CN1021726C - 多元商梯度永磁强磁磁选机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多元高梯度永磁强磁磁选机。这种磁选机的磁源是由普通锶铁氧体(y30)17和聚磁板18、钕铁硼永磁体16组成复合磁源1，外面用保护壳13包上，因此有很高的背景磁场强度，达到0.7～0.9T的水平，此复合磁源可以并串联成n₁Xn₂(n₁、n₂均为偶数)工作区，在并串联磁极之间不设任何导磁体而形成全闭合磁路，从而极大地减轻了选机的重量。台时能力为200t/时的2×10个选环的选机重量为80～85t/台。这种磁选机选用多元高梯度选别介质；工作区形状为”喇叭口”形，起到弱、中、强三种磁选机的作用。

Description

本发明涉及高强度永磁磁选机，特别是涉及多元高梯度永磁强磁磁选机。这种磁选机适用于处理赤铁矿、镜铁矿、锰矿、钨矿、锡矿等的选别以及从煤炭、陶瓷、硅石、高岭土等原料中除去含铁杂质，进行工业污水处理等。

强磁磁选机分为电磁式和永磁式两大类。目前广泛应用的多为电磁式强磁磁选机，例如由瑞士琼斯铁磁公司研制，由西德KHD    Humboldt    Wedag公司特许生产的洪堡强磁机，普通用于赤铁矿选矿厂;苏联研制成功的θPΦM磁选机用于氧化铁、锰矿、铬矿石的选矿;Sala磁力公司研制成功的连续工作的转环式高梯度磁选机在许多领域中得到应用。

电磁式磁选机是用电磁线圈来产生为成功地进行选矿操作所必须的磁场强度的，这需要消耗大量电能。在能源紧张的情况下，电磁式磁选机就不能满足需要。

于是人们转向永磁磁选机。例如中国专利CN86106686A公开了一种磁场强度为5000～9000 奥斯特的永磁筒式中磁磁选机，提出了将不同的永磁材料组合起来以提高有效磁场强度的思想。但这是一种开放式磁选机，磁场力也不够高。

美国专利US4769130公开了一种高梯度永磁磁选机，在一对极性相反的永磁体表面之间的间隙中设置一箱形选别室，选别室内装有选别介质。这种选机解决了强弱不同的磁性材料选别问题：但是这种选机的生产能力小，机体重量大，机重比仅大于0.5（机重比为选机的台时生产能力Q₁与选机自身重量Q₂之比即Q₁∶Q₂≥0.5），而且加工制造困难，消耗材料多。

现有的强磁磁选机所用的选别介质有球类、条棒类、齿板类、网类、板网类、钢毛类等。选别介质在磁场中被磁化后形成了各自不相同的数量级的梯度。以球类介质形成的梯度最低，钢毛类最高，但在同一选机中只能选用其中之一。因此不能适应于选别粒度差异大，磁性不完全相同的矿石。此外，除球类介质之外，上述介质在使用过程中均会产生堵塞现象，介质被强磁矿及杂质堵塞后，就使选别技术指标逐渐恶化，直至不能生产，必须停产以清洗介质然后才能继续工作：

本发明的目的是要提供一种多元高梯度永磁磁选机，既可以大幅度降低电力消耗，又能选别磁性不同、粒度差异较大的矿石;既不产生堵塞现象，机重比又高，生产能力也可根据实际需要选定。

本发明的目的是通过下述措施来实现的：一是将不同的永磁材料合理组合起来形成高强度封闭磁系;二是改变永磁磁系的结构，使得除磁铁外侧导磁板（磁轭铁）的重量减至最少;三是改变工作区的结构，使之适合于选别不同磁性的物料;四是选用一种新型选别介质，具有良好的流动性因而不被堵塞，磁化后能产生多元高梯度磁场，这种介质具有现有各种介质的全部优点，克服了各种缺点。

按照本发明的永磁强磁磁选机，在由给矿槽、精矿槽、卸矿水系统、机架、机械传动系统、永磁磁系、导磁板、选别室和选别介质所组成的普通永磁磁选机中，选用普通锶铁氧体（y30）和新型高性能钕铁硼永磁体做成组合磁源，极性相对的磁体表面之间形成选别工作区，为了更好地达到增强磁场强度的目的，可在基本磁源锶铁氧体（y30）上落上一块聚磁板，再落上尺寸较小的高磁场强度的钕铁硼永磁体形成复合磁源，这样可使背景磁场强度达到0.7～0.9T，实现强磁磁选的要求。

按照本发明的强磁磁选机，可以把n₁对（n₁＝2、4、6、8、…）复合磁源直接串联起来，磁系之间无需用磁轭铁，形成串联无导磁路，从而形成多个选别工作区（串联个数必须为偶数）。串联时两个相邻的复合磁源只用一块锶铁氧体（y30），即在一块锶铁氧体17的两边各落上一块聚磁板18，再落上一块钕铁硼永磁体16而形成串联复合磁源。再将偶数个无导串联磁路直接并联起来，并联磁路之间也无需用磁轭铁（导磁板），从而形成具有多个选别工作区的完全闭合的并串联磁路，使选机的生产能力成倍、成十倍地增加，与具有同样生产能力的机器重量成倍降低。

按照本发明，偶数个无导串联磁路仅通过两块导磁板（磁轭铁）的闭合作用即可组成串并联磁路，从整体结构上，许多个无导磁路均形成完整的闭合磁路，所以导磁体的重量占选机总重量的比例是很微小的，故可以称为“微导串并联磁路、”。

按照本发明，在磁能积差很大（近10倍）的锶铁氧体（γ30）和钕铁硼永磁体之间采用聚磁铁导板的疏导、集中磁通于工作磁场区，提高了磁体的工作点，改善了磁稳定性，使工作区的背景磁场提高到0.7～0.9T的水平。

按照本发明，选别介质采用一种用机加工方法生产的、不连续的、可流动的介质可用不锈导磁材料或低碳钢、纯铁导磁材料加工制造而成如螺旋状、片状、环状、半环状等各种类型，各种类型的介质可以单独使用，也可以混合使用。用低碳或纯铁制造这种介质时，机加工后应经防腐处理。这种介质能形成第一、第二、第三等梯度（故称多元高梯度），其第一梯度与齿板介质相当，第二梯度与板网介质相当，第三梯度与钢毛相近。这种介质具有流动性、松散性，因此不被强磁性物料和杂质所堵塞，既具有齿板类、球类、条棒类、板网类、网类、钢毛类等介质的优点，又克服了它们的缺点。

按照本发明，可将磁极间隙区（即选别工作区）的上部断面结构形状设计成“喇叭口”状，上半部磁极表面向外倾斜角5～30°，下半部磁极表面是平行的;使背景磁场形成自上而下由弱变强的渐变场强分布，使具有强磁性矿物材料在上部弱磁场区被吸附，中磁性矿物材料在中部被吸附，弱磁性矿物材料在下部强磁场区被吸附。使本发明的磁选 机兼具弱磁、中磁、强磁磁选机的功能，既可以处理单一磁性的矿物，又可以处理复杂磁性的矿物。

按照本发明的聚磁技术，最高背景磁场强度可达0.7～0.9T;与目前广泛使用的电磁式磁选机相比，可节电80%;由于可以不用中磁机预先选出强磁性物料及除去杂质的筛分作业，因此简化了工艺流程，可以使处理能力增大2～3倍（机重比可以增大2～3倍），可以提高金属回收率;可以长时间连续运行;选别介质性能好，使用方便，成本低;是一种很理想的磁选机。

下面结合附图对本发明作详细说明。

图1为多元高梯度永磁强磁磁选机的示意图。为便于说明，图中仅示出二个选环时的情形，其中第一个选环为剖示图。

图2～图7为各种磁系结构的示意图。

图8为并串联永磁磁路结构图，其中a为正视图，b为剖示图。

图9为新型介质在选别室中流动情况的示意图。

图11为普通选机工作区结构示意图。

图12为喇叭口形强磁机工作区结构示意图。

图13为工业型多元高梯度永磁强磁选机示意图，这里示出了两串选别环并联，每一串选别环的个数为偶数个。

图14为图13的侧视图。

图15为图13的俯视图。

如图1所示，由钕铁硼永磁体16、锶铁氧体永磁体（y30）17、聚磁板18、外壳13（此图中未示出）所组成的复合磁极1的表面之间有一间隙形成选别工作区，选别环9置于此间隙中。此选别环由若干个相邻的选别室所组成，此选别环受由调速电机5、传动机架6、减速机7、主传动轴27和轴承座8所组成的常规传动机构的驱动而旋转，选别室中装有适量的选别介质19，在选别室的内外端设有无磁性筛网21a和21b，待选别的原矿浆由给矿槽12卸到给矿漏斗15中，再卸到选别环的选别室中，在一对磁性相反的复合磁极1的表面之间的间隙形成0.7～0.9T的背景磁场，此复合磁极安装在导磁板24上。磁性系统和选别环系统均安装在机架4上。待选矿浆进入处于工作区内的选别室时，其中的磁性物料被吸附在选别介质19上，非磁性介质则通过无磁性筛网21a落入非磁性产品收集槽3。随着选环的转动，选别室带着选别介质19和被选别介质所吸收的磁性物料向上转动离开磁场并开始流动，当该选别室到达顶部位置时，从清洗水喷头10喷出的水将磁性物料从选别介质上清洗下来，通过无磁性筛网21b落到磁性产品收集槽14中而完成选矿过程。

图2～图8示出了永磁磁选机磁系的变化过程。

图2为一般永磁磁选机的磁系。将两块锶铁氧体（y30）永磁铁按照反向极性装在导磁板24上，再用导磁板23将导磁板24连在一起，这种磁系适用于中弱磁选机。

图3所示的磁系结构和图2所示的基本相同，但在相对的磁极表面上贴上了一块聚磁板18，其目的是要进行聚磁，但实际效果并不理想，达不到聚磁的目的。

图4所示的结构与图2相同但采用高磁场强度的钕铁硼永磁体16。由于这种永磁体价格昂贵，所以不适用于制造大型选矿设备。

图5所示的结构是将图2和图4组合在一起，即将小块的高强度钕铁硼永磁体16落在锶铁氧体17上从而使磁场强度得到大幅度提高，而且适用于制造大型工业生产设备。

图6所示的磁系是在图5所示的磁系的两种永磁体之间插入一块聚磁板18而使磁场强度得到进一步提高。所用的聚磁板18的面积和锶铁氧体永磁体（y30）的接触面积相等。钕铁硼永磁体的大小由所需的磁场强度决定。表1列出了这两种永磁材料主要磁性能及其比较。（见表1）

在图2～图6的工作区中心点的磁测结果如表2所示。（见表2）

从表2可以看到，图6所示的磁系结构取得了良好的效果，空隙中心点的磁感强度分别比图4和图5的磁系结构提高16.64%和11.95%。说明聚磁板起到了聚磁作用。在采用聚磁板复合磁系时应遵循以下原则：

1.组成复合磁源的廉价的y30磁材的工作磁感强度与极面积的乘积等于或略大于优质磁材钕铁硼永磁材料的工作磁感强度与极面积的乘积：

Bd₁·S₁≥Bd₂·S₂或者S₁≥Bd₂/Bd₁·S₂

式中Bd为磁体工作磁感强度，S为极面积，下标“1”为廉价磁材，“2”为优质磁材。就本发明的 两种磁材而言，Bd₂/Bd₁≈4。即S₁≥4S₂。

两种磁材的厚度：Lm₁和Lm₂和空气隙距离Lg应满足下列关系：

Lg∶Lm₂≤1∶2 Lm₁∶Lm₂≥4∶1

即磁极表面之间的空气隙距离（即工作区宽度）一般不能超过钕铁硼永磁体，保护厚度Lm₂的1/2;锶铁氧体永磁体17厚度不得小于钕铁硼永磁体16厚度Lm₂的4倍。

图7是将n₁（偶数）对磁极串联起来的磁极系形成n₁个工作区。在串联过程中，除了保留最外端的两块导磁板24以外，其余导磁板均被取消。因此可以少用（n₁-1）×2块导磁板24，使得整个磁路的重量大为减轻，机重比得到大幅度提高。

为了进一步减轻重量，提高机重比，可以按图8所示的方式将图7所示的串联磁路并联起来，形成并串联磁路，并联时，同时将侧面导磁铁23撤消不用了。可以将n₂（偶数）个串联磁路并联起来，形成（n₁×n₂）个磁极所组成的并联串联永磁磁路。在并联过程中，导铁23也不用了。这种结构的选机为生产设备大型化提供了条件。

与图6所示的磁路相比，在选别工作区的磁场间隙大小相同，有效空间的几何尺寸相同的条件下，图8所示的选机的一个选别工作区的重量仅为图6所示磁路重量的1/3左右。而磁测结果则是完全一样的。

图9示出了一个选别介质单体在背景磁场中被磁化的示意。这种选别介质可用各种机加工方法产生，可以用不锈导磁材料，如BD-1，（BS≥1.81T，Hc＝0.315KA/m）也可以用在机加工后经表面防腐处理的低碳钢、纯铁及一般可磁化材料，为了提高这种选别介质的性能，可以在700℃左右的温度下经2～3小时退火处理。介质尺寸一般在4～15mm范围内。如有特殊用途需要也可变化大小，形状可以是螺旋状、片状、环状和半环状等等，这些介质可以单独使用，也可以混合使用。

图9所示的介质断面为近似“三角形”的，也可以是“多边形”的，这些“边”都不是直线，而是有许多“裂缝”、“曲折”、毛刺等。这个介质在背景磁场中被磁化后，首先由“多边形”的外形形成第一数量级的磁场梯度（此梯度略高于球、齿板等介质所形成的梯度），曲折边在上述第一梯度场中又形成了高一数量级的第二梯度场，在曲折中的毛刺又在第二梯度场中形成更高梯度的第三梯度场，如此等等。从而形成多元高梯度磁场，这种磁场的梯度是多元的;将多个介质堆成堆后，以及在流动过成中，介质的方向也是多元的，因为介质堆放排列是不规则的。因此可以将这种介质称为多无高梯度介质，采用这种介质的磁选机可以称为多元高梯度永磁磁选机。

在相似的选别条件下，这种介质的选别技术指标要优于其它选别介质。表3示出了各种不同介质选别同一种矿石的技术指标。（见表3）

由于多元介质是由单体形式存在，在介质堆中的各个介质之间处于松散状态，因此在重力、水力、磁力作用下均可产生流动，即具有流动性。选别室的有效空间为介质的体积的2～3倍，因此，当选别环在转动时，选别介质堆总是处在流动过程中。如图10所示，当选别室ABCD转到Ⅰ位置时，介质堆处于背景磁场中，团聚在一起并被吸入高磁场区的下部空间压在筛网20a上，选别室的上部空间是空的。随着选环的转动，该选别室离开磁场区，介质堆随之松动并开始流动，从压向AB壁逐渐转向AD壁，当到达V位置时，介质分部流动到压在筛网20b上，介质堆正个翻转了180°。然后逐渐离开20b流向BC边，到Ⅷ位置后又流回AB边而进入工作区。由于周而复始的流动，再加上用水冲洗，就从根本上解决了介质的堵塞问题。

图11为常规强磁磁选机的磁极工作区图。两上极性相反的磁极表面是平行的，从而形成一个较均匀的工作区磁场强度。在这种选机中，如果入选矿石的氧化亚铁百分含量超过1%，则就可能发生强磁性矿物堵塞现象。因此必须用中、弱磁场磁选机将强磁性矿物先行选出，再送入强磁机进行选别。

图12所给出的是本发明的工作区结构。这里的工作区（即钕铁硼永磁体16的反相极性表面之间的间隙）呈“喇叭口”状，下部是平行的，上部向外倾斜一个α角，α在5～30°范围内。这样的工作区就形成了弱、中、强三个子工作区。如图12所示，在磁极上侧的工区是由漏磁通所形成的弱磁场，入选矿石中的磁性最强的物料在此子工作区中被吸附到选别介质上，当待选料进入“喇叭口”时， 即进入子工作区“Ⅱ”、时，磁性较强的物料被吸附，而弱磁性材料直到进入Ⅲ区（即强磁场工作区）中才被吸附。这样就避免了强磁材料堵塞选别介质的问题。

图13～图15给出了本发明的一个实施例。2×n₁（n₁为偶数，例如等于10）选别环9安装在同一传动主轴27上，此主轴27受安装在机架6上马达5通过变速系统7的驱动;选别环9的下部处于由锶铁氧体（y30）17和钕铁硼永磁体16、聚磁板18和外壳13所组成的复合磁极1之间，复合磁极1安装在非磁性板2上，两端磁极装在导铁24上。选别环9有30个选别室，选别室中装有混合型选别介质19（图中未示出）。入选矿浆由总给矿槽12通过阀门11给入给矿斗15中，再由15给入选别室中。磁性物质被选别室中的介质所吸附，非磁性尾矿通过筛网排入尾矿槽3中。选别室在垂直方向转动到顶部时，从喷水头10喷出的水洒到带有精矿的介质堆上，将精矿冲洗到精矿槽14中，完成选矿过程。

当选别环总数为20个的情况下，此磁选机的设计台时能力为200t/h，选机重量大约为80～85t/台。

两种永磁材料主要磁性能及其比较    表1

材料    锶铁氧体    钕铁硼永磁体    锶铁氧体参数

性能    （y30）    （NF-30）    钕铁硼参数

最大磁能积    26.3-29.5    270.6-286.5    1/10

（BH）max，KJ/m³³

剩余磁感强度    0.38-0.42    1.15-1.25    1/3

Br，T

剩磁矫顽力    160-216    676-795    -1/4

Hc，KA/m

不同磁路结构的空气隙中心点磁测结果    表2

结构图号    图2    图3    图4    图5    图6

中心点磁感强度Bg（mT）    159.0    132.5    751.0    782.5    876.0

不同介质选别同一种矿石的技术指标    表3

介质    球Φ8    不锈导    多元螺    多元混    多元    齿板

磁板网    旋形    合型    元状

（A₀-A[3]） 0.2×3×8 （A₀-A₃） （A₀-A₃） （A₀-A₃） （仿琼斯）

含    给矿    21.40    21.40    21.40    21.40    21.40    21.40

铁    精矿    32.70    28.50    33.20    30.00    22.12    35.65

量    尾矿    9.20    6.70    8.70    7.70    4.70    11.10

%

介质堆比重    4.18    1.06    1.11    1.09    2.06    ～4.0

铁精矿产率%    51.49    66.97    51.18    66.99    95.87    41.96

铁回收率，%    79.05    89.61    80.42    85.90    99.09    69.89

Claims (15)

1、一种由给矿槽、精矿槽、尾矿槽、卸矿水管系统、机架、机械传动系统、选别环、选别介质、永磁磁系、导磁板等组成的多元高梯度永磁强磁磁选机，其特征在于所说的永磁磁系是由尺寸较小的钕铁硼永磁体(16)、聚磁板(18)、基本磁源锶铁氧体(y30)落合成复合磁源，使极性相对的磁体表面之间形成的选别工作区，背景磁场强度达到0.7～0.9T，将ln对(n₁=2、4、6、8……等偶数)这样的复合磁源直接串联起来形成串联无导磁路后再将偶数个串联无导磁路并联起来，形成完全闭合的并联磁路，所说的选别介质为用机加工方法产生的、不连续的、可流动的选别介质，所说的工作区呈“喇叭口”状结构，此喇叭口上半部磁极表面向外倾斜，下半部磁极表面相互平行。

2、根据权利要求1所说的磁选机，其特征在于将所说的复合磁极串联起来的方法是除了最外端的锶铁氧体（y30）外侧装有导磁铁之外，中间各对复合磁源之间不设导磁铁。

3、根据权利要求2所说的磁选机，其特征在于所说的串连磁路中，相邻的两个复合磁源（1）只用一块锶铁氧体永磁体（17），即在一块锶铁氧体永磁体（17）的两边各落上一块聚磁板再落上一块钕铁硼永磁体而形成复合磁源。

4、根据权利要求1所说的磁选机，其特征在于所说的并联过程，除两端用导磁板（24）之外，侧面的导磁板也不用了。

5、根据权利要求1所说的磁选机，其特征在于所说的选别介质可用不锈导磁材料制成，例如用BD-1＃（Bs＞1.81T，Hc＝0.315KA/m）材料经机加工后进行退火处理而制成。

6、根据权利要求1所说的磁选机，其特征在于所说的选别介质是用低碳钢经机加工、退火后进行防腐处理而制成的。

7、根据权利要求1所说的磁选机，其特征在于所说的选别介质是用纯铁经机加工、退火后进行防腐处理而制成的。

8、根据权利要求5、6、7所说的磁选机，其特征在于所说的选别介质是螺旋形的。

9、根据权利要求5、6、7所说的磁选机，其特征在于所说的选别介质是片状的。

10、根据权利要求5、6、7所说的磁选机，其特征在于所说的选别介质是环状或半环状的。

11、根据权利要求5、6、7所说的磁选机，其特征在于所说的选别介质为螺旋状、片状、环状或半环状等选别介质的混合物，介质的断面为近似“三角形”的、或“多边形”的，这些边不是直线，而是有许多“裂缝”、“曲折”、毛刺等。

12、根据权利要求1所说的磁选机，其特征在于所说的选别介质堆的体积仅占选别环中各个选别室有效空间的1/2～1/3左右。

13、根据权利要求1所说的磁选机，其特征在于组成复合磁源的廉价磁材的工作磁感强度与极面积的乘积等于或略大于优质磁材的乘积。

14、根据权利要求1所说的磁选机，其特征在于磁极表面之间的空气隙距离（即工作区宽度）一般不能超过钕铁硼永磁体（16）的厚度的1/2，锶铁氧体永磁体（17）的厚度一般不得小于钕铁硼永磁体（16）厚度的4倍。

15、根据权利要求1所说的磁选机，其特征在于所说的喇叭口形工作区上半部向外倾斜的倾角α＝5～30°。

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