CN103537369B - 配套螺线管型超导磁体的往复式脉动高梯度磁选系统 - Google Patents

配套螺线管型超导磁体的往复式脉动高梯度磁选系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及配套螺线管型超导磁体的往复式脉动高梯度磁选系统，为在往复式超导高梯度磁分离系统上配置脉动系统，设置与脉动系统匹配的矿浆进出通道，使磁选环节矿浆及冲洗环节冲洗水实现脉动。在往复系统中配备两套独立的脉动系统，在磁选环节及冲洗环节可独立运作，脉动系统由脉动电机6，脉动箱5和脉动鼓膜4组成，脉动电机6及脉动箱5可放置于任何可连接脉动鼓膜4的位置，脉动箱5可通过脉动连接杆11连接单个或多个脉动鼓膜4，脉动鼓膜4可以位于高梯度分选腔2内，也可位于分选腔内筒7，也可位于任何与超导磁选区矿浆连接的管道内，脉动鼓膜4作用的矿浆或冲洗水可以由中心进料管10和往复罐内外筒间套管9进出高梯度分选腔2，也可以由隔断的往复罐内外筒间套管9进出高梯度分选腔2，也可以由往复罐内筒和往复罐内外筒间套管9进出磁选区。

Description

配套螺线管型超导磁体的往复式脉动高梯度磁选系统
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。
矿浆的机械脉动可显著降低往复式螺线管型高梯度超导磁选设备的矿物夹杂和团聚，一方面可显著提高现有往复式螺线管型高梯度超导磁选设备中高梯度介质的使用寿命，另一方面可在现有脉动高梯度电磁磁选设备的基础上进一步提高弱磁性矿物的回收率和精矿品味。超导磁体的外形和磁区域受现有磁体建造技术制约，可成熟工业化的超导磁体仍以螺线管型为主，其核心磁场区域位于螺线管环绕内腔。与此同时，往复式磁选结构自20世纪80年代提出专利保护至今（专利保护已过期），仍是基于螺线管型超导磁体的较为合理及应用广泛的配合分选结构。在上述往复式螺线管型高梯度超导磁选设备加入脉动机构在设备设计及工艺实现上均存在一定难度。
由于超导磁体的技术门槛和学科交叉明显，目前欧美日等发达经济体的研究机构和公司均未有涉及利用超导磁体实现脉动磁选的研究报道，同时亦未有相关专利申报。
发明内容
本专利提出配套往复式螺线管型超导磁选机的脉动系统，其基于现有往复式螺线管型超导磁选设备，在分选区内部、外部或与分选区联通的水路中设置单个或多个脉动鼓膜，脉动鼓膜与脉动箱及脉动电机相连，进而实现分选区中待选物料的脉冲运动。
具体说明如下：
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：配套往复式螺线管型超导磁选机的脉动系统，为通过脉动电机提供动力，经脉动箱实现线性往复运动，利用鼓膜、活塞等机械结构作用于矿浆的设备，其特征在于：脉动系统直接或间接作用于往复式超导磁选机高梯度分选腔2中的矿浆，进而在矿浆中产生脉动波。脉动系统由脉动电机6，脉动箱5和脉动鼓膜4组成，脉动电机6的动力可以为电动也可以为气动，通过脉动箱5实现线性往复运动，脉动箱5连接脉动鼓膜4，脉动鼓膜4可发生形变，进而在高梯度分选腔2中的矿浆内形成与脉动频率及振幅一致的脉冲波。脉动鼓膜4可以位于高梯度分选腔2内，也可位于分选腔内筒7，也可位于任何与超导磁选区矿浆连接的管道内。脉动电机6及脉动箱5可放置于任何可连接脉动鼓膜4的位置，脉动箱5可通过脉动连接杆11连接单个或多个脉动鼓膜4。往复式螺线管型超导磁选机可配备一套或多套脉动系统，脉动系统在高梯度分选腔2进入及退出超导磁体1时均可正常工作。脉动鼓膜4作用的矿浆可以由中心进料管10和往复罐内外筒间套管9进出高梯度分选腔2，也可以由隔断的往复罐内外筒间套管9进出高梯度分选腔2，也可以由分选腔端部和往复罐内外筒间套管9进出磁选区。
本发明专利的有益效果是：通过脉动系统实现磁选环节矿浆及冲洗环节冲洗水的脉冲运动，可显著降低磁选环节中矿物颗粒在高梯度介质中的夹杂，进而提高磁性物与非磁性物的分离效率。同时可显著提高冲洗环节的冲洗效率，降低矿物颗粒在高梯度介质中的夹杂，进而提高磁选设备的分选效率。
附图说明
下面结合附图，对本发明配套往复式螺线管型超导磁选机的脉动系统进行进一步说明。图1至图5是五种配套往复式螺线管型超导磁选机的脉动系统的实实施方式。图中：1为超导磁体，2为高梯度分选腔，3为往复分选罐，4为脉动鼓膜，5为脉动箱，6为脉动电机。
具体实施方式
1、下面结合附图1，对本发明配套往复式螺线管型超导磁选机的脉动系统，进行进一步说明。
本实施例的实施方式为：图1中超导磁体轴线与水平方向平行，脉动鼓膜4与脉动箱5通过传动杆连接，由脉动电机6提供动力。脉动鼓膜4与分选腔内筒7的端部直接相连，脉动电机及脉动箱安置于传动基座8上，鼓膜、脉动箱和脉动电机沿超导磁体轴线方向安置，可随往复分选罐3往复移动。在磁选环节，矿浆通过分选腔内筒7直接进入高梯度分选腔2，矿物无磁组分通过往复罐内外筒间套管9流出。在清洗环节，清水通过往复罐内外筒间套管9流入高梯度分选腔2，将矿物有磁组分冲出系统。在分选及清洗环节中，脉动鼓膜4在脉动电机6及脉动箱5的带动下，可做规律线性脉冲运动，进而在分选管内筒7中的矿浆或冲洗水中形成规律脉冲水流，其脉冲冲程及频率可随需求调整。
2、下面结合附图2，对本发明配套往复式螺线管型超导磁选机的脉动系统，进行进一步说明。
本实施例的实施方式为：
本实施例的实施方式为：图2中超导磁体轴线与水平方向平行，脉动鼓膜4与脉动箱5通过传动杆连接，由脉动电机6提供动力。脉动鼓膜4安置在分选腔内筒侧面，鼓膜、脉动箱和脉动电机沿垂直于超导磁体轴线方向安置。在磁选环节，矿浆通过分选腔内筒7直接进入高梯度分选腔2，矿物无磁组分通过往复罐内外筒间套管9流出。在清洗环节，清水通过复罐内外筒间套管9流入高梯度分选腔2，将矿物有磁组分冲出系统。在分选及清洗环节中，脉动鼓膜4在脉动电机6及脉动箱5的带动下，可做规律线性脉冲运动，进而在分选管内筒7中的矿浆或冲洗水中形成规律脉冲水流，其脉冲冲程及频率可随需求调整。
3、下面结合附图3，对本发明配套往复式螺线管型超导磁选机的脉动系统，进行进一步说明。
本实施例的实施方式为：
本实施例的实施方式为：图3中超导磁体轴线与水平方向平行，脉动鼓膜4与脉动箱5通过传动杆连接，由脉动电机6提供动力。脉动鼓膜4安置在与高梯度分选腔2联通的进浆管道上。在磁选环节，矿浆通过分选腔内筒7直接进入高梯度分选腔2，矿物无磁组分通过往复罐内外筒间套管9流出。在清洗环节，清水通过复罐内外筒间套管9流入高梯度分选腔2，将矿物有磁组分冲出系统。在分选及清洗环节中，脉动鼓膜4在脉动电机6及脉动箱5的带动下，可做规律线性脉冲运动，进而在分选管内筒7中的矿浆或冲洗水中形成规律脉冲水流，其脉冲冲程及频率可随需求调整。
4、下面结合附图4，对本发明配套往复式螺线管型超导磁选机的脉动系统，进行进一步说明。
本实施例的实施方式为：
本实施例的实施方式为：图3中超导磁体轴线与水平方向平行，脉动鼓膜4与脉动箱5通过中心进料管10连接，由脉动电机6提供动力。脉动鼓膜4安置在高梯度分选腔2内。在磁选环节，矿浆通过中心进料管10直接进入高梯度分选腔2，矿物无磁组分通过往复罐内外筒间套管9流出。在清洗环节，清水通过复罐内外筒间套管9流入高梯度分选腔2，将矿物有磁组分冲出系统。在分选及清洗环节中，脉动鼓膜4在脉动电机6及脉动箱5的带动下，可做规律线性脉冲运动，进而在分选管内筒7中的矿浆或冲洗水中形成规律脉冲水流，其脉冲冲程及频率可随需求调整。
5、下面结合附图5，对本发明配套往复式螺线管型超导磁选机的脉动系统，进行进一步说明。
本实施例的实施方式为：
本实施例的实施方式为：图5中超导磁体轴线与水平方向平行，脉动鼓膜4与脉动箱5通过脉动连接杆11连接，由脉动电机6提供动力。脉动鼓膜4安置在高梯度分选腔2内。在磁选环节，矿浆通过隔断的往复罐内外筒间套管9直接进入高梯度分选腔2，矿物无磁组分通过隔断的往复罐内外筒间套管9流出。在清洗环节，清水通过隔断的往复罐内外筒间套管9流入高梯度分选腔2，将矿物有磁组分冲出系统。在分选及清洗环节中，脉动鼓膜4在脉动电机6及脉动箱5的带动下，可做规律线性脉冲运动，进而在分选管内筒7中的矿浆或冲洗水中形成规律脉冲水流，其脉冲冲程及频率可随需求调整。

Claims (1)

1.配套螺线管型超导磁体的往复式脉动高梯度磁选系统，磁选环节和冲洗环节往复交替运行，矿浆经过磁场中的高梯度介质实现有磁和无磁物分离，高梯度介质退出磁场后利用冲洗水收集有磁物，其特征在于：在往复式脉动高梯度磁选系统上配置脉动系统，设置与脉动系统匹配的矿浆进出通道，使磁选环节矿浆及冲洗环节冲洗水实现脉动；
在往复式脉动高梯度磁选系统中配备两套独立的脉动系统，在磁选环节及冲洗环节可独立运作，脉动系统由脉动电机（6），脉动箱（5）和脉动鼓膜（4）组成，脉动电机（6）的动力可以为电动也可以为气动，通过脉动箱（5）实现线性往复运动，脉动箱（5）连接脉动鼓膜（4），脉动鼓膜（4）可发生形变，进而在高梯度分选腔（2）中的矿浆内形成与脉动频率及振幅一致的脉冲波；
脉动电机（6）及脉动箱（5）可放置于任何可连接脉动鼓膜（4）的位置，脉动箱(5)可通过脉动连接杆（11）连接单个或多个脉动鼓膜（4），脉动鼓膜（4）可以位于高梯度分选腔（2）内，也可位于分选腔内筒（7）的端部，也可位于与超导磁选区矿浆连接的管道内；
脉动鼓膜（4）作用的矿浆或冲洗水可以由中心进料管（10）和往复罐内外筒间套管(9)进出高梯度分选腔(2)，也可以由隔断的往复罐内外筒间套管（9）进出高梯度分选腔（2），也可以由往复罐内筒和往复罐内外筒间套管（9）进出磁选区。
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