カオリンは我が国に豊富な埋蔵量があり、確認埋蔵量は約30億トンで、主に広東省、広西チワン族自治区、江西省、福建省、江蘇省などに分布しています。地質学的形成理由が異なるため、産出地域によってカオリンの組成や構造も異なります。カオリンは1:1型の層状ケイ酸塩で、八面体と四面体から構成されています。主成分はSiO2とAl2O3です。また、Fe2O3、TiO2、MgO、CaO、K2O、Na2Oなどの成分も少量含まれています。カオリンは多くの優れた物理的・化学的特性と加工特性を備えているため、石油化学、製紙、機能性材料、塗料、セラミックス、耐水性材料などに幅広く使用されています。現代科学技術の進歩に伴い、カオリンの新たな用途は絶えず拡大しており、高度で精密な最先端分野にも進出し始めています。カオリン鉱石には、鉄鉱物（酸化鉄、イルメナイト、菱鉄鉱、黄鉄鉱、雲母、トルマリンなど）が少量（通常0.5%～3%）含まれており、これがカオリンを着色し、焼結に影響を与えます。白色度やその他の特性により、カオリンの用途が制限されます。そのため、カオリンの組成分析と不純物除去技術の研究は特に重要です。これらの着色不純物は通常、磁性が弱く、磁気分離によって除去できます。磁気分離は、鉱物の磁気差を利用して磁場中で鉱物粒子を分離する方法です。磁性の弱い鉱物の場合、磁気分離には高勾配の強い磁場が必要です。
HTDZ高勾配スラリー磁気分離器の構造と動作原理
1.1 電磁式高勾配磁気分離器の構造
本装置は主に、フレーム、油冷式励磁コイル、磁気システム、分離媒体、コイル冷却システム、洗浄システム、鉱石の投入・排出システム、制御システムなどで構成されています。
図1 電磁スラリー用高勾配磁気分離器の構造図
1-励磁コイル 2-磁気システム 3-分離媒体 4-空気圧バルブ 5-パルプ排出パイプライン
6-エスカレーター 7-入口パイプ 8-スラグ排出パイプ
1.2 HTDZ電磁スラリー高勾配磁気分離器の技術的特徴
◎オイル冷却技術冷却には完全密閉型の冷却油を使用し、油水熱交換の原理を用いて熱交換を行い、大流量ディスク式変圧器用オイルポンプを採用しています。冷却油は循環速度が速く、熱交換能力が高く、コイル温度の上昇が少なく、磁場強度が高いという特長があります。
◎電流整流および電流安定化技術整流モジュールを介して安定した電流出力が実現され、異なる材料の特性に応じて励起電流が調整されることで、安定した磁場強度が確保され、最高の選鉱指数が達成されます。
◎大型空洞装甲高性能物理磁石技術中空コイルを鉄製の装甲で覆い、合理的な電磁回路構造を設計することで、鉄製の装甲の飽和を低減し、磁束の漏洩を減らし、選別空洞内に高磁場強度を形成する。
◎固液気三相分離技術分離室内の物質は、浮力、自重、磁力の作用を受け、適切な条件下で適切な選鉱効果を発揮します。排出水と高圧空気の組み合わせにより、洗浄媒体はより清浄になります。
◎新しいスパイク状ステンレス磁性伝導性および磁性材料技術選別媒体には、スチールウール、菱形メッシュ、またはスチールウールと菱形メッシュの組み合わせが採用されています。この媒体は、装置の特性と耐摩耗性・高透磁率ステンレス鋼の研究開発を組み合わせたもので、磁場誘導勾配が大きく、弱磁性鉱物を捕捉しやすく、残留磁化が小さく、鉱石排出時の洗浄が容易です。
1.3 装置の原理分析と磁場分布分析
1.3.1ソートの原理は装甲コイル内には、一定量の磁性ステンレス鋼ウール（またはエキスパンドメタル）が配置されています。コイルが励磁されると、磁性ステンレス鋼ウールが磁化され、表面に非常に不均一な磁場、すなわち高勾配磁化磁場が発生します。常磁性物質が選別槽内の鋼ウールを通過する際、印加磁場と磁場勾配の積に比例する磁場力を受け、非磁性物質が磁場を直接通過するのではなく、鋼ウールの表面に吸着されます。非磁性物質は非磁性バルブとパイプラインを通って非磁性製品タンクに流れ込みます。鋼ウールによって収集された弱磁性物質が一定量（プロセス要件によって決定）に達したら、鉱石の供給を停止します。励磁電源を切り離し、磁性物質を洗い流します。磁性物質は磁気バルブとパイプラインを通って磁性製品タンクに流れ込みます。その後、第2の作業を行い、このサイクルを繰り返します。
1.3.2磁場分布解析: 高度な有限要素ソフトウェアを使用して磁場分布クラウドマップを迅速にシミュレーションし、設計と解析のサイクルを短縮します。最適化された設計を採用して、機器の消費電力を削減し、ユーザーコストを削減します。製品の製造前に潜在的な問題を発見し、製品とプロジェクトの信頼性を向上させます。さまざまなテストスキームをシミュレーションし、テスト時間と費用を削減します。
鉱物の移動特性
2.1 資材移動分析
HTDZ高勾配磁気分離装置は、カオリンの選別において低供給量に適しています。この装置は、選別媒体として多層ステンレス鋼ウール（またはエキスパンドメタル）を採用しており、鉱石粒子の軌跡は垂直方向と水平方向で不規則になります。鉱物粒子の曲線運動を図1に示します。したがって、分離領域における鉱物の移動時間と距離を延長することで、弱い磁石の完全な吸着に役立ちます。さらに、分離プロセス中のスラリー流量、重力、浮力が相互に作用し、鉱石粒子を常に緩い状態に保ち、鉱石粒子間の付着を低減し、鉄除去効率を向上させ、良好な選別効果が得られます。
図4 鉱物移動の模式図
1. メディアネットワーク 2. 磁性粒子 3. 非磁性粒子
2. 原鉱石の性質と選鉱の基本プロセス
2.1 広東省産のあるカオリン鉱物の特性：
広東省のある地域のカオリンの脈石鉱物には、石英、白雲母、黒雲母、長石、および少量の赤色鉱物と褐鉄鉱が含まれる。石英は主に+0.057mmの粒径に濃縮され、雲母と長石鉱物の含有量は中粒径（0.02-0.6mm）に濃縮され、カオリナイトと少量の暗色鉱物の含有量は粒径が小さくなるにつれて徐々に増加する。カオリナイトは-0.057mmで濃縮され始め、-0.020mmのサイズで明らかに濃縮される。
表1 カオリン鉱石の多元素分析結果（％）
2.2 小サンプルの実験的探索に適用される主な選鉱条件
HTDZ高勾配スラリー磁気分離器の磁気分離プロセスに影響を与える主な要因は、スラリー流量、背景磁場強度などである。本実験研究では、以下の2つの主要な条件を検証した。
2.2.1 スラリー流量：流量が大きいほど精鉱収率が高くなり、鉄含有量も高くなります。流量が小さいほど精鉱の鉄含有量が低くなり、収率も低くなります。実験データは表2に示されています。
表2 スラリー流量の実験結果
注：スラリー流量試験は、背景磁場1.25T、分散剤添加量0.25%の条件下で実施されます。
図5 流量とFe2O3の相関関係
図6 流速と乾燥白色度との相関関係。
選鉱コストを総合的に考慮すると、スラリーの流量は12mm/sに制御すべきである。
2.2.2 背景磁場: スラリー磁気分離器の背景磁場強度は、カオリン磁気分離の鉄除去指数法則と一致しており、磁場強度が高い場合、磁気分離器の精鉱収率と鉄含有量はともに低く、鉄除去率は比較的低く、鉄除去効果が高い。
表3 背景磁場の実験結果
注：背景磁場試験は、スラリー流量12mm/s、分散剤添加量0.25%の条件下で実施されます。
背景磁場の強度が高いほど、励起電力が大きくなり、装置のエネルギー消費量が増加し、単位生産コストが高くなるため、選鉱コストを考慮し、背景磁場は1.25Tに設定した。
図7 磁場強度とFe2O3含有量との相関関係。
2.3 磁気分離の基本プロセス選定
カオリン鉱石選鉱の主な目的は、鉄分を除去して精製することです。鉱物ごとの磁性の違いに基づき、高勾配磁場を用いて鉄分を除去し、カオリンを精製する方法は効果的であり、そのプロセスはシンプルで工業的に容易に実施できます。そのため、粗粒分と微粒分を分離する高勾配スラリー磁気分離装置が選別プロセスとして用いられます。
工業生産
3.1 カオリンの工業生産プロセス
広東省のある地域におけるカオリン鉱石からの鉄分除去には、HTDZ-1000シリーズの組み合わせを用いて粗粒・微粒磁気分離プロセスが構築されている。フローチャートを図2に示す。
3.2 工業生産条件
3.2.1材料分類：主な用途1. 2段式サイクロンによりカオリン中の石英、長石、雲母などの不純物を事前に分離し、後続装置の圧力を低減し、後続装置の要求を満たすように粒度を分類します。 2. スラリー磁気分離機の分離媒体は3番スチールウールであるため、スチールウール媒体に粒子が残らないように、粒度は250メッシュ以下でなければなりません。これにより、スチールウール媒体が目詰まりを起こし、選鉱指数や媒体洗浄、装置の処理能力などに影響を与えることを防ぎます。
3.2.2磁気分離の運転条件: プロセスフローは、粗選別と微選別をそれぞれ1回ずつ行うオープンサーキットプロセスを採用しています。サンプル実験によると、粗選別操作用の高勾配スラリー磁気分離器の背景磁場強度は0.7T、選別操作用の高勾配磁気分離器の背景磁場強度は1.25Tであり、粗選別スラリーにはHTDZ-1000磁気分離器を使用し、選別スラリーにはHTDZ-1000磁気分離器を装備しています。
3.3 工業生産実績
広東省のある場所での鉄除去用カオリンの工業生産において、HTDZスラリー高勾配磁気分離器によって製造された製品サンプルケーキを図3に示し、データを表2に示す。
ケーキ1：粗分離スラリー磁気分離器に入る原鉱石サンプルケーキです。
パイ2：大まかに選んだサンプルパイ
パイ3、パイ4、パイ5：選択されたサンプル
表2 工業生産結果（11月6日20時30分におけるケーキのサンプリングおよび分割結果）
図3 広東省のある場所でカオリンから作られたケーキのサンプル
生産結果によると、スラリーを2段階の高勾配磁気分離することで、濃縮物中のFe2O3含有量を約50%削減でき、良好な鉄除去効果が得られることが示された。
テンプレートの例
投稿日時：2021年3月27日