CN101972699A - 一种鼓筒形干式超导开梯度磁分离机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种鼓筒形干式超导开梯度磁分离机，主要由中心恒磁源、可环绕中心恒磁源旋转的转筒、置于转筒上方的矿粉漏斗和置于转筒下方的非磁性物质收集箱及磁性物质收集箱构成。所述中心恒磁源由一液氮温区杜瓦瓶和贴合在杜瓦瓶内表面的高温超导块材贴块组成的有磁区构成。本发明鼓筒形干式超导开梯度磁分离机，在液氮环境(77K)下，可产生2T以上的分选磁场和高磁场梯度，可广泛应用于选矿等方面，具有磁体工作环境温度相对低温超导磁体高、分选区磁场梯度大等优点。

Description

一种鼓筒形干式超导开梯度磁分离机

技术领域

本发明涉及超导磁分离技术领域，具体涉及一种基于超导块材的新型高效率的鼓筒形干式超导开梯度磁分离机。

背景技术

磁分离技术是使用磁场分离磁性不同的物质的技术，在选矿、水处理等方面有广泛应用。磁分离的原理是对被磁化了的颗粒外加不同位置磁场强度有所不同的磁场，使得颗粒两极的磁场力不等，颗粒受到净力作用而运动，也就达到了磁性物质被分离的效果。磁化颗粒在磁场中受到的净力、与颗粒产生的磁化强度（非永磁颗粒与其磁化率相关）、颗粒体积、外磁场强度及其梯度有关。公式如下

                                                 

式中：

 —磁场力

         —磁化强度

       

  —颗粒体积

       

 —磁场强度

由此可见，提高磁场强度、磁场梯度可增大颗粒所受磁场力。磁化颗粒被分离要求磁场力大于流体拉力、摩擦力等力的合力。磁场强度越高、磁场梯度越大，较弱磁性物质就越容易被分离，磁分离效果也就越好。

现在实现磁分离技术要求的磁场梯度有两种方法：一是高梯度磁分离，即先产生相对均匀的高磁场，再填充磁性介质于此区域内，磁性介质附近磁场畸变形成高梯度磁场；二是开梯度磁分离，即不使用磁性介质，直接产生一场强高、磁场梯度也较高的区域。高梯度磁分离系统的特点是处理量受空间小的限制；分选要求是湿式的；需专用自动装置实现连续工作避免堵塞；作用力程较短，即产生的磁力是短程的；但磁场梯度大，磁力密度大，易于分选细小、弱磁性物质。开梯度磁分离系统可为干式亦可为湿式，多为干式；其作用力程较长，磁场梯度、磁力密度较小；但处理量大、可连续工作、不易阻塞，适合大粒度颗粒的分选。开梯度磁分离装置有不同类型，比如线形、偏移形、鼓筒形、对极形等。在干式磁分离中鼓筒形装置效果好，可广泛用于选矿，这里研究的就是这种磁分离装置。

鼓筒形磁分离装置核心部分是圆柱形转筒，转筒圆柱面左右两侧，一侧为磁性区，一侧为非磁性区。当待分选矿粉从上侧下落后随转筒旋转，非磁性或弱磁性物质在转筒中部直接下落，较强磁性物质则被吸附在转筒上，随转筒继续旋转，直到非磁性区方才下落，这样就实现了分选。

磁分离技术按照磁场来源分为永磁和电磁两种。永磁体能产生的最大磁场较小；加铁心的常规电磁体产生的最大磁场受到饱和磁化强度限制，很难超过2T；而不用铁心的常规电磁体得到2T以上的高磁场需要非常大的电流，这样就需用大量冷却水冷却以防止绕组因过热融化，因而成本极高。而超导磁分离技术，因为其磁场来源无论是超导块材还是超导带材制作的超导磁体，本身都几乎不消耗电能，只需维持低温条件的成本就能获得强磁场，不需铁芯，更不存在水冷问题，是磁分离技术的一个重要发展方向。超导磁分离技术根据使用超导材料不同，又分为低温超导磁分离和高温超导磁分离。现在低温超导技术相对成熟，但是低温超导技术需要极低的环境温度，而高温超导材料在临界温度、临界磁场、临界电流密度等方面都具有低温超导材料无法比拟的优势。

根据刘树贻编著，中南工业大学出版1994年2月社出版的《磁电选矿学》210至212页的介绍，德国KDH公司为土耳其伊斯坦布尔菱镁矿生产了一台鼓筒形开梯度低温超导磁分离机，可进行干式磁选，用于分选弱磁性粗粒蛇纹石，分选区磁场大于3T，处理能力最高可达100t/h。

上述装置使用的材料是低温超导线材，磁体需要在液氦温区（4.2K）工作，制冷成本高。如前所述，开梯度磁分离也有磁场梯度相对较小的问题，这也会影响分离效率。

发明内容

鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是设计一种新型的开梯度磁分离机，使之能克服现有技术的以上缺点。

本发明的目的是通过如下的手段实现的。

一种鼓筒形干式超导开梯度磁分离机，主要由中心恒磁源、可环绕中心恒磁源旋转的转筒、置于转筒上方的矿粉漏斗和置于转筒下方的非磁性物质收集箱及磁性物质收集箱构成。所述中心恒磁源由一液氮温区杜瓦瓶和贴合在杜瓦瓶内表面的高温超导块材贴块组成的有磁区构成。

本发明使用多块充磁后表面产生3T以上磁场强度的高温超导块材制作鼓筒形干式超导开梯度磁分离机，只需液氮冷却（77K）即可实现需液氦冷却（4.2K）的基于低温超导线材磁体的鼓筒形干式超导开梯度磁分离机达到的2T以上分选磁场（2T为基于加铁心的常规电磁体的磁分离机最高分选磁场），获得相同的分离效果，从而大大降低了制冷成本；高温超导块材贴块先进行充磁，然后在非金属支架支撑下紧贴杜瓦壁按照相邻边缘异性连续排列（即按充磁后的磁场极性连续交错排列），避免块材间斥力过大。制作由两个半圆柱组合成的分离式液氮杜瓦，将充磁后的块材放入后再组合成一个整体，方便了块材放入。在转筒外侧附着钢毛提高了磁场梯度，进一步提高了分离效率。这样的装置可广泛应用于选矿等方面。

附图说明

附图是本发明实施例的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图所示，本发明的基本结构与常规永磁、电磁或超导鼓筒形干式开梯度磁分离机基本相同，由中心恒磁源1、可环绕中心恒磁源旋转的转筒2、置于转筒上方的矿粉漏斗3和置于转筒下方的非磁性物质收集箱4及磁性物质收集箱5构成。矿粉从矿粉漏斗3下落，然后随附着钢毛的转筒2沿中心恒磁源有磁区6的外侧运动，非磁性或弱磁性物质(图中白色颗粒)直接下落至非磁性物质收集箱4，而较强磁性物质(图中黑色颗粒)则被磁场吸附，继续随附着钢毛的转筒2运动，当运动至中心恒磁源的非磁性区7时磁性物质下落至较强磁性物质收集箱5。这样就将磁性与非磁性物质或强磁性与弱磁性物质分离。

如图所示，中心恒磁源1由一液氮温区杜瓦瓶8和贴合在杜瓦瓶８内表面的高温超导块材贴块组成的有磁区6构成。在本例中，液氮杜瓦瓶8设计为直径0.3m，长0.1m，厚2mm的圆柱形分离式杜瓦。理想的有磁区6最好由一紧贴杜瓦壁的圆柱弧面的高温超导块材制得，但现有技术较难达到，所以采用多块块材拼接的方式。待拼接的多块块材亦最好能特制加工，实现块材与杜瓦瓶壁和相互之间都能够无缝契合。但若不现实，使用常规形状块材间会有一定间隙，但仍能产生较强磁场，亦可使用，此实施例即是如此。此例中，在环氧树脂支架支撑下按极性不同连续交错排列多块充磁后表面磁场达3T以上的高温超导块材贴块来构造所述的有磁区6。块材可为方形，亦可为圆形，因块材有效部分为其内切圆内部，故产生磁场类似。这里选用普遍使用的直径20-30mm的正方形或圆形块材，计算可知紧贴杜瓦时其表面中心距离杜瓦内壁1mm左右，磁场减小不大。之所以将直径定为20-30mm是考虑更大的单籽晶块材难以加工且表面中心距离杜瓦内壁过远（多籽晶块材则相当于多个单籽晶块材，且表面中心距离杜瓦内壁也会因过大而过远），而太小则会导致分离区小或排布复杂。有磁区高温超导块材贴块覆盖杜瓦瓶弧形内表面不低于三分之一圆周弧度，此列块材应为从杜瓦壁一侧中上部延伸至底部。排布单列块材也可扩大为排列多列块材，扩大分选区。块材先充磁3T以上后再放入杜瓦。块材充磁后，其两表面可分别形成N极与S极，相邻块材极性若相同产生的磁场空间分布稳定，但相邻块材间会有巨大的斥力，故将组成有磁区的各高温超导块材贴块设计为按充磁后的磁场极性连续交错排列。如图有磁区6中黑白相间的块状物即代表按不同极性方向放置的高温超导块材贴块。因为块材不是永久放置，不能使用低温胶粘在杜瓦瓶8之上。高温超导块材贴块置于一紧贴杜瓦瓶弧形内表面的非金属支架上，因为金属可能产生涡流，从而影响块材磁场，支架这里选用环氧树脂制作。

杜瓦越薄磁场衰减越小，分离效果也就越好。液氮温区杜瓦瓶厚度一般为4-5mm，最好可加工出2mm厚的杜瓦瓶，应尽可能选用薄壁杜瓦。高温超导块材贴块充磁后，须将之浸泡在液氮中，放入杜瓦瓶8内部。为方便充磁后放入，将杜瓦瓶8制作成可组合的两半。将充过磁的块材放入其中一半，再与另一半连结圆柱面形状。转筒2应和杜瓦瓶8外壁保持一定间距避免产生摩擦，因为摩擦不仅可能导致磨损，更会生热加速杜瓦内液氮气化。转筒2亦应为非金属制作，避免产生电涡流影响磁场；同时与杜瓦瓶8的间距和本身的厚度都应尽可能小，减小磁场的衰减。

开梯度磁分离可以与高梯度相结合提高磁场梯度，为改善分离效果，转筒2上设置有钢毛层，即在转筒2外侧附着钢毛，钢毛周围的磁场发生畸变，提高了磁场梯度，对磁性物质的吸附效率自然提高。钢毛材料不宜磁性太强，避免旋转之后磁性物质不易脱落。但磁性弱又有可能产生的磁场梯度较小，要综合考虑。钢毛长度应设计在鼓筒式开梯度磁分离系统的作用力程（约20mm）左右，过短没有完全起作用，过长则没有意义。钢毛均应垂直于转筒2表面，有一定硬度，避免带分离粉状物过多附着，不易脱落。

再者．装置需要匀速旋转的电机，由电机带动转筒2在杜瓦瓶８外侧匀速旋转。电机应可调整转速，以便调控分离效果、速度。

本发明将多块高温超导块材用于制作鼓筒形干式超导开梯度磁分离机产生梯度磁场；采用在转筒外侧附着钢毛的的方式提高磁场梯度，改善开梯度磁分离系统的分离效果，由于高质量的高温超导块材充磁后，在液氮温区（77K）块材表面可以产生3T以上的磁场。磁场穿过杜瓦会有衰减，不同块材的磁场叠加也会使不同区域磁场有起伏。但仍可保留大部分磁场，整体上能产生超过2T的磁场。所以决定使用多块液氮温区工作的高温超导块材制作鼓筒形干式超导开梯度磁分离系统。方案是在非金属支架支撑下，紧贴卧式放置的圆柱形杜瓦瓶内壁，按充磁后的磁场极性纵向连续交错排布一列高温超导块材贴块，沿待分选矿粉运动路径产生较大范围的磁场。若需横向扩大分选区，可排布多列块材。同时结合高梯度磁分离方法，在装置的转筒外侧附着钢毛，提高磁场梯度，改善分离效果。这样的装置可广泛应用于选矿等方面。

Claims (5)

1.一种鼓筒形干式超导开梯度磁分离机，主要由中心恒磁源、可环绕中心恒磁源旋转的转筒、置于转筒上方的矿粉漏斗和置于转筒下方的非磁性物质收集箱及磁性物质收集箱构成，其特征在于，所述中心恒磁源由一液氮温区杜瓦瓶和贴合在杜瓦瓶内表面的高温超导块材贴块组成的有磁区构成。

2.根据权利要求1所述之鼓筒形干式超导开梯度磁分离机，所述高温超导块材贴块置于一紧贴杜瓦瓶弧形内表面的非金属支架上。

3.根据权利要求1所述之鼓筒形干式超导开梯度磁分离机，其特征在于，所述有磁区高温超导块材贴块覆盖杜瓦瓶弧形内表面不低于三分之一圆周弧度。

4.根据权利要求1所述之鼓筒形干式超导开梯度磁分离机，其特征在于，所述转筒上设置有钢毛层。

5.根据权利要求3所述之鼓筒形干式超导开梯度磁分离机，其特征在于，组成有磁区的各高温超导块材贴块按照相邻边缘异性排列的方式排列。

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