[发明专利]配套螺线管型超导磁体的往复式脉动高梯度磁选系统

说明书

技术领域

本发明属于磁分离技术领域，涉及一种超导磁选系统，特别是一种配套螺线管型超导磁体的往复式脉动高梯度磁选系统，可实现待选物料强磁场高梯度脉动磁选，可用于石英砂、钾长石等除杂，煤粉脱硫，铁矿、镍矿等磁性矿物富集等领域的强磁分离系统。

背景技术

磁分离是一种物理分离技术，该技术是基于磁性物质在磁场中受力原理，实现磁性物质与非磁性物质分离。在磁分离技术中，磁颗粒在磁场中的受力可由公式（1）进行描述：

Fm=V·χ·M(H)·dH/dx     （1）

式中，Fm为颗粒所受磁力，V为颗粒体积，χ为颗粒的比磁化系数，M(H)为磁场强度，dH/dx为磁梯度。根据该公式，颗粒受磁力Fm而发生运动轨迹偏转，从而实现磁性颗粒与非磁性颗粒的分离。其中，磁性颗粒受磁力大小受颗粒大小（V）磁场强度（M(H)）和磁场梯度（dH/dx）的影响。

磁分离技术的最早应用可追溯至19世纪，磁分离技术较为成熟的应用始于20世纪70年代，磁分离技术作为物理处理技术已在高岭土的脱色增白、煤的脱硫、矿石的精选、生物工程、酶反应工程等领域得到了广泛的应用。

在磁分离技术中，由（1）式可得，当待分离磁颗粒性质一定时，增大磁场强度M(H)和磁场梯度dH/dx均可提高待分选颗粒所受磁力。为了增大磁性颗粒在磁场中的受力，20世纪70年代即有广泛关于高梯度磁分离技术的研究及应用报道。目前，高梯度磁分离技术依托永磁或传统电磁磁体已发展出多种设备，在选矿、矿物除杂、水处理等多个行业发挥重要作用。

由（1）式可得，磁性颗粒在强磁场中的受力受到χ的影响，强磁性矿物如磁铁矿、磁赤铁矿等在较低的磁场下即可实现饱和磁化，进一步增大磁场并不增上述强磁性矿物在磁场中的受力。弱磁性矿物例如赤铁矿、针铁矿等由于自身磁化能力较弱，其在极高的磁场下仍无法达到饱和磁化，这种矿物在磁场中的受力随磁场强度增加而增加。因此，提高磁场可提高弱磁性铁矿的受磁力，进而提高上述矿物在磁选过程中的磁捕集能力。

传统的磁分离技术由于受到永磁体或电磁体磁场强度较低，有效磁区域较小，耗能等因素的影响，对磁选处理量及处理成本有较大影响，同时，传统磁体最高1.2T左右的极限磁场强度，限制了磁分离工艺在弱磁性矿物和微细粒磁性矿物分离领域的应用。超导磁体是一种特殊的电磁体，目前的超导磁体利用铌钛、铌三锡等低温超导线材，其临界电流密度高达10⁴-10⁵A/cm²，比铜线材的最高允许电流高几百倍至上千倍。超导磁体可在数米的工作口径内产生几万高斯以上的磁感应强度。由于低温超导线圈的0电阻特性，超导磁体的工作维护费用理论上仅为维持低温的少量制冷费用。超导磁体由于其上述优势，在20世纪即被广泛关注，并尝试于工业推广使用。

螺线管型超导磁选设备在20世纪末已成功实现工业化应用，其采用往复式分选结构，即分选腔一段在磁场中进行分选，而与此同时，分选腔另一段退出磁场进行冲洗。该往复式超导磁选设备分选腔中通常填充刚毛、钢丝、钢棍等磁介质作为高梯度介质，待分离磁性组分在磁场中附着在高梯度介质表面，进而与非磁组分分离。该超导磁选设备已被广泛用于非金属矿尤其是高岭土的除铁除钛。

上述往复式螺线管型超导磁选机工作过程中，磁性组分往往夹杂着大量的非磁组分附着在高梯度介质表面，大量磁性颗粒可在高梯度介质孔隙中堵塞。当刚毛介质网堵塞较严重时，可显著影响除杂效率，进而需更换刚毛饼。与此同时，由于矿物在超导磁选区的团聚及夹杂过程，将上述往复式螺线管型超导磁选机用于磁性矿物提取时可导致精矿品位过低等现象。因此，该超导磁选设备在20实际90年代有美国奥图泰公司推出并成功工业化应用后，仅在高岭土行业得到较大规模应用，而在易夹杂矿物除杂、磁性矿物提取等领域均无成功应用。

通过机械手段实现矿浆的脉动一方面可洗脱高梯度介质夹杂的矿粒，另一方面可洗出非磁组分。脉动高梯度磁分离技术利用机械力实现待选矿物在磁场中的周期振动，逐渐洗脱高梯度介质表面附着的无磁介质，进而大大降低了磁分离过程中磁性组分与非磁组分的夹杂捕集，同时还可显著减轻高梯度介质长期使用而引起的堵塞现象。基于传统电磁体的脉动高梯度磁分离设备已在矿物加工行业得到了广泛的应用。