CN105339090A - 磁选机用介质以及磁选机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磁选机用介质以及磁选机，其能够高精度且高效地对磁性粒子和非磁性粒子进行选别，并可预先通过仿真来识别介质空间内的准确的磁力分布。本发明的磁选机用介质的特征在于，整体呈大致波板状的磁体壁，以一个所述磁体壁中的波状弯曲部的凸形和同所述一个所述磁体壁邻接的另一个所述磁体壁中的所述波状弯曲部的凹形等间隔对置的状态并列设置，并且，所述磁体壁具有所述波状弯曲部沿波的行进方向连续重复而形成的规则结构，所述波状弯曲部的波高h小于等于1mm、且由大致倒V字形和大致倒U字形中的任意一种形状形成；所述各磁体壁被收容在整体呈大致箱状的收容部内，所述收容部在对置的面上形成有导入部以及排出部，所述导入部以及排出部能够使包含可磁吸附在所述磁体壁上的磁吸附物的选别对象流体向所述收容部的内外流通。

Description

磁选机用介质以及磁选机
技术领域
本发明涉及基于磁分离法的磁选机用介质(Matrix)以及具有所述磁选机用介质的磁选机。
背景技术
用于将磁性粒子吸引到磁铁上的磁力可通过放置磁性粒子的位置的磁通密度(B)与磁化梯度(△B)的乘积来表示。20世纪60年代后期提出了一种磁分离法，在该磁分离法中，将铁磁体金属丝置于均匀磁场中，从而使金属丝附近产生较大磁化梯度，此后，在美国作为高梯度磁选机而发展了该磁分离法，目前，很多磁选机厂家正在销售利用了相同原理的磁选机。
例如，作为所述磁选机而广泛采用琼斯(Jones)型湿式高梯度磁选机。图1(a)、图1(b)是用于说明琼斯型湿式高梯度磁选机的概要的说明图。
如图1(a)所示，磁选机100以如下部件作为主要部件而构成：高梯度磁分离部50，由电磁铁50a、磁性过滤器50b以及磁选流路50c构成；选别对象流体导入流路101b，经由开关阀101a与磁选流路50c的一端侧相连，可向磁选流路50c导入选别对象流体；非磁吸附物排出流路103b，经由开关阀103a与磁选流路50c的另一端侧相连，可从磁选流路50c中排出处于所述磁吸附物已被磁吸附在磁性过滤器50b上的状态的所述选别对象流体；输送流体导入流路104b，经由开关阀104a与磁选流路50c的所述另一端侧相连，可向磁选流路50c导入输送流体(例如水)，所述输送流体能够输送处于已从磁性过滤器50b上脱离的状态的所述磁吸附物；以及磁吸附物排出流路105b，经由开关阀105a与磁选流路50c的所述一端侧相连，可从磁选流路50c中排出处于输送从磁性过滤器50b上脱离的所述磁吸附物的状态的所述输送流体。
在磁选机100中，通过下面的工序，从所述选别对象流体中分离并选别出所述磁吸附物和所述非磁吸附物。
首先，如图1(a)中的箭头所示，对于处在电磁铁50a被励磁的状态的磁选流路50c，仅打开磁选流路50c的所述一端侧的开关阀中的开关阀101a，将通过泵101d从所述选别对象流体的贮存部101c导入选别对象流体导入流路101b中的所述选别对象流体导入磁选流路50c，从而使所述磁吸附物磁吸附在磁性过滤器50b上，并且仅打开磁选流路50c的所述另一端侧的开关阀中的开关阀103a，将处于所述磁吸附物已被磁吸附的状态的所述选别对象流体排出到非磁吸附物排出流路103b中，并回收到非磁吸附物回收部103c内(非磁吸附物选别工序)。
接下来，如图1(b)中的箭头所示，对于处在电磁铁50a的励磁被解除的状态的磁选流路50c，仅打开磁选流路50c的所述另一端侧的开关阀中的开关阀104a，将所述输送流体从输送流体导入流路104b导入磁选流路50c，并且仅打开磁选流路50c的所述一端侧的开关阀中的开关阀105a，使所述输送流体输送处于已从磁性过滤器50b上脱离的状态的所述磁吸附物，从而将所述磁吸附物从磁选流路50c排出到磁吸附物排出流路105b中，并回收到磁吸附物回收部105c内(磁吸附物选别工序)。
在磁选机中使用的磁性过滤器被称为介质，已知由多孔金属网、钢丝棉或铁球等构成的介质(参照专利文献1)。尤其是由多孔金属网、钢丝棉构成的介质会在局部产生较大的磁化梯度(△B)，因此，被广泛用于通过强磁力可靠地对磁吸附物进行磁吸附的目的。
另外，本申请人先发明并申请了如下技术，即通过高梯度磁选机，利用磁力从荧光体混合物中按照颜色选别出红、蓝、绿色的荧光体(参照专利文献2)。
但是，由多孔金属网或钢丝棉等构成的介质存在如下技术问题，即由于构成多孔金属网或钢丝棉等的铁磁体金属丝是以错综复杂的状态配置的，因此，除了被磁吸附在铁磁体金属丝上的磁性粒子以外，大量的并非想要让铁磁体金属丝磁吸附的非磁性粒子也被牵连到铁磁体金属丝的结构中，导致选别精度下降。尤其是在局部产生较大的磁化梯度(△B)的位置，先被磁吸附的磁性粒子会妨碍后续的非磁性粒子通过，因此，造成流路阻塞，并会牵连进更多的非磁性粒子。
为了解决这样的技术问题，也可考虑将铁磁体金属丝配置得较稀疏，然而，这样的铁磁体金属丝虽然能够在局部产生较大的磁化梯度(△B)，但是在许多的空间区域磁化梯度(△B)会变小，因此，一旦将铁磁体金属丝配置得较稀疏，就会导致用于对磁性粒子进行磁吸附的有效区域受限，且磁性粒子会穿过磁化梯度(△B)较小的空间，从铁磁体金属丝中通过，从而产生选别精度下降的问题。
另外，为了解决这些技术问题，需要对介质空间内的合理的磁化梯度(△B)进行研究，但是，在由多孔金属网或钢丝棉等构成的介质中，铁磁体金属丝不规则地配置在介质内，因此，存在无法预先通过仿真等来识别介质空间内的准确的磁力分布的问题。
因此，在使用以往的介质的磁选机中，采用了使铁磁体金属丝处于错综复杂的状态的介质，并以如下方式进行操作，即在牵连进铁磁体金属丝中的非磁性粒子增多之前，频繁地使磁性粒子从铁磁体金属丝上脱离并将其回收，由此，还存在着如下技术问题，即通过一次脱离吸附、回收操作所获得的处理量较少，以致选别效率较低。
另外，由于无法预先通过仿真等来识别介质空间内的准确的磁力分布，因此，直到实际进行试制并经过选别测试为止，都无法得知介质性能的好坏，阻碍了高性能介质的开发。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11-47632号公报
专利文献2：日本特开2012-184282号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题在于，解决现有技术中的上述各种问题，并达成如下的目的。即，本发明的目的在于提供一种磁选机用介质以及磁选机，其能够高精度且高效地对磁性粒子和非磁性粒子进行选别，并可预先通过仿真来识别介质空间内的准确的磁力分布。
目前为止的技术构思是通过提供不规则的磁通密度分布以增大磁化梯度(△B)，从而使磁性粒子磁吸附在介质中，为了解决上述技术问题，本发明人进行了深入研究，以完全相反的构思，通过构成新的介质，得到了能够达成上述目的的研究成果。
即，得到了可获得如下磁选机用介质的研究成果，所述磁选机用介质通过配置具有可在介质空间中提供较均匀的磁力分布的规则结构的磁体壁，能够高精度且高效地对磁性粒子和非磁性粒子进行选别，并可预先通过仿真来识别介质空间内的准确的磁力分布。
用于解决技术问题的方案
本发明是基于所述研究成果而作出的，用于解决所述技术问题的方案如下。即，
<1>一种磁选机用介质，其特征在于，
整体呈大致波板状的磁体壁，以一个所述磁体壁中的波状弯曲部的凸形和同所述一个所述磁体壁邻接的另一个所述磁体壁中的所述波状弯曲部的凹形等间隔对置的状态并列设置，并且，所述磁体壁具有所述波状弯曲部沿波的行进方向连续重复而形成的规则结构，所述波状弯曲部的波高h小于等于1mm、且由大致倒V字形和大致倒U字形中的任意一种形状形成；所述各磁体壁被收容在整体呈大致箱状的收容部内，所述收容部在对置的面上形成有导入部以及排出部，所述导入部以及排出部能够使包含可磁吸附在所述磁体壁上的磁吸附物的选别对象流体向所述收容部的内外流通。
<2>根据上述<1>中所述的磁选机用介质，
波状弯曲部的波高h以及邻接的所述波状弯曲部的顶部间距离p被设定为，在施加磁场时，使由以下数学式1表示的在收容部内的空间中产生的磁力的不均匀度N小于1.5，
[数学式1]
N＝(B△B25-B△B75)/B△B50
其中，在所述数学式1中，B△B25表示累计面积比率为25％时的所述磁力，所述累计面积比率是指，在并列设置的各磁体壁的所述波的宽度方向上的中间位置沿所述波的行进方向剖切时，在所述收容部内的空间截面中产生规定值以上的所述磁力的部分的累计面积比率；B△B75表示所述累计面积比率为75％时的所述磁力；B△B50表示所述累计面积比率为50％时的所述磁力。
<3>根据上述<1>至<2>中的任一项所述的磁选机用介质，
在收容部中，以形成有导入部以及排出部的各个面作为顶面以及底面时，与磁通方向正交配置的侧面的壁材料由磁体形成，其它侧面的壁材料由非磁体形成。
<4>根据上述<1>至<3>中的任一项所述的磁选机用介质，
磁体壁表面被相对磁导率小于等于1.1的非磁体包覆。
<5>根据上述<1>至<4>中的任一项所述的磁选机用介质，
相对于向收容部导入选别对象流体的方向，以倾斜的状态配置磁体壁。
<6>根据上述<1>至<5>中的任一项所述的磁选机用介质，
从向收容部导入选别对象流体的导入部朝着从所述收容部排出所述选别对象流体的排出部，磁体壁的厚度增厚。
<7>一种磁选机，其特征在于，
具有所述<1>至<6>中的任一项所述的磁选机用介质。
<8>根据上述<7>所述的磁选机，
配置有显示部，所述显示部可根据电磁铁的输出信息，实时显示预先通过磁场仿真计算出的收容部内的空间中的磁力分布。
发明效果
根据本发明，能够解决现有技术中的上述各种问题，能够提供一种磁选机用介质以及磁选机，其能够高精度且高效地对磁性粒子和非磁性粒子进行选别，并可预先通过仿真来识别介质空间内的准确的磁力分布。
附图说明
图1(a)是用于说明琼斯型湿式高梯度磁选机的磁选机的说明图(1)。
图1(b)是用于说明琼斯型湿式高梯度磁选机的磁选机的说明图(2)。
图2(a)是用于说明呈大致倒V字状的磁体壁的结构的说明图。
图2(b)是用于说明呈大致倒U字状的磁体壁的结构的说明图。
图2(c)是示出磁选机用介质的一个结构例的说明图。
图2(d)是用于说明磁选机用介质的壁面的说明图。
图3是示出实施仿真的波型介质的结构、以及基于有限元法获得的所述波型介质的磁力(B△B)分布仿真结果的图。
图4(a)是示出在波高h为500μm的情况下，在并列设置的所述各磁体壁的所述波的宽度方向上的中间位置沿所述波的行进方向剖切时，收容部内的介质空间的截面中的磁力与所述截面中产生规定值以上的磁力的部分的累计面积比率之间的关系的图。
图4(b)是示出在波高h为700μm的情况下，在并列设置的所述各磁体壁的所述波的宽度方向上的中间位置沿所述波的行进方向剖切时，收容部内的介质空间的截面中的磁力与所述截面中产生规定值以上的磁力的部分的累计面积比率之间的关系的图。
图4(c)是示出在波高h为900μm的情况下，在并列设置的所述各磁体壁的所述波的宽度方向上的中间位置沿所述波的行进方向剖切时，收容部内的介质空间的截面中的磁力与所述截面中产生规定值以上的磁力的部分的累计面积比率之间的关系的图。
图4(d)是示出在波高h为1100μm的情况下，在并列设置的所述各磁体壁的所述波的宽度方向上的中间位置沿所述波的行进方向剖切时，收容部内的介质空间的截面中的磁力与所述截面中产生规定值以上的磁力的部分的累计面积比率之间的关系的图。
图5是示出不均匀度N与顶部间距离p(pitch)和波高h(hight)之比(pitch/hight)之间的关系的图(1)。
图6是示出B△B50(典型磁力B△B50[T2/m])与不均匀度N(Nonuniformity)之间的关系的图(1)。
图7是示出不均匀度N与顶部间距离p(pitch)和波高h(hight)之比(pitch/hight)之间的关系的图(2)。
图8是示出不均匀度N与顶部间距离p(pitch)和波高h(hight)之比(pitch/hight)之间的关系的图(3)。
图9是示出B△B50(典型磁力B△B50[T2/m])与不均匀度N(Nonuniformity)之间的关系的图(2)。
图10是示出实施对比仿真的敷层波型介质和波型介质的结构、以及在由空心线圈构成的电磁铁所产生的磁通密度(空心磁通密度)为1T时基于有限元法获得的所述各介质的磁力(B△B)分布仿真结果的图。
图11是示出实施仿真的窄间隔化介质的结构、以及在由空心线圈构成的电磁铁所产生的磁通密度(空心磁通密度)为1T时基于有限元法获得的所述窄间隔化介质的磁力(B△B)分布仿真结果的图。
图12(a)是示出空心磁通密度为1T时基于有限元法获得的通过不同材料的外壁构成时的磁通(B·S)分布仿真结果的图。
图12(b)是示出空心磁通密度为1T时基于有限元法获得的通过相同材料的外壁构成时的磁通(B·S)分布仿真结果的图。
具体实施方式
(磁选机用介质)
本发明的磁选机用介质具有磁体壁以及收容部。
<磁体壁>
所述磁体壁构成为整体呈大致波板状的部件，并且具有波状弯曲部沿波的行进方向连续重复而形成的规则结构，其中，所述波状弯曲部的波高h小于等于1mm、且由大致倒V字状和大致倒U字状中的任意一种形状形成。
通过由具有这样的规则结构的磁体壁构成所述磁选机用介质，能够在介质空间中提供比较均匀的磁力分布。
另外，通过对所述磁体壁赋予所述规则结构，能够消除由于不规则结构而引起的介质空间的阻塞，能够取得更大的可从包含磁吸附物的选别对象流体(选别对象矿浆)中磁吸附出磁吸附物的有效区域，并且能够通过仿真来识别介质空间内的磁力分布，并能够根据所述磁力分布来设定所述规则结构的最优结构。
此外，所述磁吸附物是指被设定为可通过所述磁选机用介质磁吸附的磁吸附物，根据所述设定，既可以仅以高磁化率的磁性材料作为对象，也可以以包括低磁化率的磁性材料在内的磁性材料作为对象。即，基于磁选机的电磁铁所产生的磁通密度的大小以及所述磁选机用介质所形成的磁梯度的大小，能够可变地设定能否通过所述磁选机用介质进行磁吸附的条件，在此，将被设定为可磁吸附在所述磁选机用介质上的磁性材料称为所述磁吸附物，并将其它的材料称为所述非磁吸附物。
如前所述，作为所述波状弯曲部，能够由大致倒V字状和大致倒U字状的形状中的任意一种形状形成。图2(a)中示出了由大致倒V字状的形状形成所述波状弯曲部时的所述磁体壁的结构。图2(b)中示出了由大致倒U字状的形状形成所述波状弯曲部时的所述磁体壁的结构。
如图2(a)所示，磁体壁1具有弯曲形成为大致倒V字状的波状弯曲部1a、1b沿波的行进方向连续重复而形成的规则结构。
另外，在图2(a)中，当从磁体壁1的一个表面侧(图中为下侧)将波状弯曲部1a(1b)视为“槽”进行观察时，附图标记h表示最大的槽深，并将其称为“波高h”。在本说明书的其它地方，称为“波高h”时也表示相同的含义。
另外，在图2(a)中，附图标记p表示邻接的波状弯曲部1a、1b的各顶部之间的距离，并将其称为“顶部间距离p”。在本说明书的其它地方，称为“顶部间距离p”时也表示相同的含义。
另外，如图2(b)所示，磁体壁1′具有弯曲形成为大致倒U字状的波状弯曲部1a′、1b′沿波的行进方向连续重复而形成的规则结构，附图标记h以及p分别表示与上述的“波高h”以及“顶部间距离p”相同的含义。
所述磁选机用介质可基于这些大致倒V字状的磁体壁1和大致倒U字状的磁体壁1′中的任意一种形状构成。
作为所述波状弯曲部中的波高h以及顶部间距离p，没有特别的限制，但是从提高磁力分布的均匀性的观点来看，优选设定为，在施加磁场时，使由以下数学式2表示的在所述收容部内的空间(介质空间)中产生的磁力的不均匀度N(Nonuniformity)小于1.5。另外，从相同的观点来看，更加优选以使磁力的不均匀度N小于0.7的方式设定波高h以及顶部间距离p，尤其优选以使磁力的不均匀度N小于0.5的方式设定波高h以及顶部间距离p。即，不均匀度N的值越大表示磁力分布的偏差越大，值越小则表示磁力分布的偏差越小，为了在介质空间内获得均匀的磁力分布，优选为使不均匀度N的值较小。
[数学式2]
N＝(B△B25-B△B75)/B△B50
其中，在所述数学式2中，B△B25表示累计面积比率为25％时的所述磁力，其中，所述累计面积比率是指，在并列设置的所述各磁体壁的所述波的宽度方向上的中间位置沿所述波的行进方向剖切时，在收容部内的空间截面(介质空间的截面)中产生规定值以上的所述磁力的部分的累计面积比率；B△B75表示所述累计面积比率为75％时的所述磁力；B△B50表示所述累计面积比率为50％时的所述磁力。
另外，作为所述波状弯曲部中的波高h以及顶部间距离p，没有特别的限制，但是从以高磁力进行高效选别的观点来看，优选为，在施加所述磁场时，在所述收容部内的空间(介质空间)中产生的平均磁力即B△B50的值大于等于20T2/m，并优选为大于等于50T2/m。即，当B△B50的值小于20T2/m时，对于所述磁选机用介质来说，相对于向施加磁场的电磁铁提供的电力，所获得的磁力较低，效率低下，因此优选为使B△B50的值较大。
作为所述磁体壁，没有特别的限制，但是优选为所述磁体壁表面被相对磁导率小于等于1.1的非磁体包覆。即，当通过所述非磁体包覆所述磁体壁时，与未包覆的状态相比，能够使所述磁体壁表面的磁力分布更加均匀，进而能够更高精度且更高效地进行磁选。
此外，作为这种非磁体，没有特别的限制，可根据目的适当选择，例如，可应用聚四氟乙烯(以“特氟龙(Teflon)”商标而众所周知的树脂材料)、环氧树脂等各种树脂材料，或者铜、铝等非磁性金属。
另外，作为所述磁体壁，没有特别的限制，但能够以如下方式形成，即、从用于向所述收容部导入所述选别对象流体的导入部朝着用于从所述收容部排出所述选别对象流体的排出部，所述磁体壁的厚度增厚。在这种情况下，在所述导入部一侧提高介质空间的空隙率，从而创造出在概率意义上使一部分磁性粒子无法接近所述磁体壁的条件，并在所述排出部一侧使所述磁性材料依次接近并磁吸附在所述磁体壁上，由此能够有效地利用磁吸附区域。
另外，作为所述磁体壁的形成材料，只要是磁体即可，没有特别的限制，例如可列举出SS400、SUS410、SUS430等钢材。
另外，作为所述磁体壁的形成方法，也没有特别的限制，可列举出通过公知的折弯加工、弯曲加工而形成磁体壁的方法。另外，作为进行所述非磁体的包覆加工的方法，也可根据材料而应用公知的包覆加工方法。
所述磁选机用介质具有多个所述磁体壁，以一个所述磁体壁中的所述波状弯曲部的凸形和同所述一个所述磁体壁邻接的另一个所述磁体壁中的所述波状弯曲部的凹形等间隔对置的状态并列设置这些磁体壁。通过这样配置所述磁体壁，能够形成用于运送选别对象流体的介质空间，并且能够使介质空间内的磁力分布比较均匀。
作为在所述收容部中配设所述磁体壁的配设位置，只要如上所述那样地并列设置即可，没有特别的限制，既可以相对于向所述收容部导入所述选别对象流体的方向，沿所述磁体壁中的波的行进方向将所述各磁体并列设置到所述收容部中，也可以相对于向所述收容部导入所述选别对象流体的方向，沿所述磁体壁的波的宽度方向将所述各磁体并列设置到所述收容部中。在图2(c)中示出后者的示例。此外，图2(c)是示出磁选机用介质的一个结构例的说明图。
另外，不论是这些配设位置中的任何一种，都能够相对于向所述收容部导入所述选别对象流体的方向，以使所述磁体壁倾斜的状态配置所述磁体壁。在这种情况下，所述选别对象流体中的所述磁吸附物容易与所述磁体壁发生碰撞，能够进行高精度的选别。
<收容部>
如前所述，所述各磁体壁被收容在所述收容部内。所述收容部构成为整体呈大致箱状的部件，所述收容部在对置的面上形成有导入部以及排出部，所述导入部以及排出部能够使包含可磁吸附在所述磁体壁上的磁吸附物的选别对象流体向所述收容部的内外流通。由此，能够在所述磁选机用介质内运送所述选别对象流体，并通过所述磁体壁对磁吸附物和非磁吸附物进行选别。
作为构成所述收容部的各壁材料，可以通过相同材料形成，但优选为，以形成所述导入部以及所述排出部的各个面作为顶面以及底面时，与磁通方向正交配置的侧面的壁材料由磁体形成，其它侧面的壁材料由非磁体形成。在这种情况下，向所述磁选机用介质外发生的磁通泄漏较少，能够将磁通集中到所述磁选机用介质内部，因此，能够增强介质空间内的磁力。在此，作为由磁体形成壁材料时的形成材料，没有特别的限制，例如可列举出SS400、SUS410、SUS430等磁体材料，另外，作为由非磁体形成壁材料时的形成材料，也没有特别的限制，例如可列举出SUS304等非磁体材料。
此外，作为所述收容部的形成方法，没有特别的限制，可列举出公知的成型方法。另外，能够通过在对置面的各壁材料上设置适当的开口等来形成所述导入部和所述排出部。
另外，所述收容部例如能够构成为立方体的箱状部件，但也可以将具有所述导入部以及所述排出部的面的整体作为开口，在这种情况下，作为所述收容部，能够构成以两个开口面分别作为所述导入部以及所述排出部中的一个的筒状部件。
作为对所述磁选机用介质施加磁场时的磁场的方向，设定为如下方向，即、将构成所述收容部的壁面之中形成所述导入部、所述排出部的壁面分别视为顶面、底面时，相对于与所述磁体壁的壁面对置的任意侧面，将磁场的方向设定为与该面的面内方向正交的方向(参照图2(d))。由此，能够使所述磁体壁容易产生磁化梯度(△B)。此外，图2(d)是用于说明磁选机用介质的壁面的说明图。
(磁选机)
本发明的磁选机具有本发明的所述磁选机用介质。
作为所述磁选机，没有特别的限制，能够配置显示部，该显示部可根据电磁铁的输出信息，实时显示预先通过磁场仿真计算出的收容部内的空间中的磁力分布。
作为所述显示部，例如可由如下部件构成：存储部，用于与电磁铁的输出信息相对应地存储预先通过磁场仿真计算出的所述收容部内空间的磁力分布；计算部，与所输入的电磁铁的输出信息相对应地从所述存储部中读取所述磁力分布；以及显示器，用于显示由所述计算部读取的所述磁力分布。
此外，作为所述磁选机的其它的结构，没有特别的限制，可根据目的适当使用公知的磁选机(例如琼斯型湿式高梯度磁选机，参照图1(a)、图1(b))的技术特征。
实施例
(磁力分布仿真)
使用解析软件(DavidMeeker开发的免费软件FEMM4.2)，对应用本发明所涉及的磁选机用介质作为磁选机中所使用的磁选机用介质时的、介质内的磁力分布进行了仿真。
图3中示出了实施所述仿真的磁选机用介质(波型介质)的结构、以及在由空心线圈构成的电磁铁所产生的磁通密度(以下称为空心磁通密度)为1T时基于有限元法获得的所述波型介质的磁力(B△B)分布仿真(介质空间的磁力分布)的结果。
如图3所示，在剖视图中，波型介质10构成为，具有弯曲形成为倒V字状的波状弯曲部沿波的行进方向以等间隔的方式规则重复而形成的、整体呈大致波板状的多个磁体壁11，并且，以一个磁体壁11中的所述波状弯曲部的凸形与邻接的另一个磁体壁11中的所述波状弯曲部的凹形对置的状态，等间隔地并列设置各磁体壁11。
在所述仿真中，假设了如下情况：各磁体壁11的构成材料为SS400钢材，所述波状弯曲部的波高h(参照图2(a))为900μm，邻接的两个所述波状弯曲部的顶部间距离p(参照图2(a))为5mm。
另外，在所述仿真中，假设了如下情况：相对于波型介质10，使选别对象矿浆从图3中靠近读者的方向(读图者的方向，以下相同)向远离读者的方向(纸面的纵深方向，以下相同)流动，或者从远离读者的方向向靠近读者的方向流动，在图3中，在由箭头表示的磁场方向(与磁体壁11中的波的行进方向正交的方向)上施加由所述电磁铁产生的磁场。
另外，所述仿真结果表示，在并列设置的各磁体壁11的所述波的宽度方向上的中间位置沿所述波的行进方向剖切时的、收容部内的介质空间的磁力分布。
如该图3所示，根据所述仿真可知，在被各磁体壁11隔开的介质空间中，除了局部性磁力(B△B[T2/m])增高的区域和降低的区域以外，具有均匀性较高的磁力的区域占大部分，在各磁体壁11的全部表面之中，其表面处的磁力位于均匀性较高的磁力的范围内的部分的面积增大。
例如，在波高为900μm、顶部间距离p为5mm的波型介质中，空心磁通密度为0.7T的截面磁力分布如下表1所示，能够使磁体壁11的所述波面的大约80％集中在磁力为50T2/m至200T2/m的范围内。
此外，在由多孔金属网或钢丝棉构成的公知的磁选机用介质中，会出现随机的磁力分布，无法进行模拟显示，因此未进行仿真。
[表1]
(对波高h以及顶部间距离p进行的研究)
接着，为了进行与波型介质中的磁体壁11(参照图3)有关的优选波高h以及顶部间距离p(参照图2(a))的研究，对这些波高h以及顶部间距离p的各值进行了适当变更，并进行了磁力分布仿真。在所述仿真中使用了所述解析软件(DavidMeeker开发的免费软件FEMM4.2)。
在所述仿真中，假设了如下情况：磁体壁11由厚度为1.3mm的SS400钢材构成，并将邻接的磁体壁11之间的距离设为3mm，且并列设置5个磁体壁11。
另外，在所述仿真中，假设了如下情况：相对于波型介质10，使选别对象矿浆从图3中靠近读者的方向(读图者的方向，以下相同)向远离读者的方向(纸面的纵深方向，以下相同)流动，或者从远离读者的方向向靠近读者的方向流动，在图3中，在由箭头表示的磁场方向(与磁体壁11中的波的行进方向正交的方向)上施加由所述电磁铁产生的磁场，另外，假设空心磁通密度为0.5T。
在所述仿真中，首先计算介质空间中的磁力的分布，并计算出累计面积比率，其中，所述累计面积比率是指，在并列设置的所述各磁体壁的所述波的宽度方向上的中间位置沿所述波的行进方向剖切时，在收容部内的介质空间的截面中产生规定值以上的磁力的部分的累计面积比率。
图4(a)至图4(d)中示出了如下关系，即、磁体壁表面的磁力(B△B[T2/m])、与在并列设置的所述各磁体壁的所述波的宽度方向上的中间位置沿所述波的行进方向剖切时收容部内的介质空间的截面中产生的规定值以上的磁力的部分的累计面积比率(magneticforceareacumulativerate[％])之间的关系。
在此，图4(a)是示出在波高h为500μm的情况下，在并列设置的所述各磁体壁的所述波的宽度方向上的中间位置沿所述波的行进方向剖切时，收容部内的介质空间的截面中的磁力与所述截面部分中产生规定值以上的磁力的部分的累计面积比率之间的关系的图；图4(b)是示出在波高h为700μm的情况下，在并列设置的所述各磁体壁的所述波的宽度方向上的中间位置沿所述波的行进方向剖切时，收容部内的介质空间的截面中的磁力与所述截面部分中产生规定值以上的磁力的部分的累计面积比率之间的关系的图；图4(c)是示出在波高h为900μm的情况下，在并列设置的所述各磁体壁的所述波的宽度方向上的中间位置沿所述波的行进方向剖切时，收容部内的介质空间的截面中的磁力与所述截面部分中产生规定值以上的磁力的部分的累计面积比率之间的关系的图；图4(d)是示出在波高h为1100μm的情况下，在并列设置的所述各磁体壁的所述波的宽度方向上的中间位置沿所述波的行进方向剖切时，收容部内的介质空间的截面中的磁力与所述截面部分中产生规定值以上的磁力的部分的累计面积比率之间的关系的图。
另外，在这些图4(a)至图4(d)的各图中，示出了将顶部间距离p(间距)设定为1.0mm至25.5mm的19个值时的各种情形的特性。
接下来，通过以下数学式3，对于这样获得的图4(a)至图4(d)中示出的各种情形的特性，求出介质空间中的磁力分布的不均匀度N(Nonuniformity)。
[数学式3]
N＝(B△B25-B△B75)/B△B50
其中，在所述数学式3中，B△B25表示累计面积比率为25％时的所述磁力，其中，所述累计面积比率是指，在并列设置的所述各磁体壁的所述波的宽度方向上的中间位置沿所述波的行进方向剖切时，在收容部内的空间截面中产生规定值以上的磁力的部分的累计面积比率；B△B75表示所述累计面积比率为75％时的所述磁力；B△B50表示所述累计面积比率为50％时的所述磁力。
例如，在图4(a)中，在间距为5mm的系列中，在所述介质空间的截面之中产生规定值以上的磁力的部分的累计面积比率为25％时的磁力为59.25T2/m，将该值作为B△B25。
不均匀度N的值越大表示磁力分布的偏差越大，值越小则表示磁力分布的偏差越小。因此，首先排除不均匀度N大于1.5的特性。该情况如图5所示。此外，图5是示出不均匀度N与顶部间距离p(pitch)和波高h(hight)之比(pitch/hight)之间的关系的图(1)。
根据该图5，从提高磁力分布的均匀性的观点出发，排除了不均匀度N大于等于1.5的特性，此时的顶部间距离p(pitch，[m])与波高h(hight，[m])之比、即顶部间距离p/波高h(pitch/hight)位于1.36≦顶部间距离p/波高h≦51.0的范围内(条件1)。
另外，在空心磁通密度为0.5T时，在介质空间中的平均磁力即B△B50[T2/m]的值小于20T2/m的情况下，相对于对所述电磁铁提供的电力，所获得的磁力较低，效率低下。因此，接下来，将B△B50[T2/m]小于20T2/m的特性排除。该情况如图6所示。此外，图6是示出B△B50(典型磁力B△B50[T2/m])与不均匀度N(Nonuniformity)之间的关系的图(1)。此外，图中的各个数据标签表示顶部间距离/波高(pitch/hight)的数值。
通过该图6可知，除了不均匀度N大于1.5的特性之外，还排除了B△B50[T2/m]的值小于20T2/m的特性，此时的顶部间距离p(pitch，[m])与波高h(hight，[m])之比、即顶部间距离p/波高h(pitch/hight)位于1.36≦顶部间距离p/波高h≦20.0的范围内(条件2)。
进一步，从提高磁力分布的均匀性的观点出发，排除不均匀度N大于0.7的特性。该情况如图7所示。此外，图7是示出不均匀度N与顶部间距离p(pitch)和波高h(hight)之比(pitch/hight)之间的关系的图(2)。此外，图中的各个数据标签表示顶部间距离/波高(pitch/hight)的数值。
通过该图7可知，除了B△B50[T2/m]的值小于20T2/m的特性之外，还排除了不均匀度N大于0.7的特性，此时的顶部间距离p(pitch，[m])与波高h(hight，[m])的比、即顶部间距离p/波高h(pitch/hight)位于2.72≦顶部间距离p/波高h≦20.0的范围内(条件3)。
进一步，从提高磁力分布的均匀性的观点出发，排除不均匀度N大于0.5的特性。该情况如图8所示。此外，图8是示出不均匀度N与顶部间距离p(pitch)和波高h(hight)之比(pitch/hight)之间的关系的图(3)。此外，图中的各个数据标签表示顶部间距离/波高(pitch/hight)的数值。
通过该图8可知，除了B△B50[T2/m]的值小于20T2/m的特性之外，还排除了不均匀度N大于0.5的特性，此时的顶部间距离p(pitch，[m])与波高h(hight，[m])之比、即顶部间距离p/波高h(pitch/hight)位于3.18≦顶部间距离p/波高h≦12.60的范围内(条件4)。
进一步，从以更高的磁力进行高效选别的观点出发，排除空心磁通密度为0.5T时B△B50[T2/m]小于50T2/m的情况。该情况如图9所示。此外，图9是示出B△B50(典型磁力B△B50[T2/m])与不均匀度N(Nonuniformity)之间的关系的图(2)。此外，图中的各个数据标签表示顶部间距离/波高
(pitch/hight)的数值。
通过该图9可知，除了不均匀度N大于0.5的特性之外，还排除了B△B50[T2/m]的值小于50T2/m的特性，此时的顶部间距离p(pitch，[m])与波高h(hight，[m])之比、即顶部间距离p/波高h(pitch/hight)位于3.18≦顶部间距离p/波高h≦7.0的范围内(条件5)。
根据以上的仿真结果可知，在波型介质的磁体壁中，顶部间距离p与波高h之比、即顶部间距离p/波高h优选为在1.36≦顶部间距离p/波高h≦51.0的范围内(条件1)，更优选为在1.36≦顶部间距离p/波高h≦20.0的范围内(条件2)，进一步优选为在2.72≦顶部间距离p/波高h≦20.0的范围内(条件3)，更进一步优选为在3.18≦顶部间距离p/波高h≦12.60的范围内(条件4)，尤其优选为在3.18≦顶部间距离p/波高h≦7.0的范围内(条件5)。
(通过非磁体包覆磁体壁)
接着，使用所述解析软件，对波型介质(参照图3)与敷层波型介质中的磁力分布进行了对比仿真，其中，所述敷层波型介质是通过非磁体包覆该波型介质的磁体壁的表面而形成的。
图10中示出了实施所述对比仿真的所述敷层波型介质和所述波型介质的结构、以及在由空心线圈构成的电磁铁所产生的磁通密度(空心磁通密度)为1T时基于有限元法获得的所述各介质(介质20)的磁力(B△B)分布仿真的结果。此外，在所述对比仿真中，假设了如下情况：相对于介质20，使所述选别对象矿浆从图10中靠近读者的方向向远离读者的方向流动，或者从远离读者的方向向靠近读者的方向流动，在图10中，在由箭头表示的磁场方向上施加由所述电磁铁产生的磁场。另外，在图10中，附图标记21表示波型介质的磁体壁，附图标记22表示通过非磁体包覆该磁体壁的表面后的磁体壁。另外，所述仿真以在并列设置的各磁体壁21、22的所述波的宽度方向上的中间位置沿所述波的行进方向剖切时的、收容部内的介质空间的磁力分布作为对象。
当通过非磁体包覆所述波型介质表面时，能够防止粒子进入存在于波状弯曲部的顶部附近的磁力稍高的部分，与所述波型介质中的磁体壁21相比，能够提高所述敷层波型介质中被磁体壁22隔开的空间的磁力的均匀性。例如，在波高h为0.9mm、顶部间距离p为5mm的所述波型介质中，空心磁通密度为1T时的截面磁力分布为，在波状弯曲部的顶部周围存在7％左右的B△B≧600的区域，而当通过厚度为0.3mm的非磁体(相对磁导率为1.0)包覆该顶部时，能够将该B△B≧600的区域降低至2％左右。
(窄间隔化介质)
接着，使用所述解析软件对窄间隔化介质进行了磁力分布仿真。
图11中示出了实施所述仿真的所述窄间隔化介质的结构、以及在由空心线圈构成的电磁铁所产生的磁通密度(空心磁通密度)为1T时基于有限元法获得的所述窄间隔化介质的磁力(B△B)分布仿真的结果。
如图11所示，窄间隔化介质30构成为，使所述选别对象矿浆从图中的下侧向上侧流动。另外，如图11所示，在剖视图中，磁体壁31中规则地配置有多个波型弯曲部，以沿着壁的厚度方向排列的方式并列设置该磁体壁31，并且使各磁体壁31的厚度沿所述选别对象流体的流通方向逐渐增厚，从而使并列设置的磁体壁31的间隔朝着选别对象矿浆的流动方向变窄。另外，在所述仿真中，假设了如下情况：在图11中由箭头表示的磁场方向上施加由所述电磁铁产生的磁场。另外，所述仿真结果示出了在并列设置的各磁体壁31的所述波的宽度方向上的中间位置沿所述波的行进方向剖切时的、收容部内的介质空间的磁力分布。
在该窄间隔化介质30中形成如下结构，即、在沿选别对象矿浆的流动方向从前段(图中的下侧)向后段(上侧)前进时，窄间隔化介质30的空隙率逐渐减小。即，在如图11所示的结构例中，当按照所述流动方向前进51mm时，并列设置的磁体壁31之间的间隔将缩窄1mm。由此，通过在前段提高空隙率，创造出在概率意义上使一部分磁性材料无法接近磁体壁31的条件，而在中段(图中的中央附近)以后，使所述磁性材料依次接近并磁吸附在磁体壁31上，从而能够有效地利用磁吸附区域。
此时，增大空隙不仅使接触到前段的磁体壁31壁面的概率降低，而且与后段相比，还降低了前段空间中的磁力。其结果是，在以具有不同磁化率的多种所述磁性材料作为磁吸附物而进行回收时，能够通过前段回收磁化率较高的磁性材料，并通过后段回收磁化率较低的磁性材料。
当相对于所述流动方向从前段位置到后段位置都具有一样的磁力分布、并且具有可回收低磁化率的所述磁性材料的磁力时，相对于所述流动方向，在前段位置磁吸附的所述磁性材料将会增多。其结果是，可预料到一旦所述磁性材料的磁吸附量增多，则相对于所述流动方向，流路在前段位置处会较早地发生阻塞，但是，通过缩窄所述波型介质中的并列设置磁体壁的间隔，在前段回收高磁化率的所述磁性材料，并在后段回收低磁化率的所述磁性材料，由此能够使进行吸附的区域分散，能够高效地通过所述磁选机用介质对所述磁性材料实施磁选。
(不同材料容器)
使用所述解析软件对如下两种情况的磁通(B·S)分布进行了仿真：将波型介质收容在由不同材料(SS400钢材(磁体)、SUS304钢材(非磁体))的外壁构成的收容部中的情况，以及将波型介质收容在由相同材料(SS400钢材)的外壁构成的收容部中的情况。此外，所述仿真以在并列设置的各磁体壁11的所述波的宽度方向上的中间位置沿所述波的行进方向剖切时的、收容部内的介质空间的磁力分布作为对象。
在图12(a)中示出了空心磁通密度为1T时基于有限元法获得的通过所述不同材料的外壁构成收容部时的磁通(B·S)分布仿真结果。另外，在图12(b)中示出了空心磁通密度为1T时基于有限元法获得的通过所述相同材料的外壁构成收容部时的磁通(B·S)分布仿真结果。此外，在图12(a)中，附图标记40a、40d表示由SUS304钢材构成的外壁，附图标记40b、40c表示由SS400钢材构成的外壁。另外，在图12(b)中，通过附图标记41a～41d表示的外壁全部由SS400钢材构成。另外，在各图中，箭头表示磁场的方向。
在由所述不同材料的外壁构成时，向磁选机用介质外发生的磁通泄漏较少，能够将磁通集中到所述磁选机用介质内部，因此，能够相对地增强由磁体壁分隔形成的空间的磁力，在如图12(a)、图12(b)所示的仿真结果中，在由所述不同材料的外壁构成时，能够使通过所述电磁铁产生的磁通集中到所述磁选机用介质内部，与由所述相同材料的外壁构成时相比，集中到所述磁选机用介质内部的磁通增加大约15％左右。
<实施例>
在如图1(a)所示的磁选机100中，应用波高h为300μm、顶部间距离p为4mm的波型介质10(参照图3)作为磁选机用介质50b，从而制造出实施例所涉及的磁选机，并使用该磁选机以如下方式实施了选别实验。
首先，在添加了0.15质量％的圣诺普科(SANNOPCO)公司制造的诺普科桑特(NOPCOSANT)RFA分散剂、0.015质量％的圣诺普科(SANNOPCO)公司制造的SN-WET-980分散剂的纯水中，混合下表2中示出的两种固体粒子(高磁化率试样A、绿色荧光体LAP；低磁化率试样B、赤色荧光体YOX)，从而制成固体浓度为10％的矿浆，并使用该矿浆作为选别对象矿浆。在使所述电磁铁励磁的状态下，将该选别对象矿浆以大约0.5L/min的流量从所述选别对象流体导入流路导入到所述磁选流路中，并将通过所述非磁吸附物回收部回收的矿浆作为非磁吸附物矿浆(非磁吸附物)。接下来，对所述电磁铁进行消磁后，将所述输送流体(水)以大约20L/min的流量从所述输送流体导入流路导入到所述磁选流路中，并将通过所述磁吸附物回收部回收的矿浆作为磁吸附物矿浆(磁吸附物)。
[表2]
<比较例>
代替波型介质30，在实施例所涉及的磁选机中使用现有的多孔金属网(日本艺利磁铁(EriezMagnetics)公司制造的多孔金属网EX-8R(材质为SUS410))，从而制造出比较例所涉及的磁选机，并进行了与实施例相同的选别实验。
在下表3中示出了实施例(波型介质)以及比较例(多孔金属网)的各选别实验的结果。
此外，下表3中的“分配率(成品率)”表示高磁化率试样A、低磁化率试样B、以及对高磁化率试样A和低磁化率试样B进行合计计算得到的试样整体在所述磁吸附物矿浆以及所述非磁吸附物矿浆中的分配比例；在“磁吸附物”栏中表示出了高磁化率试样A、低磁化率试样B、以及对高磁化率试样A和低磁化率试样B进行合计计算得到的试样整体在所述磁吸附物矿浆中的分配比例(％)；在“非磁吸附物”栏中表示出了高磁化率试样A、低磁化率试样B、以及对高磁化率试样A和低磁化率试样B进行合计计算得到的试样整体在所述非磁吸附物矿浆中的分配比例(％)。
另外，“纯度(成色)”表示高磁化率试样A以及低磁化率试样B各试样在所述磁吸附物矿浆以及所述非磁吸附物矿浆中的含有比例；在“磁吸附物”栏中，含有比例通过所述磁吸附物矿浆中的高磁化率试样A、低磁化率试样B的各含有比例(％)表示；在“非磁吸附物”栏中，含有比例通过所述非磁吸附物矿浆中的高磁化率试样A、低磁化率试样B的各含有比例(％)表示。
另外，“分离效率”表示高磁化率试样A在所述磁吸附物矿浆中的分配率与低磁化率试样B在所述磁吸附物矿浆中的分配率的差值(等于低磁化率试样B在所述非磁吸附物矿浆中的分配率与高磁化率试样A在所述非磁吸附物矿浆中的分配率的差值)。
[表3]
如上表3所示，与通过多孔金属网构成所述磁选机用介质的比较例所涉及的磁选机的分离效率(18.7％)相比，通过波型介质构成所述磁选机用介质的实施例所涉及的磁选机的分离效率的数值明显更高(66.3％)，可证实获得了较高的选别性能。
附图标记说明
1、1＇、11、21、22、31：磁体壁
1a、1b、1a＇、1b＇：波状弯曲部
10：波型介质
20：敷层波型介质
30：窄间隔化介质
40a、40d：外壁(SUS304钢材)
40b、40c：外壁(SS400钢材)
41a～41d：外壁(SS400钢材)
50：高梯度磁分离部
50a：电磁铁
50b：磁选机用介质
50c：磁选流路
100：磁选机
101a、103a、104a、105a：开关阀
101b：选别对象流体导入流路
101c：贮存部
101d：泵
103b：非磁吸附物排出流路
103c：非磁吸附物回收部
104b：输送流体导入流路
105b：磁吸附物排出流路
105c：磁吸附物回收部
h：波高
p：顶部间距离

Claims (8)

1.一种磁选机用介质，其特征在于，
整体呈大致波板状的磁体壁，以一个所述磁体壁中的波状弯曲部的凸形和同所述一个所述磁体壁邻接的另一个所述磁体壁中的所述波状弯曲部的凹形等间隔对置的状态并列设置，并且，所述磁体壁具有所述波状弯曲部沿波的行进方向连续重复而形成的规则结构，所述波状弯曲部的波高h小于等于1mm、且由大致倒V字形和大致倒U字形中的任意一种形状形成；
所述各磁体壁被收容在整体呈大致箱状的收容部内，所述收容部在对置的面上形成有导入部以及排出部，所述导入部以及排出部能够使包含可磁吸附在所述磁体壁上的磁吸附物的选别对象流体向所述收容部的内外流通。
2.根据权利要求1所述的磁选机用介质，其特征在于，
波状弯曲部的波高h以及邻接的所述波状弯曲部的顶部间距离p被设定为，在施加磁场时，使由以下数学式1表示的在收容部内的空间中产生的磁力的不均匀度N小于1.5，
[数学式1]
N＝(B△B25-B△B75)/B△B50
其中，在所述数学式1中，B△B25表示累计面积比率为25％时的所述磁力，所述累计面积比率是指，在并列设置的各磁体壁的所述波的宽度方向上的中间位置沿所述波的行进方向剖切时，在所述收容部内的空间截面中产生规定值以上的所述磁力的部分的累计面积比率；B△B75表示所述累计面积比率为75％时的所述磁力；B△B50表示所述累计面积比率为50％时的所述磁力。
3.根据权利要求1或2所述的磁选机用介质，其特征在于，
在收容部中，以形成有导入部以及排出部的各个面作为顶面以及底面时，与磁通方向正交配置的侧面的壁材料由磁体形成，其它侧面的壁材料由非磁体形成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的磁选机用介质，其特征在于，
磁体壁表面被相对磁导率小于等于1.1的非磁体包覆。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的磁选机用介质，其特征在于，
相对于向收容部导入选别对象流体的方向，以倾斜的状态配置磁体壁。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的磁选机用介质，其特征在于，
从向收容部导入选别对象流体的导入部朝着从所述收容部排出所述选别对象流体的排出部，磁体壁的厚度增厚。
7.一种磁选机，其特征在于，
具有权利要求1至6中任一项所述的磁选机用介质。
8.根据权利要求7所述的磁选机，其特征在于，
配置有显示部，所述显示部可根据电磁铁的输出信息，实时显示预先通过磁场仿真计算出的收容部内的空间中的磁力分布。
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