设备管理_磁选设备概述

第八章磁选设备 第一节概述第二节磁选机常用磁性材料及特性第三节磁选机的磁系第四节弱磁选设备第五节强磁选设备第六节高梯度磁选与超导磁选设备第七节磁流体选矿第八节磁力选煤 8 1概述 磁选的基本原理 磁选的应用领域 磁选的发展简况 磁选设备的分类 8 1概述 磁选是在不均匀磁场中利用矿物之间的磁性差异而使不同矿物实现分离的一种选矿方法 8 1概述 黑色金属矿石的分选 有色和稀有金属矿石的精选 重介质选矿中磁性介质的回收和净化 非金属矿中含铁杂质的脱除 煤的脱硫 垃圾 钢渣及废金属等 与污水处理 医学上分离血液中的红血球 8 1概述 山东金岭铁矿的磁选机 磁选原理图 虽然 古希腊早在公元前550年已知道了一些磁现象 但是 直到1845年 法拉第才发现一些物质对磁场有反应 鲍尔 奥顿和爱迪生等人将磁原理用于从脉石中分离铁矿 自19世纪末 磁选设备得到了迅速地发展 磁选处理的矿石种类增多 特别是近20年来 永磁材料的研制和永磁材料性质的改进推动了磁选的发展 19世纪末应用以钢为基础的弱磁体 20世纪40年代发明了能与电磁体相媲美的永磁体 重要的发明阶段是20世纪70年代末 开始应用稀土永磁体 这种磁体可以解决弱的电磁体不能解决的问题 8 1概述 8 1概述 永磁材料发展概况 磁能积 退磁曲线工作点上磁场强度与磁感应强度的乘积 KJ m3 驱动磁选发明的另一个动力是将铁磁性物体 如钢球 网 扩展的金属板和槽板 引入到磁选机的磁场中 这些物体称作磁介质 它们可产生很高的局部磁场梯度 因而 大幅度增大对矿粒作用的磁力 在磁路设计中应用高科技的铁铠螺旋管是磁选法进展的另一个重要的特点 这种磁路的设计使磁选应用范围扩大到弱磁性细粒矿物和抗磁性的细粒矿物 虽然超导体的发现似乎给发明起到推动作用 但是 它对磁选的重要意义尚未显现出来 带有磁介质的磁选机不需要2T以上的磁感应强度是有说服力的 超导磁体的主要优点是能降低能耗和可以在没有磁介质时产生大的磁力 8 1概述 1 根据承载介质的不同 可分成干式和湿式两种 2 根据磁选机磁场强度的高低 分成弱磁场磁选机和强磁场磁选机两大类 8 1概述 3 根据入料运动方向和从分选区排出分选产品的方法可分为 顺流型 被选物料和非磁性矿粒运动方向相同 磁性矿粒偏离此运动方向 逆流型 被选物料和非磁性矿粒运动方向相同 磁性产品运动与此方向相反 半逆流型 被选物料从下方给入 而磁性矿粒和非磁性矿粒的运动方向相反 8 1概述 4 根据磁性矿粒在磁场中的行为特征可分为 有磁翻转作用的磁选机 无磁翻转作用的磁选机 8 1概述 5 根据磁性矿粒被选出的方式可分为 吸出式磁选机 吸住式磁选机 吸引式磁选机 6 根据排出磁性产品的结构特征可分为 圆筒式 圆锥式 带式 辊式 盘式和环式等 7 根据磁场类型可分为 恒定磁场磁选机 旋转磁场磁选机 交变磁场磁选机 脉动磁场磁选机 8 根据产生磁场的方法 磁选机又可分为 永磁型磁选机 电磁型磁选机 超导型磁选机等 8 1概述 8 1概述 8 1概述 在各种磁性材料中 最重要的是以铁为代表的铁磁性材料 钴 镍 钆 镝 钇等也具有铁磁性 常用的铁磁性材料多是铁和其他金属或非金属的合金 以及某些含铁的氧化物 铁磁性材料的磁特性常用磁感应强度与外磁场强度之间关系的B f H 曲线来表示 材料的磁特性 不仅与磁场强度 温度和机械力有关 而且与磁化过程有关 材料磁化时可分成以下几种曲线 1 起始磁化曲线2 磁滞回线3 正常磁化曲线 8 2磁选机常用磁性材料及特性 1 起始磁化曲线起始磁化曲线是外磁场H单调增加时得到的曲线 铁磁性材料的起始磁化曲线的共同点是曲线由陡峭段和平坦段组成 陡峭段对应于易磁化的特征 而平坦段对应于难以磁化的特征 8 2磁选机常用磁性材料及特性 2 磁滞回线当磁场强度H在正负两个方向上往复变化时 材料的磁化过程经历了一个循环的过程 闭合曲线叫做磁滞回线 如果材料在磁化曲线两端都达到饱和 所得回线就叫做饱和磁滞回线或主磁滞回线 8 2磁选机常用磁性材料及特性 矫顽力 3 正常磁化曲线磁场H的循环范围逐渐缩小 所得一系列磁滞回线的顶端的轨迹就是正常磁化曲线 这一曲线可以复制 能说明材料的磁特性 正常磁化曲线和起始磁化曲线的形状很相似 8 2磁选机常用磁性材料及特性 通常矫顽力将磁性材料分成两大类别 软磁性材料和硬磁性材料 软磁材料的矫顽力小 Hc 1KA m 磁滞回线狭长 主要有工业纯铁 导磁不锈钢 低碳钢等 硬磁材料的矫顽力大 10 1000KA m 主要有合金和陶瓷磁体两大类 8 2磁选机常用磁性材料及特性 剩余磁感Br值表征提供永磁体磁感应强度的能力 矫顽力Hc值表征保持磁感应强度不衰减的能力 1 开放磁系磁极在同一侧作相邻配置且磁极之间无感应磁介质的磁系 特点 磁路长 磁阻大 漏磁多 产生的磁场强度低 多用于分选强磁性矿物的弱磁场磁选机 8 3磁选机的磁系 8 3磁选机的磁系 根据磁场的基本特性可知 开放磁系磁场中任意一点 x y 的磁场强度为 2 闭合磁系闭合磁系是磁极作相对配置的磁系 分选空间即为磁极间的空气隙 通常空气隙较小 磁通通过空气隙的磁阻小 漏磁少 故分选空间具有较强的磁场 用于分选较弱磁性矿物的强磁选机 8 3磁选机的磁系 8 3磁选机的磁系 8 4弱磁选设备 8 4弱磁选设备 干式 1 除铁器 主要用来从料流中除去夹杂的铁块或铁屑 有电磁和永磁两种 8 4弱磁选设备 干式 8 4弱磁选设备 干式 8 4弱磁选设备 干式 2 磁滑轮 磁力滚筒 矿石均匀地给在皮带上 当矿石经过磁滑轮时 非磁性或者磁性很弱的矿粒在离心力和重力的作用下脱离皮带面 而磁性较强的矿粒受磁力的作用被吸在皮带上 并由皮带带到磁滑轮的下部 当皮带离开磁滑轮伸直后 磁性矿粒所受的磁力减弱而落于磁性产品中 技术参数参见P333 8 4弱磁选设备 干式 永磁磁滑轮由锶铁氧体组成磁包角360度的多极磁系 套在磁系外面的由非导磁材料制成的旋转圆筒组成 8 4弱磁选设备 干式 3筒式磁选机 技术参数参见P334 8 4弱磁选设备 湿式 1 永磁筒式磁选机由圆筒 磁系 分选槽及给料 排料和溢流机构构成 用于磁铁矿分选 磁性加重介质回收及为湿式强磁选给矿作准备 磁系排列和磁极数量对分选结构有决定性影响 筒径小的磁选机一般用5极 大筒径磁选机常用7极磁系 极性沿周边方向交变 沿轴向极性相同 磁系包角1060 1350 采用铁氧体永磁体 在给定的特殊磁场分布条件下能产生最高的磁场强度 在磁场中工作的槽体用奥氏体不锈钢制造 并用合成材料衬里防止磨损 排矿室大小及溢流堰高度均可调 8 4弱磁选设备 湿式 1 CTS永磁筒式磁选机 顺流型 技术参数参见P336 用于粒级为5mm以下较粗的磁矿粒的粗选 运转可靠性高 功耗低 但无法获得最大回收率和最佳精矿质量 8 4弱磁选设备 湿式 2 CTN永磁筒式磁选机 逆流型 矿浆由给矿箱直接进人到圆筒的磁系下方 尾矿损失低 回收率高 但由于精矿排出端距给矿口很近 精选作用差 精矿品位低 8 4弱磁选设备 湿式 磁力脱泥槽 一种重力和磁力合作用的分选设备 广泛用在磁选工艺中 用来脱去矿泥和细粒脉石 也作为过滤前的浓缩设备 在磁力脱泥槽中 矿粒在分选区受到的力主要有 重力 磁力和水流作用力 重力的作用是使矿粒沉降 磁性矿粒在磁场中受到磁力 方向垂直于等磁场强度线 指向磁场强度高的方向 磁力可以加速磁性矿粒向下沉降并吸附在磁系表面周围 而上升水流的作用是阻止非磁性的细粒脉石和矿泥的沉降 并使它们顺上升水流进人溢流中 从而与磁性矿拉分开 同时上升水流作用也可以使磁性矿粒呈松散状态 把夹杂在其中的脉石冲洗出来 提高精矿品位 8 4弱磁选设备 湿式 为了提高磁力脱泥槽的分选效果 在入选前将矿粒进行预先磁化 使矿浆经过一段磁化磁场的作用 细粒强磁性物料被磁化凝聚成较大的磁团粒 这种磁团粒在离开磁场后 由于矿粒具有剩磁和较大的矫顽力 仍能保持下来 磁团粒的沉降速度要比非磁性颗粒快 有利于后续的磁力脱泥等作业 预磁器大都为永磁体 预磁器常见的有 形和 O 形两种 预磁器 8 4弱磁选设备 湿式 脱磁器 为使强磁性团粒分散需要通过脱磁器脱磁 常用的脱磁器结构它是套在非磁性材料管上的塔形线圈 并通过交流电来工作 当铁磁性团粒通过一个磁场强度由大变小的交变磁场时 磁团粒被多次反复磁化 使磁性颗粒的磁能积一次比一次小 最后失去剩磁 结构 由电磁系统 分选系统和传动系统组成 辊子用薄的导磁钢片和非磁性圆片交替叠成 分选过程 在相邻原磁极的作用下 磁辊表面感生出与相邻磁极极性相反的磁场 并在磁辊齿尖上产生方向指向磁辊的高磁场梯度 当入料落到感应辊表面时 磁性物料被辊吸住 随着辊转离磁场后落到接料槽中 非磁性物料沿重力和离心力的合力方向排出 8 5强磁选设备 干式 1 感应辊式 8 5强磁选设备 干式 2 盘式磁选机 8 5强磁选设备 湿式 1 湿式感应辊式磁选机 8 5强磁选设备 湿式 2 琼斯型湿式强磁选机主要部件包括 磁导体 密封罩保护的励磁线圈 装有分选箱的转环 给矿和给水装置 精矿的清洗和高压冲洗机构 排矿机构和传动机构组成 8 5强磁选设备 湿式 3 双头Sol平环式磁选机 8 6高梯度与超导磁选设备 1 高梯度磁选机第一代强磁选机 盘式 感应辊式第二代强磁选机 多层聚磁介质 Jones 第三代强磁选机 微细型多层磁介质 Kolm 特点 均匀的背景磁场 细丝状铁磁性磁介质常用的磁介质 导磁不锈钢毛 纤维 细丝 细线 编织网 细拉伸板网等 8 6高梯度与超导磁选设备 1 高梯度磁选机由于磁介质半径很小 形成的磁场梯度比琼斯型磁选机的磁场梯度 2 103T m 高l 2个数量级 达到了103T m 从而使磁场力提高10 100倍 而由于磁饱和极限 通过提高磁场强度只能使磁场力提高2 3倍 大的磁场力HgradH为磁性颗粒提供了强大的磁力来克服流体阻力和重力 使分选的粒度下限可降到l m 分选空间内磁介质的充填率低 5 12 分选区利用效率高 介质轻 传动负荷小 处理量大 8 6高梯度与超导磁选设备 1 周期式分选过程分为给矿 漂洗和冲洗三个阶段 工作可按程序自动进行 完成一个生产周期约需10 15min 8 6高梯度与超导磁选设备 2 连续式萨拉 Sala 型连续式平环型高梯度磁选机主要部件 分选环 马鞍形螺线管线圈 铠装螺线管铁壳以及装铁磁性介质的分选箱 8 6高梯度与超导磁选设备 连续式高梯度磁选机的典型操作形式 8 6高梯度与超导磁选设备 2 连续式VMS型磁选机该机磁系是一个变形螺线管磁体 装有棒形磁介质的立环穿过下铁轭在螺线管磁场中沿反时针运动 矿浆由给料斗通过上铁轭给入立环 8 6高梯度与超导磁选设备 8 6高梯度与超导磁选设备 2 超导磁选机超导 电阻为零 电流永不衰减1908年最后一个惰性气体He被液化 获得4 2K的低温1911年H K Onnes发现超导现象1957年BCS理论 超导现象的物理本质1961年第一个超导磁体诞生1970年Bannister超导磁选机获第一个美国专利1986年高温超导体问世 液氮温度 77K 超导状态的临界参数 温度 磁场强度 电流密度 8 6高梯度与超导磁选设备 2 超导磁选机磁性材料由铁磁体改为超导体 结构大致可分为三个系统 超导磁系 制冷系统和分选系统 优点 高场强 用Nb Ti超导材料做的磁体其磁场强度可达到5T 体积小且重量轻 能耗低 比常导磁体节能90 高磁场带来的高磁力使磁选机处理能力大大提高 根据超导磁选机是否具有磁介质 将其分为高梯度超导磁选机 有磁介质 和开梯度超导磁选机 无磁介质 8 6高梯度与超导磁选设备 8 6高梯度与超导磁选设备 A 开梯度德国研制的DESCOS型筒式磁选机主要由三部分组成 超导磁系 制冷系统和转筒分离器 Nb Ti线制成的低温超导线圈近似椭圆形 固定在铁支架的凹槽内 B 高梯度超导磁选机 8 6高梯度与超导磁选设备 8 6高梯度与超导磁选设备 美国Eriez公司制造分选室工作空间直径127mm 长500mm 其中罐长500mm 额定磁感应强度5 0T 液氦杜瓦容器直径508mm 长1181mm 8 7磁流体选矿 磁流体 在磁场或磁场与电场的联合作用下能够磁化 呈现出似加重现象 对于其中的颗粒产生磁浮力作用 磁流体选矿是一项选矿新技术 根据物料密度的差异进行浮沉分离的技术 在该法中 位于不均匀磁场中的磁流体具有与其真实密度不同的表观密度 而这个表观密度是可以控制的 它分为磁流体静力分选和磁流体动力分选两种 1 磁流体静力选矿磁流体静力分选 是在不均匀磁场中 以顺磁性液体为工作介质 根据矿物之间密度 比磁化率的不同 分选弱磁性或非磁性矿物的一种分选技术 8 7磁流体选矿 磁流体静力选矿的工作介质 高磁化系数的顺磁性电解质溶液 一般由顺磁性金属盐类溶解于水或有机溶剂中制成 铁磁性胶体悬浮液 它是将磁铁矿等物质的微粒经过表面活性处理后形成的在重力和磁力作用下均能保持稳定的悬浮液 液态金属或低熔点金属 液态金属不润湿矿石 在操作过程中 矿粒能自行分离 不