越大；在距离磁系表面５０ｍｉｌｌ处，磁系Ａ的磁场强度值大于磁系Ｂ的磁场强度值，可见极面越大，磁场作用深度越大；从磁系表面１０ｍｍ处到距磁系表面５０栅处，磁系Ａ的径向平均磁场梯度为：

（１６０

ｍＴ一８５

ｍＴ）／４０

ｍｍ＝１．８７５

ｍＴ／ｍｉｌｌ，磁系Ｂ的径向平均磁场梯度为：

（１４０ｎａｔ一５０ｍＴ）／４０ｍｍ＝２．２５ｎａＴ／

ｌｎｌｎ，可见极面宽度越小，径向磁场梯度越大。

沿圆周方向弧长，ｍ

图２磁系Ａ的磁场强度分布

Ｆｉｇ．２

Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆ

ｍａｇｎｅｔｉｃｓｙｓｔｅｍＡ

２）磁极组高度ｈ对磁场特性的影响

做出主磁极高度ｈ＝６８ｍｍ，其他参数均和磁

系Ａ相同磁场强度分布图，如图４所示。

对比图４和图２很容易发现，磁选机的主磁极高度对磁系表

，《鹤骥霹颦

万方数据

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有色金属（选矿部分）

２０１１年增刊１

厅同

ｌ；黜Ｉ

刨

沿圆周方向弧长，ｍ

图３磁系Ｂ的磁场强度分布

Ｆｉｇ．３

Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆ

ｍａｇｎｅｔｉｃｓｙｓｔｅｍＢ

表ｌ

磁系Ａ与磁系Ｂ平均磁场强度对比

Ｔａｂｌｅｌ

ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆａｖｅｒａｇｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｂｅｔｗｅｅｎｍａｇｎｅｔｉｃｓｙｓｔｅｍＡａｎｄＢ

距离／ｒａｍｌＯ２０３０４０５０１６０

１２５１００９０８５１４０

１００

８５

７０

５０

磁系ＭＩｎＴ磁系Ｂ／ｍＴ

面场强强度有影响。

磁极组的宽度一定时，磁极组的高度越大，磁场强度也就越高，磁场深度也就越大。

ｌｌ

董１

越１

瑟・

糖

沿圆周方向弧长／ｉｎ

图４磁极组高度为６８ｍｍ磁场强度分布

Ｆｉｇ．４

Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｗｉｔｈ６８

ｍｌｎｍａｉｎｐｏｌｅｈｅｉｇｈｔ

但是根据经验，磁场强度不能无限地随着磁极高度的增加而增加，当磁极组高度增大到一定范围时，由于漏磁的增加，磁场强度将趋于平缓而不会再增加。

３）辅助磁极对磁场强度的影响

做出磁系Ａ的有辅助磁极和无辅助磁极两种磁系的磁场分布图，图５为有辅助磁极磁系的磁场分布，图６为无辅助磁极磁系的磁场分布，对比两图可以发现，图５主磁极的绝大部分磁场都射向磁系分选区域，形成有效地分选磁场，而图６中主磁极磁力线有一部分并没有经过磁系的分选区域，而是在非分选区域闭合，这样造成分选区域的磁通密

度减少，形成漏磁，因而使磁场强度减小。

对有楔形辅助磁极的磁系Ａ进行研究，做出其不同距离内磁场强度分布图，见图７所示。

对比图７和图２可以看出，磁场强度都是随着与磁系距离的增加而下降，夹在两主磁极组间隙处的辅助磁极可以明显地提高其轴线附近的磁场强度，但是主磁极轴线附近的磁场强度变化却不大，因而距磁系不同距离的面上磁场强度的变化幅度增大。

图５有辅助磁极磁系磁场分布

Ｆｉｇ．５

Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｗｉｔｈａｓｓｉｓｔ

ｐｏｌｅｓ

图６无辅助磁极磁系磁场分布

Ｆｉｇ．６

Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｗｉｔｈｏｕｔａｓｓｉｓｔ

ｐｏｌｅｓ

根据公式［ｍａｘ（飓）一ｒａｉｎ（ｎｔ）］／ｍａｘ（Ｕｔ），计算各

面磁场强度变化幅度，其结果见表２。

表２表明。

有辅助磁极和无辅助磁极的磁系的磁场变化幅度都是随着与磁系距离的增加而减小，但是在相同距离面上，有辅助磁极比无辅助磁极磁场强度变化幅度大。

根据图７粗略地估计一下从距磁系表面１０～２０／１１／／１处的磁场梯度，在图１所示的对称中心上。

即

０－－００时，磁场梯度为（２４０

ｎａｔ一１８５

ｒｏＴ）／１０

ｍｍ＝

５．５

ｒｏＴ／ｒａｍ；在０－－１１０，即主磁极的中心线上磁场

梯度为（１４０ｎａｔ一１２８

ｍＴ）／１０ｍｍ＝１．２ｒｏＴ／ｒａｍ，

．Ｉ，毯疆螺糖

万方数据

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魏红港等：

永磁筒式磁选机开放式磁场特性的分析

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同闻

陲慕Ｉｌ兰竺Ｉ

沿圆周方向弧长，ｍ

图７磁系Ａ有辅助磁极磁场强度分布

Ｆｉｇ．７

Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｗｉｔｈ

ａｓｓｉｓｔｐｏｌｅｓｏｆｓｙｓｔｅｍＡ

表２

磁系周向各面磁场幅度变化情况对比

７Ｉ？

ａｂｌｅ２

Ｃｏｎｔｒａｓｔｏｆｖａｒｉａｔｉｏｎｓｃｏｐｅｉｎｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｕｒｆａｃｅ距离／ｒａｍ

１０２０３０４０５０无辅助磁极磁场变化幅度，％

２９．８

２５．３２１．２２０．４１９．６有辅助磁极磁场变化幅度，％４２．９

３５．９

２８．１

２４．７

２３．６

相应地径向磁力因素（日・ｇｒａｄＨ）ｒ分别为１１６８．７５

ｍＴ２／ｍｍ和１６０．８ｍＴ２／ｍｍ，这表明径向磁场力相差近

７．３倍。

同样可以估算出０＝５．５０附近的周向磁力因素（日・ｇｒａｄＨ）ｒａ２３２．４ｍＴ２／ｍｍ，与径向磁力因素为同一数量级，这种力将阻碍矿粒沿圆周表面运动。

４）极面宽和间隙的比值ｂ／ｃ

极面宽度ｂ和ｃ的比值对于磁场特性影响很

大，为了在周向获得较小的磁场梯度，就要使磁选机极面宽ｂ与极间隙Ｃ的比值尽可能小，从而使间隙处与磁极表面磁场强度尽量均匀。

北京矿冶研究总院研制的ＢＫＢ一咖１０５０ｘ２４００是一种典型的表面磁场比较均匀的磁选机，该机磁系有１０个磁极，极面宽为１００ｍｍ，极间隙为４４ｍｌｎ，距离磁系表面不同距离磁感应强度见图８，不难发现其径向磁场梯度很大，但是其周向磁场变化比较均匀，特别是在据磁系表面６０。

７５ｍｍ的区域，磁场更加均匀，这样的磁场分布有利于物料的分选及输送，有利于提高磁选机的选别精度。

５）磁系半径Ｒ

磁选机磁系的半径尺对磁选机单位筒长的处理能力影响很大，随着磁系半径的加大（即筒径加大），选别工作区相应地加长，这样可以安排更多的磁极，对于提高精矿品位和回收率都有帮助。

所以永磁筒式磁选机的筒径大型化成为其发展趋势

之一。

冬

越

骥墀龆

沿圆周方向弧长／ｍ

图８

ＢＫＢｌ０２４磁场强度分布

Ｆｉｇ．８

Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆ

ＢＫＢ１０２４

３结论

１）磁系的极面宽度越大，磁场的作用深度也越大，极面越小磁场径向磁场梯度越大；磁系的磁极高度增加，磁场强度亦随之增加，但是磁场强度不能无限地随磁极高度增加而增加，当磁极高度增加到一定值时，磁场强度的增加就趋于平缓。

２）楔形辅助磁极可以有效地防止漏磁，提高磁场强度，对于磁性能的利用是有益的，但是亦会使磁系周向磁场梯度变大，在一定程度上不利于矿物分选。

３）采用小极面宽度、小的磁极宽与间隙比可

以有效地增加径向磁场梯度，减小周向磁场梯度，

‘对于矿物分选提高品位十分有利。

４）增大磁系半径可以增大磁选机处理能力，

设置更多磁极，强化分选作业效果。

５）在磁系设计与选型时，不能仅以磁场表面磁场强度作为选型的唯一依据，应该综合考虑矿物特性、处理能力、选矿目标等因素，提出表面磁场强度、磁场深度、极距及极数等要求。

参考文献

［１］夏红峰．国内磁选设备的研究现状及发展趋势ＥＪ］．金属

矿山。

２０１０（９）：

ｌｌｌ—１１４．

［２］史佩伟，陈雷，谭达，等．多级永磁磁选机的实验研

究［Ｊ］．有色金属（选矿部分），２００７（１）：

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矿冶科学与工程新进展一庆祝北京矿冶研究总院建院４０

周年论文集（上册），北京：

冶金工业出版社，１９９６：

７４９—７５６．

［４］王常任。

磁电选矿［Ｍ］．北京：

冶金工业出版社，１９８６：

６—９．

［５］《现代铁矿石选矿》编委会．现代铁矿石选矿（上册）［Ｍ］．

合肥：

中国科学技术大学出版社，２００９．

．，越骥爨帮

万方数据