测定磁铁矿粉中磁性物含量在选煤生产的意义

武艺超，辛 宇，王信龙，刘佳傲

(内蒙古工业大学，呼和浩特 010051)

0 引 言

选煤工程技术是煤炭资源有效利用，充分发挥资源重点优势能力的关键手段，又是基础行业充分发展的重要前提条件[1]。由于中国煤炭工业的迅速发展，中国煤炭加工技术水平取得了明显提高，煤分选效率有了较大改善，但仍有不少问题亟需克服。一是，中国原煤的使用率和西方工业化国家相比仍有很大差距，且原煤品质也相对较低。其次，中国缺乏稳定性和可靠性。毕竟，中国煤炭行业不合理，煤炭产量相对均匀，煤炭分离和精炼技术不够成熟[2]。

中国煤炭企业应加强创新，解决煤炭企业发展中选煤效率高、设备相对落后、产业结构不足的问题，提高煤炭企业竞争力。

1 重介质选煤工艺

我国选煤厂的选煤工艺主要有重介选煤和跳汰选煤。重介选煤法相对于跳汰选煤的操作更简单、分选效率更高、处理能力更大大[3]，因此重介选煤得到了越来越多的的应用[4-5]。重介选煤的原理是使用密度介于洁净煤和煤矸石之间的液体(即重介质悬浮液)作为分离介质，将煤从原煤中的煤矸石中分离出来[6]。重介质悬浮液一般由固体混合物和水组成，其中固体混合物大多由磁性重介质和煤泥组成。合格的悬浮液必须具有适当的浓度和粘度，并能够在一定外力干扰下保持一定的稳定性[7-8]。当悬浮液中磁性重介质含量是保持悬浮液稳定的关键指标。磁性重介质含量和煤泥含量参数不稳定时，悬浮液的密度发生变化，分选质量下降。当悬浮液密度一定时，磁性重介质含量降低，矿泥含量增加；否则，增加磁性重介质的含量会降低煤泥的含量[9]。通过检测和调整磁性重介质的含量，可以控制悬浮液达到合适的浓度，获得稳定的悬浮液。通过测量磁铁矿粉中的磁性含量，可以间接控制磁性重介质的含量，从而进一步测量煤泥量，提高煤泥含量的控制效率，进而提高选煤效率。

2 磁选的理论基础

磁选是一种根据所选物料的磁差实现分选的选矿方法[10]。该方法具有操作简单、效率高、节能、污染少等优点。因此，它将在选矿行业得到越来越广泛的应用。磁选技术的发展更多的是对磁选设备的改进和创新，包括磁场结构的优化、导磁材料的选择和矿物体积磁性的变化。作为实验室磁选机、磁含量检测设备，其应用将越来越广泛。

磁分离用于浓缩磁性材料并从流体中去除可磁化颗粒。分离是通过将悬浮液或颗粒混合物通过磁场来实现的。这一过程导致可磁化粒子的优先保留或转移。不同磁性材料的分离通常以非常不同的方式实现。不同磁选的共同特点是作用在颗粒上的不同大小和范围的力之间的相互作用。在磁性物的分离中，分离两种材料或者去除流体中可磁化颗粒取决于其所受的磁力和竞争力(包括重力、惯性力、流体阻力、梯度力和浮力)的大小关系。对磁力要求更高的粒子，磁力大于竞争力，而对磁力要求偏小或非磁性的粒子竞争力则大于磁力，最终合力确定了粒子的正确运动轨道[11]。但是要达到磁性颗粒的最高回收率，磁力应该大于所有竞争力的总和。不过，如果地磁远远超过竞争力，分离效率也会显得很差，因此不同磁化率的可磁化材料没有差异。所以，分离过程是根据磁性和竞争力的相对价值确定的。针对不同的铁磁性材料，要进行磁性材料的选择性分离，必须满足以下关系[12]。

(Fc(Fm′

式中，Fm为作用在磁性较强颗粒上的磁力；Fm′为作用在磁性较弱颗粒上的磁力；Fc为作用在磁性较强颗粒上的竞争力；Fc′为作用在磁性较弱颗粒上的竞争力。

图 磁选过程示意图

通常，引入磁选机的颗粒混合物将分为两种或两种以上的成分。然而，在任何实际的磁选过程中，磁性部分、尾矿部分和中间部分都可以发现磁性和非磁性颗粒。分离效率通过磁性成分的回收率和磁性产品的等级来表示，但这些标准并非唯一的，必须根据有用产品是磁性的还是非磁性的来选择。

由于所有物料都具有一定的磁性，因此在许多行业中，磁选工艺根据不同的进料采用不同的操作方法。磁场中材料加工的主要优点之一是，根据分选目的改变磁场大小，可以施加不同的磁力。此外，该力可以叠加在其他物理力上，因此可以同时使用材料的多个物理特性。此外，磁分离可以处理各种类型的材料，从胶体到大尺寸，从“非磁性”到强磁性。磁选管是测量磁性物质含量应用最广泛的设备，也是发展历史最长的设备。发展始于20世纪20年代。由于其结构简单、易于推广，至今仍被世界各国和地区的选矿行业所采用[13]。在选矿方面，整个行业都面临着矿石品位下降、有害杂质比例增加的问题。因此，为了有效地回收有价值的组分，更需要减小颗粒尺寸。磁选作为一种物理选矿方法，与传统浮选相比不需要化学药剂，降低了储存成本和环境问题，将得到越来越多的应用。磁选管作为实验室中的一种低强度磁选机，在分析矿石中磁性矿物的含量、确定矿石磁选的可分选性指标、评价矿床的过程、检查磁选机的工作条件、以及，提纯各种单一矿物进行磁性分析，找出尾矿中金属损失的数量和原因起着重要的作用[14]。

3 磁铁矿粉中磁性物含量的测定

磁铁矿粉，主要包括磁铁矿、赤铁矿和黄铁矿。不同产地、不同化学成分的磁铁矿粉的物理性质也不同。选煤厂对磁铁矿粉的磁性材料含量要求达到95%以上，磁铁矿粉的真实密度应达到4.5 g/cm3。重介质旋流器分选用磁铁矿粉粒度组成中，小于0.045 mm的颗粒含量应大于85%；重介质分选机用于块煤分选的磁铁矿粉粒度应小于0.075 mm，磁性材料含量不小于90%[15]。

国内测定磁性物含量的方法有多种，目前国标和行业标准有GB/T18711《选煤用磁铁矿粉实验方法》和MT/T808《选煤厂技术检查》。目前行业内常用磁选管来测量和检测磁选机尾矿中磁铁矿粉的磁性含量和介质损耗，从而计算重介选煤厂选煤过程中磁铁矿粉的损耗。磁选管通常由磁极和玻璃管组成，玻璃管稳定在支架上，在驱动器的驱动下，玻璃管将相对于磁极尖端上下左右翻转，磁极强度一般设置为45～85 MT。在测量前，玻璃管内应先注满水，然后开动电磁铁电源，开动玻璃管的驱动器，使玻璃管在两磁极之间连续往复上下左右翻转。具体操作步骤为：将磁铁矿粉称重后加入去离子水，搅拌均匀后注入到磁析管里。固体颗粒沉降经过磁极时磁性矿物被吸住，非磁性物则继续下滑，同时杂质也会被冲走。一段时间后关闭驱动器，关闭电磁铁电源，冲出磁性物，烘干后称量纯净磁性物的质量。根据试验后和试验前的磁铁矿粉质量的比值，可以得出磁铁矿粉中磁性物的百分含量[16]。

4 结束语

随着煤炭资源的日益减少，煤炭价格不断攀升，对煤炭资源的最大化利用迫在眉睫。选煤是对煤炭资源有效利用的关键手段。选煤行业最常用的是重介选煤过程中，该过程需要合理控制重介悬浮参数，以获得优质的煤炭产品，这影响到企业的最佳的生产效率和成本效益。在重介质悬浮液中，磁性重介质的含量作为一个重要参数，直接影响选煤效果和煤产品质量。因此，重介质选煤工艺中，必须准确控制重介质悬浮液中磁性重介质的含量，这就要求准确测定磁铁矿粉中磁性物质的含量。通过测量磁铁矿粉中的磁性含量，可以间接测量矿泥量，提高矿泥含量的控制效率，进而提高选煤效率。