矿物加工工艺学磁选部分

点击进入,矿物加工工艺学（磁选部分）,磁选,第一章绪论第二章磁选基本原理第三章物质和矿物按磁性分类和磁性特点第四章弱磁性铁矿石的磁化焙烧的基本原理第五章磁选设备,第一章绪论1.磁选定义：利用各种矿物的磁性差异，在非均匀的磁场中进行选分矿物的一种选矿方法。2.应用：黑色金属（铁、锰、铬等）矿石的选别；有色和稀有金属（如钨、钽等）；非金属（如石棉、金刚石、高岭土等）矿石的选别和去杂；固体物料及废弃物去除磁性成分；生产生活污水的去杂等；3.磁选发展的简史：公元前三百年，中国首先发现磁铁，首先利用磁现象；十一世纪制造指南针；17世纪，作了永久磁铁选磁铁矿的尝试；1792年，英国发表了第一个专利（磁铁选别磁铁矿）；1849年，美国发表了第一项工业磁选机专利；,1855年，诺特明尼在撒丁提出了利用电磁铁产生磁场；19世纪90年代，维节利尔提出了尖削磁铁对平面的闭合磁系产生强磁场；1960年，琼斯型磁选机在英国问世；最近十年，出现了一些新工艺、新磁选机、高梯度磁选，磁流体选矿、超导磁选机等。4.广义磁选,附加磁矩（忽略），分子固有磁矩是顺磁性体产生磁效应的主要原因。逆磁质：原子磁矩为0，电子的附加磁矩为主产生磁效应。,A.原子核磁矩很小，忽略；B.不是所有的电子磁矩之和，只是未填满的那些次壳层中的电子磁矩总和。磁化本质A.分子电流的观点顺磁质：原子磁矩,第二章磁选基本原理1、磁选过程：实质上是磁力和机械力相互竞争，互相争夺矿物颗粒的过程。2、矿物磁化磁化：就是矿物在磁场作用下，显示磁性的过程。物质磁性的来源物质磁性原子磁性原子的磁矩,B.磁畴观点自发磁化：铁磁质内部的原子磁矩，在没外磁场的作用下，已以某种方式排列起来，达到一定程度的磁化的现象叫自发磁化。产生原因：相邻电子之间的静电交换作用；产生效果：形成磁畴铁磁质、反铁磁质、亚铁磁质的单畴中磁矩的排列示意图,铁磁性反铁磁性亚铁磁性自发磁性：有有,但表现为0有磁性转变温度：居里点奈尔点居里点,技术磁化：铁磁质内部磁畴的原子磁矩，在外磁场的作用下，转向外磁场方向，铁磁质对外显示磁性的过程，称之为技术磁化。加外磁场，外磁场不是使单个原子磁矩转向，而是使各个磁畴的磁矩转向。产生原因：外磁场对其作用；产生效果对外显示磁性C.固体磁性分类：,3.磁化程度的表示：,磁化强度：,J的物理意义：单位体积物体的磁矩；,J增加，磁化也增加；,表示在外磁场作用下，物体被磁化的程度；,体积磁化系数：研究表明：,，其中：,磁化强度；,H：外磁场强度，奥斯特；,：物体的体积磁化系数。,的物理意义：是体积为一立方厘米的物体磁场强度为一奥斯特的外磁场中产生的磁矩。,大小表示物体磁化的难易程度，,越大，越易磁化；,顺磁性物体：,；逆磁性物体：,物体比磁化系数：,，其中：,物理意义：表示单位质量的矿物颗粒在单位强度的外磁场中磁化所产生的磁矩。,磁场不均匀性用磁场梯度,或gradH表示,gradH为矢量，,矿物颗粒在不同的磁场中受到不同的作用：在均匀磁场中，只受到转矩的作用；在不均匀磁场中，不仅受到转矩的作用，还受到磁力的作用。磁性矿粒磁化后的磁效应宏观上与元电流的等效性。,方向为H增加率最大的方向，大小为该方向上单位长度的H的增量；,4、矿物颗粒所受的磁力,无外场：,有外场：,等效宏观效果：,原因：相邻电流元方向彼此相反，效果相互抵消，只有在横截面边缘未被抵消。,矿粒所受到的磁力磁力做功：,揭示了：磁力的大小决定于两种主要因素：,（内因）和,（外因）；一般把,称之为磁场磁力。,值小的，H要求；选,值大的，H可小；,B,C欲提高,，必须从,、H、,三方面考虑；,D磁选机的场必须是非均匀的，即：,公式应用注意：,为常数时，可直接用该式计算；,矿粒本身的磁化，当影响因素H和,的值改变时，应用改变值代入计算；粒度小，所占空间、H和,的变化甚微，计算,误差小；粒度大，则应该应用积分法计算。,两种不同磁性的矿物能分离的充分条件,矿物之间的磁性差异必须满足：,A:磁性与非磁性矿物比磁化系数之比;,:磁性矿化的比磁化系数;,:作用与矿物颗粒上的磁力和机械力必须满足:对于磁性矿:F磁F机对于非磁性矿:F磁F机,需要一个H*,足够大的不均匀磁场；,:非磁性矿化的比磁化系数.,第三章：物质和矿物按磁性分类和磁性特点物质磁性分类及磁性特点A.分类：逆磁质：这类物质较多，有金属Cu、Zn、Ag、Sb等，非金属Si、P、S等，惰性气体、许多有机化合物等。顺磁质：这类物质也很多，如金属Na、K、Mn、Cr、W等，许多稀土金属和铁族元素的盐类等。铁磁质：这类物质较少，主要是Fe、Co、Ni,以及他们的合金和化合物，Mn、Cr的一些合金等。,B.磁性特点,顺磁质,O逆磁质,A.分类强磁性矿物：,在磁场强度H=9001800Oe的弱磁场,中选别，有的难选，有的易选。这类最多，主要有铁锰矿物、赤、镜、褐、菱铁矿；水、软、硬、菱锰矿等，一些含钛、铬、钨矿物；黑云母、角闪石、绿帘石、绿泥石、橄榄石、石榴石、辉石等；非磁性矿物：目前尚不能用磁选法选出。,这类矿物很多，主要有部分金属矿物辉铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉钼矿、白钨矿、锡石、金等；大部分非金属矿物硫、煤、石墨、金刚石、石膏、高岭土等；大部分造岩矿物石英、长石、方解石等。,2矿物磁性分类及其磁性特点,的磁选机中可以选出容易选矿物，这类矿物很少，主要有磁铁矿、磁黄铁矿、钛磁铁矿、锌铁晶石等。弱磁性矿物：,在磁场强度H=60002000奥斯特，磁选,具有磁滞现象，在交变磁场中，反复磁化时具有磁滞回线；具有磁性转变温度居里点。磁铁矿的居里点为585度；比磁化系数不是一个常数，而是随磁化磁场强度的大小、本身的形状、粒度、氧化程度等许多因素而变。弱磁性矿物的磁性特点（四点）比磁化系数小；没有磁饱和现象和磁滞现象；比磁化系数是一个常数，与磁化磁场强度、本身的形状、粒度等无关、只与矿物组成有关；当其中含有强磁性矿物杂质时，即使少量也会对产生较大甚至很大的影响。,B磁性特点强磁性矿物的磁性特点（五点）比磁化系数很大，（比弱磁性矿物大上百倍甚至几千倍）；有磁饱和现象，在较低的磁化磁场作用下就可以达到饱和；,第四章：弱磁性铁矿石的磁化焙烧的基本原理一.磁化焙烧的目的把弱磁性铁矿物变成强磁性铁矿物；排除矿石中的气体和结晶水；使矿石结构舒松，有利于降低磨矿费用；提高选矿技术、经济指标。二.磁化焙烧的基本原理(1)磁化焙烧分为：还原、中性和氧化焙烧三大类。常用的还原剂有C,CO和H2等。,1、还原焙烧：以赤铁矿为例说明在焙烧过程的原理，A.还原剂为C时:,B.在CO中:,C.在H2中：,短时间内:,长时间,进而氧化:,2.中性焙烧：适用于菱铁矿石.,3.氧化焙烧:适用于黄铁矿,第五章磁选设备5.1分类1.据磁场类型来分可以分成四类磁源大小方向恒定磁场磁选机永久磁铁,电磁铁H的大小和方向随时间而变旋转磁场磁选机永久磁极绕轴旋转H的大小和方向变交变磁场磁选机通交流电的电磁铁H的大小和方向变脉动磁场磁选机同时通交直流电的磁铁大小变而方向不变2.根据磁场强度来分弱磁场磁选机:,H0在800-2000Oe；磁场力,中磁场磁选机:,H0在2500-6000Oe；磁场力,强磁场磁选机:,H0在6000-26000Oe；磁场力,注：H0磁场强度,5.2磁选机的磁系1.电磁磁系和永磁磁系电磁磁系又有有铁芯和无铁芯之分：有铁芯者,每个磁极由线圈，铁芯和极头组成；无铁芯者仅由线圈组成。永磁磁系是由硬磁性材料制作，永磁铁根据制造工艺和材料不同可分为:磁性合金：Al-Ni-Co合金钢，磁性性能好，成本高；铁氧体磁性材料：分子构成为性能好，价格便宜，原材料来源广，制造工艺简单。磁块性能用剩感应强度Br，矫顽力Hc和最大磁体积(BH)max来表示。,2.开放磁系和闭合磁系开放磁系：磁极相邻配置的磁系;(平面,弧面合塔形)闭合磁系：磁极相对配置的磁系(单选分面、多分选面，充填具有一定形状的感应介质，如齿板、铁球、钢毛等)。,5.3常用磁选设备5.3.1弱磁场磁选机干式：有磁滑轮式,鼓式和双筒永磁等;湿式：磁力脱水槽、永磁旋转磁场、脱磁器、预磁器、园筒等,1.设备结构多极磁系，磁系包角360，磁系和圆筒固定在轴上，磁极沿周向交替；磁极沿轴向不变。圆筒：不导磁不锈钢、1.0皮带：橡胶圆筒与皮带一起转动2.磁场分布,磁矩系表面距离：1-0mm;2-10mm;3-30mm;4-50mm;5-80mm,3.磁场特性最高H=220KA/m，同一距离，磁极边缘高、极间隙、极面中点低。距磁系表面距离：0平均160KA/m30平均90KA/m80平均40KA/m4.分选原理：（略）5.应用1.大块（10120）强磁性矿石的预选，丢尾；2.入选矿石的粗选，提高处理能力，分选；3.焙烧矿质量检验，磁性弱的返回磁化焙烧；4.旧型砂除铁，煤炭除铁，夹杂铁磁性物料的提纯。,5.3.1.1湿式弱磁场磁选机,1-圆筒；2-磁系；3-槽体；4-磁导板；5-支架；6-喷水管；7-给矿箱；8-御矿水管；9-底板；10-转向装置；11-机架,1.设备结构：（半逆流型）（1）多极磁系，永磁，37极，磁系固定不动，钡锶铁氧体磁块，铜螺钉固定。磁系定角106135，磁偏角：1520，磁场强度：表面0.16T，筒表面40，0.06T。（新磁系：0.22、0.99T，中磁场：0.8T）（钕铁硼磁系：1.0T）极性沿周向交替，轴向不变。（2）圆筒：不锈钢板（不导磁不锈钢）、22.5。筒面衬以2左右的耐磨橡胶。（3）槽体：靠近磁系部分非导磁材料。给矿区插有吹散水管。槽底板与圆筒：粒度d:11.5间隙：2025630352.分选原理3.三种不同底箱结构的比较,注意三种底箱结构不同的比较,顺流、逆流、半逆流型永磁筒式磁选机的比较（a）顺流型；（b）逆流型；（c）半逆流型,(1)半逆流型矿浆给入方向与磁力作用方向基本一致，易吸；尾矿与圆筒转动方向反，给矿口距非磁性产品卸矿口较远，而较高；尾矿排出距精矿排出端远，给矿端口距磁性产品端较远，而较高。适用于0.20的粗选和精选。(2)逆流型精矿端与给矿近，磁搅拌作用太强，精矿不够高。尾矿排出端距精矿端口较远，尾矿口距给矿口最远、精矿最高。适用于0.60，粗选和精选。(3)顺流型磁搅拌次数多，较高。矿浆流速较大，尾矿较高。适用于5以下较粗砂粒的粗选。*水平控制关键。流速过大，尾矿品位高。,5.3.1.2磁选柱,设备结构设备由给矿斗、分选柱、电磁磁系、底锥、溢流槽、精矿排矿管和电源系统等组成。,1给矿斗；2尾矿溢流槽；3分选柱及电磁；4给水管；5底鼓；6精矿排矿装置；7电控柜,磁场特性a.磁选柱电磁磁系由多个励磁线圈构成，线圈由上而下分成几组，直流电源供电，采用由上而下的断续周期变化的励磁方式，在磁选柱内形成顺序下移循环往复的脉动磁场。工作时其中心磁场强度为816kA/m(约为普通筒式磁选机的1/10)b.其场强变化规律是：轴向上，线圈轴向中心最大，轴向离中心距离的增大而变弱；径向上，中心弱而周边强。因而在轴向存在指向线圈中心的磁场梯度，在线圈内径向存在由中心指向周边的磁场梯度。在线圈上、下部12个线圈高度范围内磁场梯度较大。磁选柱磁场的特点在于它属于低弱、不均匀、时有时无、非恒定的脉动磁场。其磁场强度和变化周期可以根据入选物料的性质不同而调节。,分选机理给矿矿浆由给矿斗经给矿管进入磁选柱中上部，经给矿分散水充分分散，磁性矿粒，特别是单体磁铁矿颗粒在由上而下的磁场力作用下，团聚与分散反复交替进行，再加上由下而上的切向上升水流的冲洗、淘汰作用，使夹杂于其中的单体脉石和中、贫连生体由上升水流带动上升，由上部溢流槽溢出成为尾矿；磁铁矿颗粒，包括单体磁铁矿颗粒和磁铁矿富连生体，在连续向下的磁场力及磁链有效重力的作用下，不为上升水流所冲带，而是向下运动，经精矿分散水进一步淘洗后，由下部精矿排矿管排出成为高品位磁铁矿精矿。,特点与应用实践表明磁选柱是一种精选低品位磁铁矿精矿的高效磁选设备，采用磁选柱可以简化流程，节省能耗。,磁选柱工业实例,5.3.1.3磁力脱泥槽1.底部磁系磁力脱泥槽,图3-12底部磁系永磁磁力脱泥槽,1-平底锥形槽体；2-上升水管；3-水圈；4-迎水帽；5-溢流槽；6-支架；7-磁导板；8-塔形磁系；9-质硬塑料管；10-排矿胶砣；11-排矿口胶垫；12-丝杠；13-调节手轮；14-给矿筒；15-支架,图3-13底部磁系永磁磁力脱泥槽的磁场强度分布,2.顶部磁系磁力脱泥槽,图3-15顶部磁系永磁脱泥槽的磁场强度分布,1.设备构造1.倒置圆锥形槽体：钢板制作2.塔形磁系：铁氧体永磁块3.给矿筒：上升水管和排矿装置2.磁场特性轴向上弱下强，沿径向外弱中强，等H线，大致和塔形磁系表面平行。3.分选原理磁性矿粒：磁性+重力上升水流力非磁性矿粒：重力Tc常导态；THc常导态；HIc常导态；IIc超导态,5.4.2超导材料1.超导元素有几十种，超导化合物和合金几千种对强磁场超导材料的基本要求高的超导转变温度；高的临界磁场；高的临界电流密度（1104A/cm2）；超导临界特性稳定性好，制作工艺简单，成本低。,2.分类（1）超导合金：二元合金：Nb-Ti104A/cm2(Nb-Zr最先发展)10T的磁场，临界H高，稳定性好，成本低。（2）三元合金：（Nb-40Zr-Ti）(Nb-Ti-Ta)临界电流高，临界磁场高。（3）超导化合物：性硬电脆，加工困难，价格昂贵。Nb3Sn铌三锡V3Ga钒三镓（15）106A/cm2；3.加工方法在基带（或轴线）表面上形成，如表面扩散法，气相沉降法，等离子体喷射法和反应溅射法；元素制成的导体线为线圈，而后进行热处理生成化合物；如粉末芯线的烧结法，多腔线电缆热扩散法。工作状态：很底温度，一般在4.2K；低磁获得：液化气体获得-192液化氢气获得-253液化氮气获得-269,5.4.3超导磁选机MK-型超导磁选机,图10-12MK-1型超导磁选机外形1-磁体；2-超导线圈；3-内容；4-外管,磁性产品,非磁性产品,矿浆入口,图10-13四极头超导磁选机示意图（a）四极头线圈简要几何图形（b）横断面图,1.设备结构不锈钢容器内为磁体，两个线圈。大小相等极性相反；在线圈相邻端，磁力线在两个线圈的缝隙中以散射状被迫挤出；H=33.5T，grandH=80T/cm，Nb-Ti合金绕在铜质基体上。致冷：降温到60K，第一阶段60K15K，第二阶段60K15K，第二阶段分选管道：干式；湿式。2.分选过程横向二次环绕（二次循环，矿浆流）3.设备特点H高，可达3T（大小可不固）；能耗小，能耗为常规磁选机的1/31/10；液氨消耗1；处理物料粒度无固定：矿浆浓度高：3035%，处理量大（Hmax=100T/h）体积小，重量仅为0.71.0t；可干选或湿选，可做预选、粗选和精选设备。,螺旋管堆超导磁选机,5.4.3磁测量、磁分析和场的理论研究方法简介测磁性：多用磁力分析器,或用电线管测试(古法)；测磁含量：磁选管,磁力分析仪(干式湿式都可以)；测磁强：高斯计或磁通计；理论研究方法：试验法：等效磁阻法；解析法：分离变量法；复变函数法；变换法；数值解法：有限差分法:把磁场连续场或问题变成离散系数的问题来解；有限元法：适用变分并球粗值，基于变分原理和利用泛函分析；矩阵法；模拟电荷法。,5.5磁流体分选5.5.1磁流体：是一种液态的磁性材料,是既有磁性,又具有液体流动性的液态分散液.,图11-4CLJ-300型磁流体静力分选机示意图1-分选槽；2-磁极；3-线圈；4-排料装置；5-产品收集槽,5.5.2磁流体分选5.5.2.1磁流体的制备方法具体操作粉碎法将磁铁矿在含有油酸的有机相中长时间的粉碎水溶液中吸附-有机在湿式铁磁体的水溶液中,用油酸离子吸附解胶法在Fe2+、Fe3+共存溶液中加入碱后，再加到含有油酸的加热煤油中,（1）常用的分散媒有：水、饱和胫、酯、环脂、聚苯基、乙醚、氟化碳等。（2）分选对介质的要求：磁化系数大、密度大、粘度小、无毒、无刺激性气体、无异味、无色透明、价格低、来源广。5.5.2.2磁流体动力分选在磁场（均匀或不均匀磁场）与电场的联合作用下，以强电解质溶液为分选介质，根据矿物之间的密度，比磁化系数及导电率的差异而使之不同矿物分离的一种选矿方法。,优点：分选介质为导电的电解质来源广，价格低、粘度低、分选设备简单、处理量大（100-600t/n）(0.526mm)。缺点：分选介质的视在密度较小，分选精度低。5.2.3磁流体静力分选及基本原理定义及特点在不均匀磁场中，以铁磁性的胶粒悬浮液或顺磁性液体为分选介质，根据矿物之间的密度和比磁化系数的差异，而使不同的矿物分离的一种选矿方法。优点：分选介质的视在密度高，介质粘度比较小，分选精度高。缺点：设备较复杂，介质价格高，回收较困难，处理量较小。2.基本原理矿粒在垂直方向的受力和运动情况，对稳定在ha点的矿粒，这时受力：重力，方向向下。,图11-1矿粒沿垂直方向的受力分析,图11-2矿粒沿水平方向的受力分析,因为这时平衡，则有：,化简得：,介质浮力,，方向向上；磁力,磁浮力,+,+,对一定的矿物和介质，左项为常数，令,）对于,）对于,的矿粒，在该点悬浮；,的矿粒，将从该点继续下沉；,）对于,的矿粒，上浮在该点之上。,方向向下；,方向向上；,=,3.磁流体静力分选机,在水平方向受力情况在锲形磁极分选机上，受到指向磁极面的力；在双曲线磁极分选机中，受到指向中心线的力；矿粒在y方向，受力中心线向外侧的力，对分选不利。4.应用金刚石、钨矿石、锆矿石、金矿石、铁矿石、锰矿石的精选等，铁、钨、矿石、淘汰产品检查等。例1.招远某金矿介绍1.采用流程,跳汰粗金矿,磁