超導磁選機是用超導體繞制磁系線圈的強磁場磁選機。自1970年班尼斯特(J.D.Bannister)發明超導磁選機之後，美、英、德等國也先後開展了超導磁選機的研製，並已投入工業套用。超導磁選機一般分為開梯度超導磁選機和高梯度超導磁選機兩類。
基本介紹
- 中文名：超導磁選機
- 外文名：superconducting magnetic separator
- 分類：開梯度磁選機、高梯度磁選機
- 出現時間：1970年
- 學科：選礦工程
- 類別：磁選機
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介紹
超導磁體在磁分離方面的套用主要是利用超導強磁體製造強磁場磁選機。20世紀70年代研製的高梯度磁選機(HGMS)所產生的磁感應強度只能達到2T(相應的磁場強度為1．6×106A/m)左右，接近鐵軛的飽和磁場。在這種設備中，捕獲的物料通過吸附或改變運動方向而得到分選。套用在高嶺土工業的高梯度磁選機的磁場(強度約為2T)是由質量達60—70t的水冷式銅線圈提供的，系統中的鐵軛質量達200～300t。分選空間是直徑為2～3m、高度為1m的容器，其內部放置鋼毛介質，設備的能耗為400～500kW。而改用超導材料以後，可以使設備的生產能力增加10倍，能耗減少到原來的1/10。
和常規的磁選機一樣，超導磁選機也需要形成分選弱磁性物料所必需的高度非均勻磁場。產生非均勻磁場的方式之一，是在均勻磁場中放置聚磁介質，這種聚磁介質是用鐵磁性材料做成的特殊形狀的板、球、絲。這種方法的優點是提高了磁場強度和梯度，缺點是磁性顆粒沉積在介質上，為了進行清洗，必須使介質離開磁場。
產生非均勻磁場的方式之二，是利用特殊形狀的線圈或磁軛產生非均勻磁場，如四極頭磁選機、八極頭磁選機等。四極頭磁選機的4個磁極構成1個封閉的圓柱體，產生1個圓柱形的對稱磁場。這個磁場在圓柱體的軸線處消失，並且有1個恆定的徑向梯度。實際上，完全徑向對稱的磁場是不可能的，不可避免地會產生切向梯度和切向力，這對於分選過程是有些不利的。
產生非均勻磁場的第三種方式是利用螺線管。在這種情況下，每個螺線管的極是交替變更的。依據線圈橫截面的幾何形狀及線圈問的距離，產生不同的徑向和軸向梯度。利用螺線管的主要優點是能產生一個完全對稱的徑向磁場，而且製造容易。
目前生產中使用的超導磁選機主要有四極頭超導磁選機和螺線管堆超導磁選機等，主要用於高嶺土等陶瓷原料的提純，也可用於煤炭脫硫、金屬礦富集，污水處理等方面。
開梯度超導磁選機
這種機型沒有聚磁介質，而是利用磁體線圈適當的形狀和排列產生磁場梯度，磁力範圍較大，能分選較粗的顆粒，可避免堵塞，結構較簡單，能連續作業，代表機型有三種：
(1)英國MK-4型機。原有的MK型超導磁選機(如MK-2型、MK-3型)一旦停電或壓縮機失靈，磁體在10秒內即不能正常工作，要使磁體恢復工作，至少需要36小時。MK-4型機絕熱效果好，即使斷電，磁體至少仍能連續運轉12小時。MK-4磁體裝置的垂直斷面如圖1，分選管道和磁體的配置如圖2。其結構是兩個尺寸大小相同的螺線管線圈處在同一垂直軸上，兩線圈以不同方向繞制，相鄰端極性相同，兩極間空隙處的磁力線被迫以散射狀擠出，向圓柱狀容器密集，製冷器外部最大磁感應強度為3.3～3.5T，最大磁場梯度為0.5T/cm。分選時，礦漿從切線方向給入，磁性顆粒chao 超被磁力吸向內壁在礦漿流推動下沿內壁流出，成為磁性產品，非磁性顆粒沿管外壁流出，成為非磁性產品。磁體在恆穩狀態下可連續工作。MK-3型機已在美國、加拿大、南非等國用於磷灰石、赤鐵礦、鐵燧岩、鉻鐵礦、銅礦、硫化鎳礦以及鈮鉭鐵礦的半工業試驗。MK-4型機也對鉻鐵礦—石英和鈦鐵礦—石英混合料進行了一系列試驗，效果良好。
(2)英國Cryofos GLF直線型機。如圖3、4所示，其線圈為跑道形狀，克服了圓柱形磁體分隔器難以調整和磁體利用率低的缺點，簡化了分選通道。物料由給礦漏斗通過可調閘門貼著磁體壁下落，經過高場強區時，其中的磁性顆粒則偏移。因磁力作用形成的粒團，在凸緣作用下散開，其中磁性顆粒受下部磁場力作用再偏移，最後通過分離板將料流分為磁性和非磁性產品。
(3)德國DESCOS筒式超導磁選機。為洪堡—韋達格公司研製，其結構如圖5。由D形線圈組成的超導磁系、冷卻系統(包括供氦管路、真空管路、真空槽、輻射屏等)、分選筒三大部分組成，它綜合了超導技術和筒式磁選機的優點，分選過程與一般筒式磁選機相同，圓筒表面最高磁感應強度加磁軛時為5.23T，不加磁軛時為4.25T。該機已在土耳其圖特盧卡(Tutluca)菱鎂礦用於弱磁性蛇紋石和非磁性菱鎂礦的分離，以除去矽、鐵雜質。原礦被篩分成100～4mm粒級，該粒級約含SiO220%和Fe2O34%，在磁感應強度為3.2T的條件下，經一段乾選，當處理量為100t/h以上時，獲得菱鎂礦粗精礦，其含SiO2<1.5%、Fe2O3<0.3%。
高梯度超導磁選機
利用超導磁體的高場強和聚磁介質產生的高梯度磁場來分選物料。工業套用的機型有三種：
(1)埃利茲型超導磁選機。該機是美國埃利茲(Eriez)磁力公司設計製造的，周期式作業，採用液氮和液氦雙重製冷，克服了往復式機磁體勵磁、退磁時間長的缺陷，其工業型機規格為3.9m×3.9m×2.1m，重208t，磁感應強度2T，分選罐直徑2134mm，長508mm，充填6%～7%不鏽鋼毛作磁介質。與相同規格的常導磁選機相比，電耗減少80%～90%，體積減小34%，質量減輕47%，並相應減少所需廠房面積和基礎安裝費用。該機因具有快速勵磁和退磁能力，工作周期一般為20～30分鐘，設備處理能力也隨之提高。美國喬治亞州胡伯(J.M.Huber)公司的雷恩(Wren)高嶺土選廠用此設備從高嶺土中除去微粒含鐵雜質，生產白度高的高嶺土產品。
(2)捷克往復串罐式超導磁選機。結構如圖6，有兩個容積為0.18m的分選罐(內填不鏽鋼毛)和三個磁力平衡罐。工作時分選罐總有一個處在低溫恆溫器與超導磁體內，此時磁性物質被捕集在罐內不鏽鋼毛介質上，而另一個分選罐則處在鐵磁屏及沖洗室中，它原在超導磁體內所捕集的磁性物質在此處被沖洗出，使介質可重新使用。磁力平衡罐平衡了分選罐出入超導磁體時所受的磁力，因而整個系統軸向力較小，借著沖洗水的衝力可驅動分選罐往復移動進行分選。該機磁感應強度在磁場區中心為5T，在鐵磁禁止的沖洗室則僅為0.02T。處理量為5t/h。用於捷克某高嶺土選廠從高嶺土中除去Fe2O3和TiO2雜質。
(3)英國Cryofilter高梯度超導磁選機。是為降低勵磁和退磁時間而設計的。該機採用兩個活動的分選罐交替地從磁場移進和移出。當一個分選罐在分選時，另一個分選罐則在清洗。超導線圈被鎧裝以減少磁體外部漏磁，使吸附在介質堆上的磁性物料能在緊靠磁體的地方沖洗下來，還採用徑向給礦代替軸向給礦，使給礦量增加80%。工作區中心場強為5T，分選美國喬治亞高嶺土，處理量為12t/h。
