Mon pays possède d'abondantes réserves de kaolin, estimées à environ 3 milliards de tonnes, principalement réparties dans les provinces du Guangdong, du Guangxi, du Jiangxi, du Fujian, du Jiangsu et d'autres régions. La composition et la structure du kaolin varient selon les zones de production, en raison de la diversité des formations géologiques. Le kaolin est un silicate lamellaire de type 1:1, composé d'octaèdres et de tétraèdres. Ses principaux constituants sont le SiO₂ et l'Al₂O₃. Il contient également de faibles quantités de Fe₂O₃, TiO₂, MgO, CaO, K₂O et Na₂O, entre autres. Grâce à ses excellentes propriétés physico-chimiques et à ses caractéristiques de mise en œuvre avantageuses, le kaolin est largement utilisé dans la pétrochimie, la fabrication du papier, les matériaux fonctionnels, les revêtements, la céramique, les matériaux hydrofuges, etc. Avec les progrès scientifiques et technologiques, ses applications se multiplient et il trouve désormais sa place dans des domaines de pointe. Le minerai de kaolin contient une faible quantité (généralement de 0,5 % à 3 %) de minéraux de fer (oxydes de fer, ilménite, sidérite, pyrite, mica, tourmaline, etc.) qui lui confèrent sa couleur et affectent son frittage. Sa blancheur et d'autres propriétés limitent ses applications. Par conséquent, l'analyse de sa composition et la recherche sur les techniques d'élimination de ses impuretés sont particulièrement importantes. Ces impuretés colorées possèdent généralement de faibles propriétés magnétiques et peuvent être éliminées par séparation magnétique. La séparation magnétique est une méthode de séparation des particules minérales dans un champ magnétique, exploitant la différence de champ magnétique entre les minéraux. Pour les minéraux faiblement magnétiques, un champ magnétique intense à gradient élevé est nécessaire.
Structure et principe de fonctionnement du séparateur magnétique à suspension à gradient élevé HTDZ
1.1 Structure du séparateur magnétique à gradient élevé pour suspension électromagnétique
La machine est principalement composée d'un châssis, d'une bobine d'excitation refroidie à l'huile, d'un système magnétique, d'un milieu de séparation, d'un système de refroidissement de la bobine, d'un système de rinçage, d'un système d'entrée et de sortie de minerai, d'un système de contrôle, etc.
Figure 1 Schéma structurel d'un séparateur magnétique à gradient élevé pour boues électromagnétiques
1- Bobine d'excitation 2- Système magnétique 3- Milieu de séparation 4- Vanne pneumatique 5- Canalisation d'évacuation de la pulpe
6-Escalateur mécanique 7-Tuyau d'arrivée d'eau 8-Tuyau d'évacuation des scories
1.2 Caractéristiques techniques du séparateur magnétique à gradient élevé pour boues électromagnétiques HTDZ
◎technologie de refroidissement à l'huileLe refroidissement est assuré par un système de refroidissement à huile entièrement scellée. L'échange thermique est réalisé selon le principe de l'échange huile-eau, grâce à une pompe à huile de transformateur à disque à grand débit. L'huile de refroidissement présente une vitesse de circulation élevée, une forte capacité d'échange thermique, une faible élévation de température des bobines et une intensité de champ magnétique élevée.
◎Technologie de redressement et de stabilisation du courantGrâce au module redresseur, un courant de sortie stable est obtenu, et le courant d'excitation est ajusté en fonction des caractéristiques des différents matériaux afin de garantir une force de champ magnétique stable et d'atteindre le meilleur indice de valorisation.
◎technologie d'aimants physiques haute performance blindés à grande cavitéUtiliser une armure en fer pour envelopper la bobine creuse, concevoir une structure de circuit électromagnétique raisonnable, réduire la saturation de l'armure en fer, réduire les fuites de flux magnétique et former une force de champ élevée dans la cavité de tri.
◎technologie de séparation triphasique solide-liquide-gazDans la chambre de séparation, le matériau est soumis à la poussée d'Archimède, à sa propre gravité et à une force magnétique afin d'obtenir un traitement optimal dans des conditions appropriées. L'association d'un système de vidange par eau et d'une pression d'air élevée permet un rinçage plus efficace du fluide.
◎Nouvelle technologie de matériaux conducteurs magnétiques et magnétiques en acier inoxydable à pointesLe milieu de tri est composé de laine d'acier, de tamis à particules losangées, ou d'une combinaison des deux. Ce milieu, issu de la recherche et du développement d'un acier inoxydable à haute perméabilité et résistant à l'usure, présente un gradient d'induction magnétique élevé, facilitant la capture des minéraux faiblement magnétiques. Sa faible rémanence et son nettoyage aisé lors du déchargement du minerai en font un matériau idéal pour le tri des minéraux faiblement magnétiques.
1.3 Analyse du principe de fonctionnement de l'équipement et analyse de la distribution du champ magnétique
1.3.1Le principe de tri estDans la bobine blindée, une certaine quantité de laine d'acier inoxydable (ou de métal déployé) magnétiquement conductrice est placée. Après excitation de la bobine, la laine d'acier inoxydable est magnétisée, générant un champ magnétique très irrégulier à sa surface, appelé champ magnétique de magnétisation à gradient élevé. Lorsque des matériaux paramagnétiques traversent la laine d'acier dans le bac de tri, ils subissent une force magnétique proportionnelle au produit du champ magnétique appliqué et de son gradient, et sont adsorbés à la surface de la laine d'acier, contrairement aux matériaux non magnétiques qui traversent directement le champ magnétique. Ils sont ensuite dirigés vers le réservoir de produits non magnétiques par la vanne et la canalisation correspondantes. Lorsque la quantité de matériaux faiblement magnétiques collectés par la laine d'acier atteint un certain niveau (défini par les exigences du procédé), l'alimentation en minerai est arrêtée. L'alimentation électrique de la bobine est coupée et les matériaux magnétiques sont rincés. Ces derniers sont dirigés vers le réservoir de produits magnétiques par la vanne et la canalisation correspondantes. Le cycle se répète ensuite.
1.3.2analyse de la distribution du champ magnétiqueUtiliser un logiciel d'éléments finis avancé pour simuler rapidement la carte de distribution du champ magnétique, raccourcir le cycle de conception et d'analyse ; adopter une conception optimisée pour réduire la consommation d'énergie des équipements et les coûts pour l'utilisateur ; identifier les problèmes potentiels avant la fabrication du produit, accroître la fiabilité des produits et des projets ; simuler différents schémas de test, réduire le temps et les coûts des tests ;
Caractéristiques du mouvement minéral
2.1 Analyse des mouvements de matériaux
Le séparateur magnétique à gradient élevé HTDZ est adapté aux faibles débits d'alimentation lors du tri du kaolin. Cet équipement utilise de la laine d'acier inoxydable multicouche (ou du métal déployé) comme milieu de tri, ce qui confère aux particules de minerai une trajectoire irrégulière, tant verticalement qu'horizontalement. Le mouvement sinueux des particules minérales est illustré sur la figure 1. Ainsi, l'allongement du temps et de la distance de passage des minéraux dans la zone de séparation favorise une adsorption optimale par les aimants de faible puissance. De plus, le débit de la suspension, la gravité et la poussée d'Archimède interagissent durant le processus de séparation. Ceci permet de maintenir les particules de minerai en suspension, de réduire leur adhérence et d'améliorer l'efficacité de l'élimination du fer, pour un tri optimal.
Figure 4 Schéma du mouvement des minéraux
1. Réseau de médias 2. Particules magnétiques 3. Particules non magnétiques.
2. La nature du minerai brut et le procédé de base de son enrichissement
2.1 Les propriétés d'un certain matériau minéral de kaolin dans le Guangdong :
Les minéraux de gangue du kaolin d'une certaine région du Guangdong comprennent du quartz, de la muscovite, de la biotite et du feldspath, ainsi que de faibles quantités de limonite rouge. Le quartz est principalement concentré dans les grains de taille supérieure à 0,057 mm, tandis que les teneurs en mica et en feldspath sont plus élevées dans les grains de taille moyenne (0,02-0,6 mm). La teneur en kaolinite et en une faible quantité de minéraux sombres augmente progressivement avec la diminution de la taille des grains. La kaolinite commence à être présente en abondance à partir de 0,057 mm et est nettement plus abondante à partir de 0,020 mm.
Tableau 1 Résultats de l'analyse multi-élémentaire du minerai de kaolin %
2.2 Les principales conditions de valorisation applicables à l'exploration expérimentale de petits échantillons
Les principaux facteurs qui affectent le processus de séparation magnétique du séparateur magnétique à gradient élevé HTDZ sont le débit de la suspension, l'intensité du champ magnétique ambiant, etc. Les deux principales conditions suivantes sont testées dans cette étude expérimentale.
2.2.1 Débit de la suspension : Un débit élevé entraîne un rendement en concentré supérieur et une teneur en fer importante ; à l’inverse, un faible débit réduit la teneur en fer et le rendement du concentré. Les données expérimentales sont présentées dans le tableau 2.
Tableau 2 Résultats expérimentaux du débit de la suspension
Remarque : Le test de débit de la suspension est réalisé dans les conditions d'un champ magnétique de fond de 1,25 T et d'un dosage de dispersant de 0,25 %.
Figure 5 Correspondance entre le débit et Fe2O3
Figure 6 Correspondance entre la vitesse d'écoulement et le blanc sec.
Compte tenu du coût global de valorisation, le débit de la boue devrait être contrôlé à 12 mm/s.
2.2.2 Champ magnétique de fond : L’intensité du champ magnétique de fond du séparateur magnétique de la suspension est liée à l’indice d’élimination du fer lors de la séparation magnétique du kaolin. Autrement dit, une intensité de champ magnétique élevée entraîne une diminution du rendement en concentré et de la teneur en fer du séparateur, et donc un taux d’élimination du fer relativement faible. À l’inverse, une intensité élevée indique une bonne efficacité d’élimination du fer.
Tableau 3 Résultats expérimentaux du champ magnétique de fond
Remarque : Le test de champ magnétique de fond est réalisé dans les conditions d'un débit de suspension de 12 mm/s et d'un dosage de dispersant de 0,25 %.
Étant donné que plus l'intensité du champ magnétique ambiant est élevée, la puissance d'excitation requise est plus importante, la consommation énergétique de l'équipement est plus élevée et le coût unitaire de production est plus élevé, le champ magnétique ambiant retenu a été fixé à 1,25 T afin de minimiser les coûts de traitement.
Figure 7 Correspondance entre l'intensité du champ magnétique et la teneur en Fe2O3.
2.3 Sélection du procédé de base de séparation magnétique
Le principal objectif du traitement du minerai de kaolin est d'éliminer le fer et de le purifier. Compte tenu des propriétés magnétiques de chaque minéral, l'utilisation d'un champ magnétique à gradient élevé est efficace pour éliminer le fer et purifier le kaolin. Ce procédé est simple et facile à mettre en œuvre industriellement. Par conséquent, un séparateur magnétique à gradient élevé pour suspensions, comprenant une section de tri grossier et une section de tri fin, est utilisé pour le tri.
production industrielle
3.1 Procédé de production industrielle du kaolin
Pour l'élimination du fer du minerai de kaolin dans une région spécifique du Guangdong, on utilise une combinaison de la série HTDZ-1000 afin de mettre en place un procédé de séparation magnétique grossière-fine. Le schéma de procédé est présenté à la figure 2.
3.2 Conditions de production industrielle
3.2.1Classification des matériaux : usage principal1. Séparer au préalable les impuretés telles que le quartz, le feldspath et le mica présentes dans le kaolin à l'aide d'un cyclone à deux étages, afin de réduire la pression dans les équipements suivants et de classer la granulométrie selon les exigences de ces derniers. 2. Le séparateur magnétique à boues utilisant de la laine d'acier n° 3 comme milieu de séparation, la granulométrie doit être inférieure à 250 mesh pour éviter tout colmatage de la laine d'acier, ce qui affecterait l'indice de valorisation, le lavage du milieu et la capacité de traitement de l'équipement.
3.2.2Conditions de fonctionnement de la séparation magnétiqueLe procédé comprend un test de pré-séchage et un test de fin-séchage, ainsi qu'un processus en circuit ouvert de pré-séchage et de fin-séchage. D'après les essais réalisés, l'intensité du champ magnétique de fond du séparateur magnétique à gradient élevé pour le pré-séchage est de 0,7 T, et celle du séparateur magnétique à gradient élevé pour la sélection est de 1,25 T. Un séparateur magnétique HTDZ-1000 est utilisé pour le pré-séchage. Le séparateur magnétique utilisé pour la sélection est un HTDZ-1000.
3.3 Résultats de la production industrielle
La production industrielle de kaolin pour l'élimination du fer dans un certain endroit du Guangdong, l'échantillon de gâteau de produit produit par le séparateur magnétique à gradient élevé de la suspension HTDZ est montré sur la figure 3 et les données sont présentées dans le tableau 2.
Gâteau 1 : Il s’agit du gâteau d’échantillon de minerai brut qui entre dans le séparateur magnétique de boues de séparation grossière
Tarte 2 : Exemple de tarte sélectionnée approximativement
Tarte 3, Tarte 4, Tarte 5 : Échantillons sélectionnés
Tableau 2 Résultats de la production industrielle (résultats de l'échantillonnage et du fractionnement des gâteaux à 20h30 le 6 novembre)
Figure 3 Un exemple de gâteau produit à partir de kaolin dans une région du Guangdong
Les résultats de production montrent que la teneur en Fe2O3 du concentré peut être réduite d'environ 50 % grâce à deux séparations magnétiques à gradient élevé de la suspension, et qu'un bon effet d'élimination du fer peut être obtenu.
应用案例
Date de publication : 27 mars 2021