為了喚醒沉睡的資源
——中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所破解難選磁鐵礦分選瓶頸紀實
“礦區(qū)內(nèi)品位低于15%的2000萬噸難選礦資源得到了充分合理利用，生產(chǎn)能力提高了5%~30%，帶動資源綜合利用率提高了10%，選礦回收率達85%，年增經(jīng)濟效益3500萬元……”
而這只不過是中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所（下簡稱“鄭州綜合所”）磁團聚技術(shù)研發(fā)課題組，在復(fù)雜、細粒、難選磁鐵礦分選設(shè)備研發(fā)中的成功案例之一。
搞研發(fā)，深化分選機理過程研究
據(jù)了解，我國貧、細、雜難選磁鐵礦資源量上百億噸。如何讓這部分資源重見天日，成為一道繞不過去的坎兒。而磁團聚理論及在此理論上衍生的系列分選設(shè)備給磁鐵礦的分選領(lǐng)域帶來了巨大的工藝變革。多年來，鄭州綜合所磁團聚技術(shù)研發(fā)課題組圍繞這一難題進行了潛心攻關(guān)。
“新型設(shè)備的研發(fā)，其分選機理的先進性和實用性至關(guān)重要。而在磁鐵礦分選過程中，磁鐵礦團聚現(xiàn)象是經(jīng)常存在的。”畢業(yè)于武漢理工大學(xué)礦物加工專業(yè)的選冶裝備研究室主任張穎新介紹說，磁團聚效應(yīng)在實際生產(chǎn)過程中有利也有弊，在以水為介質(zhì)的分選過程中，細粒磁鐵礦顆粒如果沒有磁團聚的影響將被礦漿帶走，進而影響鐵礦物的回收率，導(dǎo)致金屬流失；而在分級、過濾作業(yè)中，由于磁團聚的存在，造成分級效率低下、過濾精礦中含水偏高等。
事實上，早在1978年，當(dāng)時的鄭州綜合所
為攻克這道難關(guān)，王成學(xué)突破傳統(tǒng)磁選法中磁性物的富集必須使磁場力大于重力與其他阻力合力的理論框架，首次提出一種能夠不受磁場力直接引力而富集的磁性分離方法，即磁團聚重選法。新方法由于能有效排除連生體，可以在粗磨情況下，將嵌布較粗的已解離的磁鐵礦及早轉(zhuǎn)入精礦，從而達到優(yōu)質(zhì)、增產(chǎn)的效果，這是選礦領(lǐng)域的重大突破。
上世紀80年代中期，他帶領(lǐng)課題組與首鋼礦業(yè)公司成功研制磁團聚重力選礦機，并于1985年底在首鋼大石河、水廠兩個選礦廠22個選礦系列全面推廣磁團聚重選新工藝。因此，該項技術(shù)獲得國家科技進步一等獎。以磁團聚為理論基礎(chǔ)的分選設(shè)備引起了我國磁鐵礦分選領(lǐng)域一次大規(guī)模的工藝變革，該類設(shè)備解決了弱磁筒式磁選機無法解決的脈石夾雜問題，大大提高了磁鐵礦精礦品位和鐵元素的回收率。而磁團聚重力選礦機是由磁團聚理論衍生的第一代產(chǎn)品，在此基礎(chǔ)上以“團聚-分散-團聚”的分選過程衍生了磁選柱、磁選環(huán)柱、電磁螺旋柱和電磁淘洗機等，以上均是在水介質(zhì)環(huán)境中的團聚后流態(tài)化分級過程。
1994年，鄭州綜合所開始研究新一代以磁團聚為基礎(chǔ)的分選方法——磁場篩選法。磁場篩選法的分選過程是在水介質(zhì)環(huán)境中的團聚后篩分選別，其分選原理更為先進。利用磁團聚基礎(chǔ)理論，鄭州綜合所磁團聚技術(shù)研發(fā)課題組經(jīng)過分析研究還將其應(yīng)用于磁性物的旋流分級領(lǐng)域，通過外加磁場的作用使磁鐵礦形成較原粒級大數(shù)倍的磁團聚體，在離心力場中由于團聚體的粒度組成及比重的差異最終形成旋流分級及旋流重選，通過磁團聚效應(yīng)強化了對磁性鐵礦物的回收。該項技術(shù)的實施也為磁鐵礦粗選分級作業(yè)提供了更為高效的裝備，目前該技術(shù)已被列入地質(zhì)礦產(chǎn)評價調(diào)查項目。
拓市場，強化創(chuàng)新驅(qū)動開拓新領(lǐng)域
早期，磁鐵礦精選作業(yè)多采用弱磁選設(shè)備提高鐵精礦品位。該方法經(jīng)濟簡單，對環(huán)境污染又小。而要獲得高品位、高質(zhì)量的鐵精礦，采用常規(guī)的弱磁選設(shè)備分選已難以滿足工業(yè)要求，對于磁鐵礦高效精選設(shè)備的研發(fā)，無論從結(jié)構(gòu)性能及分選效果等方面要求都較高。
2000年以來，在國家科技攻關(guān)項目、地質(zhì)大調(diào)查項目、河南省重大科技攻關(guān)計劃項目等一系列政府項目資金的支持下，鄭州綜合所磁團聚技術(shù)研發(fā)團隊經(jīng)過不斷創(chuàng)新實踐，取得了磁場篩選法重大科技成果，利用該項專利技術(shù)研發(fā)出工業(yè)化設(shè)備——磁場篩選機。
該設(shè)備是鄭州綜合所繼第一批專利技術(shù)磁團聚重選工藝后在磁鐵礦選礦領(lǐng)域的新進展。磁場篩選法全面豐富了“磁團聚分選”理論，使物理手段下（相對與浮選等處理方法）磁鐵礦的分選理論、分選工藝和分選指標達到國際領(lǐng)先水平。
2003年工業(yè)設(shè)備定型以后，目前已在國內(nèi)外礦山推廣應(yīng)用60余臺。與同類磁鐵礦精選技術(shù)相比，磁篩技術(shù)節(jié)水達50%以上，其適應(yīng)性強，對鐵礦石水循環(huán)利用率的提高意義重大。目前，該項成果獲國家發(fā)明專利1項，實用新型專利1項，發(fā)表論文10余篇。
近年來，磁團聚技術(shù)研發(fā)課題組在原有磁團聚重選設(shè)備和磁場篩選機的基礎(chǔ)上，進行了百余次實驗研究和探索，目前正在研制以“動態(tài)”篩分分選的磁場分選設(shè)備。該所主持該項新技術(shù)攻關(guān)的選冶裝備研究室主任張穎新表示：“該設(shè)備的定型與應(yīng)用將為鐵礦領(lǐng)域提供更高、處理量更大、占地面積更小、更加節(jié)水、更大適應(yīng)范圍的弱磁精選設(shè)備，該項目已被列入2013年地質(zhì)礦產(chǎn)評價調(diào)查項目。”
另一方面，針對細粒磁鐵礦的干式分選工藝，鄭州綜合所磁團聚技術(shù)研發(fā)課題組也進行了多組試驗研究，對以空氣為介質(zhì)的細粒磁鐵礦分選裝備設(shè)計和研發(fā)，將改變以水為介質(zhì)的分選工藝。這將為西部缺水及嚴寒地區(qū)提供更為科學(xué)合理的分選工藝，盤活當(dāng)?shù)氐拇盆F礦資源。
出效益，轉(zhuǎn)化科研成果實現(xiàn)多方共贏
先進的技術(shù)工藝及設(shè)備不僅可盤活相關(guān)鐵礦資源量，還可生產(chǎn)高純鐵精粉用于粉末冶金、磁性材料等，在為礦山企業(yè)創(chuàng)造可觀效益的同時，在節(jié)水節(jié)能領(lǐng)域更是大有可為。
“目前，利用磁場篩選法專利技術(shù)開發(fā)的工業(yè)化設(shè)備——磁場篩選機設(shè)備已在國內(nèi)多家大型礦山企業(yè)得到應(yīng)用，礦山裝備水平及經(jīng)濟效益得到大幅度提高，提高了鐵礦山產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。”長期致力于磁場篩選技術(shù)研究的課題組組長王建業(yè)表示。
此言非虛。紫金礦業(yè)新疆金寶礦業(yè)公司鐵礦選廠投資4200萬元，建設(shè)年處理原礦80萬噸的生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)鐵精礦粗細分級精選，采用磁場篩選機CSX-III型13臺，生產(chǎn)出細粒鐵精礦品位達69%和粗粒級鐵精礦品位達66%的兩種品級精礦。新疆金寶礦業(yè)公司選廠的一位負責(zé)人曾感觸頗深地說：“通過2007年~2010年三期磁篩工藝技改工程，原礦區(qū)內(nèi)品位低于15%的鐵礦資源加上高含石榴石的難選礦資源，合計2000萬噸資源得到了充分合理利用。同時，提高了生產(chǎn)能力，每噸鐵精礦耗水比同類設(shè)備節(jié)水50%以上，資源綜合利用率、選礦回收率等都明顯提高，投資回收期1.2年。”
武鋼礦業(yè)公司大冶鐵礦選礦廠投資9934萬元，對老選廠年處理原礦260萬噸、年產(chǎn)鐵精礦120萬噸生產(chǎn)系統(tǒng)進行技術(shù)改造后，選廠鐵回收率由75%提高至80%，設(shè)備的大型化和高效精選技術(shù)使當(dāng)?shù)刂辽?span lang="EN-US">1500
