[发明专利]一种适合超细磁颗粒分离的无污染管束隔离式永磁分离装置

说明书

技术领域

本发明涉及主要应用于催化、吸附及生物分离等领域的磁性颗粒在流体中进行分离的装置，特别涉及一种适合超细磁颗粒分离的无污染管束隔离式永磁分离装置。

背景技术

磁性分离技术不仅广泛应用于矿物加工、钢铁厂和发电厂的污水处理，而且也为煤炭工业、非金属工业、石油工业、原子能工业、化学工业以及生物技术中的颗粒系统的选择性分离问题，提供了有效的解决途径。

在磁分离技术中常用的超细磁性载体颗粒具有一般固体颗粒不具备的优点：超细颗粒具有较大的比表面积，进行物理、化学等反应时，能使反应速度大大加快；此外，超细磁颗粒常具有超顺磁性，具有该特征的颗粒在外加磁场条件下，呈现良好的磁性，当去掉外加磁场时，颗粒的剩磁为零，根据这一特性可以方便地利用外界磁场对超顺磁性颗粒进行定位、分离、回收等操作。因此，目前，超细磁性颗粒已经被广泛应用于催化、吸附以及生物分离等领域。

但在目前工业生产中，对超细磁颗粒进行大规模分离还面临着巨大的挑战。其中，磁分离装置放大后装置内空间磁场强度及梯度不够，导致空间内流动的超细磁性颗粒尤其是纳米磁性颗粒所受磁力太弱而不能被快速有效捕集是一个最重要的问题。由公式可知，装置空间内某点所受磁场强度与距离磁极的距离二次方成反比，距离磁极越远，磁场强度越弱。工业上常为了便于操作将电磁铁用于磁分离装置中，最大磁场强度常在0.5T左右，要获得更大的磁场强度需要进一步增大电流、加粗铜导线用量，大大增加了能耗以及设备投资成本。而颗粒所受磁力与颗粒粒径、装置内的磁场强度以及磁场梯度成正比。文献报道，在磁场梯度小于100T/m的低梯度磁场(通常未有铁磁性物质填充)中，粒径为50nm左右铁磁颗粒所受的磁力大小只与其所受热扩散和布朗运动作用力相当，这一量级作用力无法使超细磁颗粒得到快速有效富集分离。为了解决磁分离装置放大存在的这一问题，研究者们常采用高梯度磁分离这种强磁力分离技术来对生化产品进行规模化分离。

高梯度磁分离设备主要有两类：周期式高梯度磁分离设备和连续式高梯度磁分离设备。

周期式高梯度磁分离设备主要由一个充填钢毛介质的罐体组成，该罐体由通电的螺线管缠绕。待分离料液通过罐体中的磁介质，料液中的磁性组分由于受到磁场力的作用被捕集在磁介质上，非磁性组分则通过罐体。操作一段时间，停止进液，断电使磁场卸除，进行冲洗。冲洗完毕，继续进液，实现捕集，如此实现周期式操作。

另一种连续式高梯度磁分离设备主要由可转动的分选环(由若干分选室组成)和固定不动的通电螺线管组成。在分选环的上方依次有进液管和冲洗水管。操作时，分选环转动，分选室依次经过固定的通电螺线管，同时进行进液和冲洗操作，实现连续式操作。这两种高梯度磁分离装置都存在以下缺点：

1.使用电磁铁，虽然方便，但耗电量巨大，设备结构复杂，需配备冷却系统，运行维护费用高，不能产生高的磁场强度，对超细颗粒和弱磁性颗粒的分离产生困难；

2.装置中填充的聚磁物质与流体直接接触，使填充的聚磁物质易发生腐蚀，同时流体易受到溶解物的污染。如专利CN 1275445A：从流体中分离出磁性颗粒的连续式高梯度磁分离方法及装置；专利CN 1442234A：连续式高梯度磁分离器等可以通过高梯度磁场对超细颗粒进行分离，但都不能很好的解决这一问题。

3.填充的聚磁物质对磁性颗粒的吸附量有限，且磁颗粒洗脱不够方便。

因此，如何针对超细磁颗粒在流体中分离的应用现状，解决高梯度磁分离设备存在的上述问题成为扩大高梯度磁分离设备应用范围的关键。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于克服上述高梯度磁分离装置存在的能耗高、设备结构复杂，运行维护费用高，不能产生高的磁场强度，从而很难分离低浓度或超低浓度的超细磁颗粒，并且聚磁物质易腐蚀流体易被污染等缺陷，因而提供了一种适合流体中超细磁性颗粒分离的无污染管束隔离式永磁分离装置。

本发明提供的适合超细磁颗粒分离的无污染管束隔离式永磁分离装置包括一环形永磁铁和分离室，分离室内部由规则排列的隔离管构成含磁颗粒的流体的通道，隔离管外侧装有丝状钢毛或钢砂等导磁介质。分离室底部为进料口和清洗水入口，顶部为出料口和清洗水出口。

本发明所述分离室中含有多个隔离管，所述多个意指至少2个(包括2个)，更优选至少3个(包括3个)。

分离器以及其中的隔离管为导磁的非磁性材料制成，主要包括：不锈钢、无机玻璃、有机玻璃、塑料、橡胶和聚四氟乙烯。

优选地，隔离管的材料主要包括聚四氟乙烯、玻璃或不锈钢等耐腐蚀性材料。