CN110918251A - 高梯度磁场脱除磷石膏中杂质的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高梯度磁场脱除磷石膏中杂质的方法与装置，将磷石膏与50～60℃水加入到磁化塔中混匀，然后在磁场强度0.5～0.8T下进行磁场处理，磁化处理后的磷石膏浆液以3～7m/s的流速喷到倾斜设置的传送带表面，传送带以1～3m/s的速度通过磁场强度在0.2～2T范围内梯度变化的磁场，磷石膏中具有磁性的杂质在梯度磁场中受到磁场力作用，吸附在传送带表面，并由传送带输送到非磁场区域进行回收，不带磁性杂质在水的冲刷作用下进入到设置在传送带下端的磷石膏回收槽中；本方法处理时间短、能耗低、处理效率高，无二次污染；能有效分离回收磷石膏中的金属、重金属和放射性元素以及稀土金属元素，实现资源循环利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种高梯度磁场强化磷石膏除杂的方法和装置，属于磷石膏的资源化利用领域。
背景技术
磷石膏是硫酸分解磷矿制磷酸（湿法磷酸）的副产物，生产每吨P2O5需要消耗硫酸2.6-2.8t，副产磷石膏约5t。磷石膏中二水硫酸钙含量高达90%，是一种重要的再生石膏资源。同时，磷矿中普遍富含稀土，磷矿中稀土质量分数为0.05%-0.1%。磷矿中伴生的微量稀土作为一种潜在的稀土资源在湿法磷酸生产过程中，有70%-75%的稀土富集在磷石膏中。因此，从磷石膏中提取稀土不仅可以提高磷石膏的利用率，变废为宝，联产高附加值产品，还可以实现资源的可持续发展，获得更好的经济效益及社会效益。然而，大部分磷石膏采用露天堆放和倾入大海两种方式处理,只有极少的部分得到利用。一方面,磷石膏露天堆放占用大量的土地，给企业造成很大负担；另一方面，磷石膏中的可溶性有害成分经雨水浸泡后会渗入水系，对环境造成污染。全世界每年磷石膏的排放量高达11000～13000万吨，其中只有450～500万吨磷石膏得到了利用。目前磷石膏利用方式以建材方向为主，用于制备石膏建材、石膏粉体材料的比重大，利用途径相对单一局限，缺乏高附加值的利用方式。磷石膏中含有的杂质是限制磷石膏利用方式和途径的主要因素。因此，有效脱除磷石膏中的杂质是实现磷石膏资源化利用的前提。
磷石膏的主要成分是CaSO4·2H2O，其中所含的杂质有可溶性杂质和不容性杂质。可溶性杂质有氟硅酸盐、硫酸、磷酸、磷酸一钙、磷酸二钙等；不溶性杂质有磷矿石，微量的放射性元素和重金属元素，如铀、镭、镉、铅、铜等元素，斓系元素，稀土金属元素和有机物及难溶性磷酸盐，还有CaO、Fe2O3、MgO、Al2O3、SiO2、SO3等。
磷石膏中的杂质一方面会降低晶体间的结合力，阻碍磷石膏的转化，削弱二水石膏晶体间的接合，使硬化体结构疏松，强度降低；加快石膏的凝结速度，使得二水石膏晶体粗化，另一方面是渗入土壤中对土壤和地下水造成污染。
对磷石膏的除杂而言，目前主要有化学法、物理法、热处理法等，具体表现为碱改性、水洗、浮选、煅烧、陈化等方法。以上方法存在问题：1.对杂质的含量要求高，较小范围类使用，工艺复杂，投资高，处理量小。2.不溶性杂质去除率低，处理能耗大，容易造成二次污染。3.无法有效去除并回收磷石膏中的重金属、放射性金属和稀土金属元素。
发明内容
针对现有磷石膏除杂的局限性和低附加值利用，即现有的去除磷石膏中杂质的分离效率低，资源循环效益低，经济性低，无法有效脱除回收重金属、放射性金属元素和稀土金属的问题，本发明提供了一种绿色、高效脱除磷石膏中杂质的方法，即一种高梯度磁场脱除磷石膏中杂质的方法与装置。
本发明高梯度磁场脱除磷石膏中杂质的方法如下：
（1）磁化过程：将磷石膏与50～60℃水加入到磁化塔中混匀，然后在磁场强度0.5～0.8T下进行磁场处理，磁化时间15～30min，让磷石膏中的金属元素杂质分子电流产生的小磁矩会沿外磁场的方向定向排列，磁矩无法互相抵消，从而被磁化对外显磁性；同时在磁场作用下，使磷石膏中杂质从固相转变为液相，磷石膏非均相系统中分散相粒子的粒径减小，增加可溶性磷类杂质、氟类杂质和有机类杂质在水中的溶解度；
（2）磁分离过程：磁化处理后的磷石膏浆液以3～7m/s的流速喷到倾斜设置的传送带表面，传送带以1～3m/s的速度通过磁场强度在0.2～2T范围内梯度变化的磁场，磷石膏中具有磁性的杂质在梯度磁场中受到磁场力作用，吸附在传送带表面，并由传送带输送到非磁场区域进行回收，不带磁性杂质在水的冲刷作用下进入到设置在传送带下端的磷石膏回收槽中，达倒脱除磷石膏中杂质的目的。
所述磷石膏与水的体积比为1:5～1:10。
本发明另一目的是提供完成上述方法的装置，其包括磁化塔、污泥泵、贮水罐、梯度磁场分离器；其中磁化塔包括进水口、进料口、浆液出口、塔体，塔体上部两侧分别设置有进水口、进料口，塔体下部设置有浆液出口，进水口通过泵与贮水罐连接；梯度磁场分离器包括电动机、杂质回收槽、主动轮、从动轮Ⅰ、从动轮Ⅱ、磁场发生器、聚磁介质、磷石膏回收槽、传送带、给料管、支架、洗涤水喷水口、磁场发生槽，主动轮通过轴设置在支架一端上，电动机的输出轴与主动轮连接，磁场发生槽倾斜固定在支架上方，从动轮Ⅰ、从动轮Ⅱ分别通过轴设置在磁场发生槽两端，从动轮Ⅰ设置在主动轮上方，从动轮Ⅰ、从动轮Ⅱ、主动轮通过传送带连接且磁场发生槽位于传送带下方，磁场发生器固定在磁场发生槽内，聚磁介质设置在磁场发生器上方，磁场发生槽上端一侧开有冷却水进水口，磁场发生槽下端一侧冷却水出水口，冷却水进水口与水源连接，冷却水出水口通过管道、泵与贮水罐连通；洗涤水喷水口固定在磁场发生槽一端上并位于从动轮Ⅰ上方，洗涤水喷水口通过管道、泵与与贮水罐连通；给料管固定在在磁场发生槽一端上并位于洗涤水喷水口一侧，给料管为开有多个喷料孔的管道且通过污泥泵与浆液出口连通；杂质回收槽固定在支架一端下方并位于主动轮下方，磷石膏回收槽固定在支架另一端下方并位于从动轮Ⅱ下方；传送带向磷石膏回收槽方向倾斜。
所述磁化塔为能施加磁场的容器。
所述磁场发生器、污泥泵、电动机、泵均与电源连接。
所述磁场发生器由多个相互连接的发生器单元组成，发生器单元包括磁场加强芯、线圈、中空管，线圈缠绕在中空管上，磁场加强芯设置在中空管内。
所述中空管为PVC管、PE管、PV管R或陶瓷管，中空管内径为100mm～150mm，线圈匝数为40～100；磁场加强芯为铁芯、钨钴合金芯或钴镍合金芯；通电线圈的功率为5kW～60kW，电流大小为20A～150A，产生场强为0.2～2T。
所述聚磁介质为不锈钢钢毛、海绵镍、不锈钢棒状介质、不锈钢菱形状介质、铁钴合金菱形状介质、不锈钢齿板介质或不锈钢网介质。
所述洗涤水的水流速度为5～8m/s，温度为40～50℃。
所述传送带的倾斜夹角为12°～25°。
所述磁场发生槽一端上固定有刮板且其位于杂质回收槽上方，刮板与传送带相配合，用于将传送带上的杂质刮落。
本发明将磷石膏与水进行磁化处理，增加磷石膏中杂质的磁性或使本身可磁化但尚未磁化的部分带有磁性。同时，磁化处理增加了可溶性磷类杂质、氟类杂质和有机类杂质在水中的溶解度。然后将磁化后的磷石膏浆液通过污泥泵输送到高梯度磁分离设备中；控制磷石膏浆液流量，使其均匀喷洒到磁分离传送带上。在传送带的带动作用下向上移动，同时用一定流速的洗涤水由上往下冲刷磷石膏。利用磷石膏中杂质自身磁性的不同，具有磁性的磷石膏杂质（包括金属、重金属和放射性金属元素、稀土金属等）在梯度磁场中受到磁场力作用从而吸附、附着在传送带表面，沿传送带向上移动。当移动到磁场发生器背面时由于失去磁场力作用，磁性杂质在自身重力作用下脱离传送带，落入到杂质回收槽中。部分无法脱离的磁性杂质通过刮板刮落入杂质回收槽中。不带磁性的磷石膏在洗涤水水流冲刷作用下进入到磷石膏回收槽中。利用污泥泵将磷石膏回收槽中的磷石膏浆液输送到离心脱水机内，实现磷石膏浆液中的可溶性磷类、氟类和有机类杂质的脱除，得到较低杂质的半水石膏。
本发明中的磁化过程：
磷石膏杂质分子内部存在着分子电流，分子电流使每个杂质微粒都成为微小的磁体，因此具有一定的磁矩。对于磷石膏中的金属、重金属、放射性金属和稀土金属元素等杂质，施加外磁场作用时，由分子电流产生的小磁矩会沿外磁场的方向定向排列，磁矩无法互相抵消，从而被磁化对外显磁性；磁场能在磷石膏浆液中引起附加磁矩，从而产生附加磁场和附加能量，这些附加量的综合作用,使抗磁性杂质的内聚力减少,分子势垒降低,水的表面张力减小，杂质扩散系数增加，溶解度增大，凝固点下降、渗透压提高，使杂质提前从固相转变为液相，磷石膏非均相系统中分散相粒子的粒径减小。
磁场的作用使磷石膏中的有机杂质（如乙二醇甲醚乙酸酯、异硫氰甲烷、3-甲氧基正戊烷等）表面张力降低值，分子排列更加规整，分子内原子的堆砌得到改善；增加有机杂质在水中的溶解度，更有利于有机杂质与磷石膏分离。
磁化对水的影响：磷石膏浆液中的水在磁化装置中被强迫通过垂直磁力线时，较大的水分子集团链中的氢键会发生弯曲和局部断裂，使处于近中性的水变成了极性较强的单分于或双分子水，这些水分子具有了较强的活性。自由活化的水分子改变了原有被交换离子的水化结构，离子交换能力有所增强，使之变得容易和交换离子作用，交换能垒降低，交换速度加快，提高了交换容量， 磷石膏浆液中的杂质粒子进一步被水分子细化，溶解在水中不析出。这些自由化的水分子占据了溶液的各个空隙，能抑制晶体的形成，导致难溶性杂质溶解度的增大。
磁场的极化作用使磷石膏中结晶成份发生变化，磁化水中有活性的水分子的数量远多于未磁化的水，活化的水分子可以伸入到磷石膏晶体内部，使原有的结晶受到影响。导致晶体破裂，变成松散的软垢受到外界的冲击时，磷石膏内部的杂质更容易释放到水溶液中。这些自由而有活性的水分子能够改变原来已建立的各种化学平衡，使系统发生较复杂的变化。本发明磁化过程中用的调节水为磁分离过程中的发生线圈降温水，相比于常温水具有一定的温度；水的温度增加分子扩散作用，促进反应体系中的反应物熵增加，提高可溶性磷类、氟类、有机类杂质的溶解度，使得磷石膏中杂质更易于溶于水中。同时温度的升高降低了磷石膏的反应活化能，有利于破坏含杂硫酸钙晶格，使其化学键更容易断裂解离，让晶格内的杂质充分释放出来溶解在溶液中。磷石膏浆液经过磁化后，磷石膏中杂质溶解度提高20%-40%。
本发明中的高梯度磁分离过程：
通电螺旋线圈产生磁场，磁感线穿过高饱和聚磁介质，由于聚磁介质在磁场作用下磁化与背景磁场相反的磁极，在两个相反磁场的叠加作用下，磁力线在极不规则的磁化物质周围发生紊乱的密集和散发，聚磁介质表面就会形成高梯度的磁场。因此，磁场强度在传送带表面上出现大幅度递增（递减）的变化，具有磁性的磷石膏经过传送带时，利用磷石膏中杂质自身磁性的不同，在磁场中受到的磁场力不同以达到拦截、吸附、富集在传送板表面的作用；
螺旋线圈中由于电子定向移动不断撞击金属晶格，增加金属晶格能量，加剧热运动，从而产生焦耳热。往线圈结构中通入冷却水，由于线圈和冷却水之间存在温度差，借助分子、原子、核自由电子等微观粒子的热运动而引起热量传递，热量从线圈传递到水中，使得线圈温度降低，冷却水温度升高。冷却水通过管道流入到贮水罐中。焦耳热的大小与通过螺旋线圈的电流大小、线圈电阻及通电时间有关，磁场强度又与电流大小有关。为保证合理安全的线圈温度，当磁场强度增加时可以通过冷却水的流速和冷却水在梯度磁场发生器中的停留时间来控制。
所述根据磷石膏浆液的流速、流量的变化，可以调节线圈中的电流大小，从而产生出不同强度的磁场，保证经过传送带的磷石膏和磁性杂质充分分离。
所述冷却水流速为8-15m/s，温度为室温，出水口冷却水流速为6-12m/s，温度为50-60℃。
本发明方法及装置的优点与效果如下：
1、适用性广，对磷石膏中杂质含量无选择性。
2、能源循环效率高，处理时间短、能耗低、处理效率高，无二次污染。
3、能大规模、快速地分离磷石膏中磁性杂质微粒，实现磷石膏中的金属、重金属和放射性元素以及稀土金属元素有效分离回收。
4、本装置能实现水资源的循环利用，既提高杂质去除率又节约水资源。
5、设备体积小、结构简单、维护容易、费用低、占地少,处理量大。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图；
图2为本发明装置结构示意图；
图3为高梯度磁场分离器结构示意图；
图4为高梯度磁场分离器结构示意图；
图5为发生器单元结构示意图；
图6为给料管结构示意图；
图中：1-磁化塔；2-调节水进水口；3-进料口；4-浆液出口；5-污泥泵；6-贮水罐；7-塔体；8-电动机；9-杂质回收槽；10-主动轮；11-从动轮Ⅰ；12-磁场加强芯；13-线圈；14-中空管；15-聚磁介质；16-磷石膏回收槽；17-传送带；18-喷料孔；19-给料管；20-冷却水进水口；21-冷却水出水口；22-支架；23-洗涤水喷水口；24-磁场发生槽；25-从动轮Ⅱ；26-刮板。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：本实施例处理对象为某磷酸厂湿法生产磷酸过程中产生的磷石膏，其中磷类杂质含量1.6%，氟类杂质含量1.2%，有机类杂质含量0.35%，金属、重金属和放射性金属类杂质含量1.3%，稀土金属杂质含量0.065%。
如图1-6所示，本实施例使用的装置包括磁化塔1、污泥泵5、贮水罐6、高梯度磁场分离器；其中磁化塔1包括进水口2、进料口3、浆液出口4、塔体7，塔体7上部两侧分别设置有进水口2、进料口3，塔体7下部设置有浆液出口4，进水口2通过泵与贮水罐6连接；梯度磁场分离器包括电动机8、杂质回收槽9、主动轮10、从动轮Ⅰ11、从动轮Ⅱ25、磁场发生器、聚磁介质15、磷石膏回收槽16、传送带17、给料管19、支架22、洗涤水喷水口23、磁场发生槽24，主动轮10通过轴设置在支架22一端上，电动机8的输出轴与主动轮10连接，磁场发生槽24倾斜固定在支架上方，从动轮Ⅰ11、从动轮Ⅱ25分别通过轴设置在磁场发生槽24两端，从动轮Ⅰ11设置在主动轮10上方，从动轮Ⅰ11、从动轮Ⅱ25、主动轮10通过传送带17连接且磁场发生槽24位于传送带17下方，磁场发生器固定在磁场发生槽24内，聚磁介质15设置在磁场发生器上方，磁场发生器由16个相互连接的发生器单元组成，发生器单元包括磁场加强芯12、线圈13、中空管14，线圈13缠绕在中空管14上，磁场加强芯12设置在中空管14内，磁场加强芯12为铁芯，聚磁介质为不锈钢钢毛；磁场发生槽24上端一侧开有冷却水进水口20，磁场发生槽24下端一侧冷却水出水口21，冷却水进水口20与水源连接，冷却水出水口21通过管道、泵与贮水罐6连通；洗涤水喷水口23固定在磁场发生槽24一端上并位于从动轮Ⅰ11上方，洗涤水喷水口23通过管道、泵与与贮水罐6连通；给料管19固定在在磁场发生槽24一端上并位于洗涤水喷水口23一侧，给料管19为开有多个喷料孔18的管道且通过污泥泵5与浆液出口4连通；杂质回收槽9固定在支架22一端下方并位于主动轮10下方，磷石膏回收槽16固定在支架22另一端下方并位于从动轮Ⅱ25下方；传送带17向磷石膏回收槽16方向倾斜15°；磁场发生槽一端上固定有刮板26且其位于杂质回收槽9上方，刮板26与传送带相配合，用于将传送带上的杂质刮落。
1、磁化处理：含杂磷石膏与50℃的水按体积比1:9的比例混合制得磷石膏浆液，磷石膏浆液进入磁化塔中经过0.6T磁场处理，磁化时间为25min；磷石膏中的金属、重金属和放射性金属元素、稀土金属等杂质被磁化。磁化处理增加了有机杂质在水中的溶解度，使抗磁性杂质的内聚力减少，分子势垒降低，水的表面张力减小，杂质扩散系数增加，溶解度增大，凝固点下降、渗透压提高，使杂质提前从固相转变为液相。自由活化后的水分子离子交换能力有所增强，容易和交换离子作用，交换能垒降低，交换速度加快，提高了交换容量，磷石膏浆液中的杂质粒子进一步被水分子细化，溶解在水中不析出。这些自由化的水分子占据了溶液的各个空隙，能抑制晶体的形成，导致难溶性杂质溶解度的增大。磷石膏浆液经过磁化后，磷石膏中杂质溶解度提高25%。随后用泵将磷石膏浆液输送到梯度磁场分离设备中。
2、梯度磁场分离：线圈匝数为50的线圈缠绕在直径为100mm的PVC中空管14上，中空管数量为16根。中空管内设有加强铁芯12，可起到减少涡流损耗、强化磁场的作用。采用不锈钢刚毛作为聚磁介质，磁路中磁场梯度高，磁阻小、节约能耗，磁分离过程中没有“磁短路”现象。当在线圈通入大小为60A的电流时，产生的磁感线穿过聚磁介质，由于聚磁介质在磁场作用下磁化与背景磁场相反的磁极，在两个相反磁场的叠加作用下，磁力线在极不规则的磁化物质周围发生紊乱的密集和散发，聚磁介质表面就会形成高梯度的磁场，磁场强度最高可达0.85T。因此，磁场强度在传送带表面上呈现出大幅度的梯度变化。磷石膏浆液以5m/s的流速喷洒到传送带17表面，在流速为6.5m/s的洗涤水冲刷作用下以2.5m/s的速度通过磁场区域；具有磁性的杂质经过传送带时，利用磷石膏中杂质自身磁性的不同，在磁场中受到的磁场力不同以达到拦截、吸附、富集在传送带表面的作用，沿传送带向上移动。当移动到高梯度磁场分离器背面时由于失去磁场力作用，磁性杂质在自身重力作用下脱离传送带，落入到杂质回收槽9中；部分无法脱离的磁性杂质通过梯度磁场分离器底部的刮板26刮落入杂质回收槽中，不带磁性的磷石膏在洗涤水水流冲刷作用下进入到磷石膏回收槽16中。
线圈13中由于电子定向移动不断撞击金属晶格，增加金属晶格能量，加剧热运动，从而产生焦耳热；室温冷却水以8m/s的流速从冷却水进水口20流入磁场发生槽24中，由于线圈和冷却水之间存在温度差，借助分子、原子、核自由电子等微观粒子的热运动而引起热量传递，热量从线圈传递到水中，使得线圈温度降低，冷却水温度升高到50℃，以6m/s的速度从出水口流出，通过泵输送到贮水罐6中。
3、脱水处理：利用泵将一定含水率的磷石膏浆液从磷石膏贮槽中输送到离心脱水机内，实现磷石膏浆液中的可溶性磷类、氟类和有机类杂质的脱除，得到较低杂质的半水石膏。经过高梯度磁场分离处理后杂质去除率可达到：磷类杂质去除率为92%；氟类杂质去除率为82%；有机类杂质去除率为80%；金属和重金属氧化物及放射性金属类杂质去除率为70%；稀土金属杂质去除率为70%。
将磷石膏与水分别从进料口3和进水口2加入到磁化塔1中进行磁化处理，然后将磁化后的磷石膏浆液从浆液出口4通过污泥泵5输送到高梯度磁场分离器中；磷石膏浆液通过给料管19后从喷料孔18均匀喷洒到传送带17上，传送带与水平面夹角为15°；电动机8以600r/min的转速通过主动轮10带动传送带17向上移动，同时洗涤水从洗涤水喷水口23流出由上往下冲刷磷石膏；线圈13通电后具有磁性的磷石膏杂质（包括金属、重金属和放射性金属元素、稀土金属等）在梯度磁场中受到磁场力作用从而吸附、附着在传送带表面，沿传送带17向上移动；当移动到磁场发生器背面时由于失去磁场力作用，磁性杂质在自身重力和磁场分离器底部的刮板26作用落入到杂质回收槽9中。不带磁性的磷石膏在洗涤水水流冲刷作用下进入到磷石膏回收槽16中；冷却水从冷却水进水口20进入到磁场发生槽24内，降温后的冷却水从冷却水出水口21通过水泵重新回到贮水罐6中；利用泵将磷石膏回收槽16中的磷石膏浆液输送到离心脱水机内，实现磷石膏浆液中的可溶性磷类、氟类和有机类杂质的脱除，得到较低杂质的半水石膏。
实施例2：本实施例处理对象为某固废处理中心堆放的库存磷石膏，其中磷类杂质含量1.1%，氟类杂质含量0.8%，有机类杂质含量0.25%，金属、重金属和放射性金属类杂质含量1.1%，稀土金属杂质含量0.03%。
本实施例装置结构同实施例1，不同在于传送带的倾斜夹角为18°，中空管为PE管，中空管内径为140mm，线圈匝数为60；
1、磁化处理：含杂磷石膏与53℃的水按体积比1:8的比例混合制得磷石膏浆液，磷石膏浆液进入磁化塔中经过0.8T处理，磁化时间为20min；磷石膏中的金属、重金属和放射性金属元素、稀土金属等杂质被磁化。磁化处理增加了有机杂质在水中的溶解度，使抗磁性杂质的内聚力减少,分子势垒降低,水的表面张力减小，杂质扩散系数增加，溶解度增大，凝固点下降、渗透压提高，使杂质提前从固相转变为液相。自由活化后的水分子离子交换能力有所增强，容易和交换离子作用，交换能垒降低，交换速度加快，提高了交换容量，磷石膏浆液中的杂质粒子进一步被水分子细化，溶解在水中不析出。这些自由化的水分子占据了溶液的各个空隙，能抑制晶体的形成，导致难溶性杂质溶解度的增大。磷石膏浆液经过磁化后，磷石膏中杂质溶解度提高27%，随后用泵将磷石膏浆液输送到梯度磁场分离器中。
2、梯度磁场分离处理：线圈匝数为60的线圈缠绕在直径为140mm的PE中空管上，中空管数量为12根。空心管内设有钨钴合金芯，可起到减少涡流损耗、强化磁场的作用；采用海绵镍作为聚磁介质，磁路中磁场梯度高，磁阻小、节约能耗，磁分离过程中没有“磁短路”现象。当在线圈中通入大小为70A的电流时，产生的磁感线穿过高饱和聚磁介质，由于聚磁介质在磁场作用下磁化与背景磁场相反的磁极，在两个相反磁场的叠加作用下，磁力线在极不规则的磁化物质周围发生紊乱的密集和散发，聚磁介质表面就会形成高梯度的磁场，磁场强度最高可达1T。因此，磁场强度在传送带表面上呈现出大幅度的梯度变化。磷石膏浆液以4m/s的流速喷洒到传送带表面，在流速为5.5m/s的洗涤水冲刷作用下以2m/s的速度通过磁场区域。具有磁性的磷石膏杂质经过传送带时，利用磷石膏中杂质自身磁性的不同，在磁场中受到的磁场力不同以达到拦截、吸附、富集在传送板表面的作用，沿传送带向上移动。当移动到磁场发生器背面时由于失去磁场力作用，磁性杂质在自身重力作用下脱离传送带，落入到杂质回收槽中。部分无法脱离的磁性杂质通过梯度磁场分离器底部的刮板26刮落入杂质回收槽中，不带磁性的磷石膏在洗涤水水流冲刷作用下进入到磷石膏回收槽中。
线圈13中由于电子定向移动不断撞击金属晶格，增加金属晶格能量，加剧热运动，从而产生焦耳热；室温冷却水以9m/s的流速从冷却水进水口20流入磁场发生槽24中，由于线圈和冷却水之间存在温度差，借助分子、原子、核自由电子等微观粒子的热运动而引起热量传递，热量从线圈传递到水中，使得线圈温度降低，冷却水温度升高到53℃，以7m/s的速度从出水口流出，通过泵输送到贮水罐6中。
3、脱水处理：利用泵将一定含水率的磷石膏浆液从磷石膏贮槽中输送到离心脱水机内，实现磷石膏浆液中的可溶性磷类、氟类和有机类杂质的脱除，得到较低杂质的半水石膏。经过高梯度磁场分离处理后杂质去除率可达到：磷类杂质去除率为95%；氟类杂质去除率为85%；有机类杂质去除率为83%；金属和重金属氧化物及放射性金属类杂质去除率为75%；稀土金属杂质去除率为72%。
实施例3：本实施例处理对象为某火力发电厂烟气脱硫石膏，其中磷类杂质含量0.8%，氟类杂质含量0.3%，有机类杂质含量0.2%，金属、重金属和放射性金属类杂质含量1.5%。
1、磁化处理：含杂磷石膏与55℃的水按体积比1:7的比例混合制得磷石膏浆液，磷石膏浆液进入强磁化设备中经过0.5T高斯磁场处理，磁化时间为30min；磷石膏浆液经过磁化后，脱硫石膏中杂质溶解度提高30%，随后用泵将磷石膏浆液输送到梯度磁场分离设备中
2.梯度磁场分离处理：线圈匝数为65的线圈缠绕在直径为120mm的PVR中空管上，中空管数量为16根；中空管内设有钴镍合金芯，可起到减少涡流损耗、强化磁场的作用。采用不锈钢菱形状介质作为聚磁介质，磁路中磁场梯度高，磁阻小、节约能耗，磁分离过程中没有“磁短路”现象。当在线圈中通入大小为85A的电流时，产生的磁感线穿过高饱和聚磁介质，由于聚磁介质在磁场作用下磁化与背景磁场相反的磁极，在两个相反磁场的叠加作用下，磁力线在极不规则的磁化物质周围发生紊乱的密集和散发，聚磁介质表面就会形成高梯度的磁场，磁场强度最高可达1.35T；因此，磁场强度在传送带表面上呈现出大幅度的梯度变化。磷石膏浆液以6.5m/s的流速喷洒到传送带表面，在流速为7m/s的洗涤水冲刷作用下以1.8m/s的速度通过磁场区域；具有磁性的脱硫石膏杂质经过传送带时，利用脱硫石膏中杂质自身磁性的不同，在磁场中受到的磁场力不同以达到拦截、吸附、富集在传送板表面的作用，沿传送带向上移动。当移动到磁场发生器背面时由于失去磁场力作用，磁性杂质在自身重力作用下脱离传送带，落入到杂质回收槽中。部分无法脱离的磁性杂质通过梯度磁场分离器底部的刮板26刮落入回收槽中。不带磁性的脱硫石膏在洗涤水水流冲刷作用下进入到脱硫石膏回收槽中。
线圈中由于电子定向移动不断撞击金属晶格，增加金属晶格能量，加剧热运动，从而产生焦耳热；室温冷却水以10m/s的流速从冷却水进水口流入磁场发生槽中，由于线圈和冷却水之间存在温度差，借助分子、原子、核自由电子等微观粒子的热运动而引起热量传递，热量从线圈传递到水中，使得线圈温度降低，冷却水温度升高到55℃，以9m/s的速度从出水口流出，通过泵输送到贮水罐6中；
3、脱水处理：利用泵将一定含水率的脱硫石膏浆液从磷石膏贮槽中输送到离心脱水机内，实现磷石膏浆液中的可溶性磷类、氟类和有机类杂质的脱除，得到较低杂质的半水石膏。经过高梯度磁场分离处理后杂质去除率可达到：磷类杂质去除率为95%；氟类杂质去除率为89%；有机类杂质去除率为87%；金属和重金属氧化物及放射性金属类杂质去除率为80%。
本实施例装置结构同实施例1。不同在于传送带与水平面夹角为20°，电动机转速为750r/min。
实施例4：本实施例处理对象为石膏加工厂的天然石膏，其中磷类杂质含量1.3%，氟类杂质含量1.4%，有机类杂质含量0.3%，金属、重金属和放射性金属类杂质含量1.35%，稀土金属杂质含量0.045%。
1、磁化处理：含杂磷石膏与58℃的水按体积比1:6的比例混合制得磷石膏浆液，磷石膏浆液进入磁化塔中经过0.7T磁场处理，磁化时间为22min；磷石膏浆液经过磁化后，磷石膏中杂质溶解度提高32%;随后用泵将磷石膏浆液输送到梯度磁场分离器中；
2、梯度磁场分离处理：线圈匝数为80的线圈缠绕在直径为150mm的陶瓷管上，中空管数量为16根。中空管内设有加强铁芯，可起到减少涡流损耗、强化磁场的作用。采用铁钴合金菱形状介质作为聚磁介质，磁路中磁场梯度高，磁阻小、节约能耗，磁分离过程中没有“磁短路”现象。当在线圈中通入大小为130A的电流时，产生的磁感线穿过高饱和聚磁介质，由于聚磁介质在磁场作用下磁化与背景磁场相反的磁极，在两个相反磁场的叠加作用下，磁力线在极不规则的磁化物质周围发生紊乱的密集和散发，聚磁介质表面就会形成高梯度的磁场，磁场强度最高可达1.75T。因此，磁场强度在传送带表面上呈现出大幅度的梯度变化。磷石膏浆液以5m/s的流速喷洒到传送带表面，在流速为5m/s的洗涤水冲刷作用下以1.6m/s的速度通过传送带。具有磁性的磷石膏杂质经过传送带时，利用磷石膏中杂质自身磁性的不同，在磁场中受到的磁场力不同以达到拦截、吸附、富集在传送板表面的作用，沿传送带向上移动。当移动到磁场发生器背面时由于失去磁场力作用，磁性杂质在自身重力作用下脱离传送带，落入到杂质回收槽中。部分无法脱离的磁性杂质通过梯度磁场分离器底部的刮板26刮落入回收槽中。不带磁性的磷石膏在洗涤水水流冲刷作用下进入到磷石膏回收槽中。
线圈中由于电子定向移动不断撞击金属晶格，增加金属晶格能量，加剧热运动，从而产生焦耳热；室温冷却水以13.5m/s的流速从冷却水进水口20流入磁场发生槽24中，由于线圈和冷却水之间存在温度差，借助分子、原子、核自由电子等微观粒子的热运动而引起热量传递，热量从线圈传递到水中，使得线圈温度降低，冷却水温度升高到57℃，以11m/s的速度从出水口流出，通过泵输送到贮水罐中；
3、脱水处理：利用泵将一定含水率的磷石膏浆液从磷石膏贮槽中输送到离心脱水机内，实现磷石膏浆液中的可溶性磷类、氟类和有机类杂质的脱除，得到较低杂质的半水石膏。经过高梯度磁场分离处理后杂质去除率可达到：磷类杂质去除率为97%；氟类杂质去除率为92%；有机类杂质去除率为90%；金属和重金属氧化物及放射性金属类杂质去除率为87%；稀土金属杂质去除率为83%。
本实施例装置结构同实施例1。不同在于传送带与水平面夹角为22°，电动机转速为800r/min。
Claims (9)
1.一种高梯度磁场脱除磷石膏中杂质的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）磁化过程：将磷石膏与50～60℃水加入到磁化塔中混匀，然后在磁场强度0.5～0.8T下进行磁场处理，磁化时间15～30min，让磷石膏中的金属元素杂质分子电流产生的小磁矩会沿外磁场的方向定向排列，磁矩无法互相抵消，从而被磁化对外显磁性；同时在磁场作用下，使磷石膏中杂质从固相转变为液相，磷石膏非均相系统中分散相粒子的粒径减小，增加可溶性磷类杂质、氟类杂质和有机类杂质在水中的溶解度；
（2）磁分离过程：磁化处理后的磷石膏浆液以3～7m/s的流速喷到倾斜设置的传送带表面，传送带以1～3m/s的速度通过磁场强度在0.2～2T范围内梯度变化的磁场，磷石膏中具有磁性的杂质在梯度磁场中受到磁场力作用，吸附在传送带表面，并由传送带输送到非磁场区域进行回收，不带磁性杂质在水的冲刷作用下进入到设置在传送带下端的磷石膏回收槽中，达倒脱除磷石膏中杂质的目的。
2.根据权利要求1所述的高梯度磁场脱除磷石膏中杂质的方法，其特征在于：磷石膏与水的体积比为1:5～1:10。
3.完成权利要求1-2中任一项所述的高梯度磁场脱除磷石膏中杂质的方法的装置，其特征在于：包括磁化塔（1）、污泥泵（5）、贮水罐（6）、梯度磁场分离器；其中磁化塔（1）包括进水口（2）、进料口（3）、浆液出口（4）、塔体（7），塔体（7）上部两侧分别设置有进水口（2）、进料口（3），塔体（7）下部设置有浆液出口（4），进水口（2）通过泵与贮水罐（6）连接；梯度磁场分离器包括电动机（8）、杂质回收槽（9）、主动轮（10）、从动轮Ⅰ（11）、从动轮Ⅱ（25）、磁场发生器、聚磁介质（15）、磷石膏回收槽（16）、传送带（17）、给料管（19）、支架（22）、洗涤水喷水口（23）、磁场发生槽（24），主动轮（10）通过轴设置在支架（22）一端上，电动机（8）的输出轴与主动轮（10）连接，磁场发生槽（24）倾斜固定在支架上方，从动轮Ⅰ（11）、从动轮Ⅱ（25）分别通过轴设置在磁场发生槽（24）两端，从动轮Ⅰ（11）设置在主动轮（10）上方，从动轮Ⅰ（11）、从动轮Ⅱ（25）、主动轮（10）通过传送带（17）连接且磁场发生槽（24）位于传送带（17）下方，磁场发生器固定在磁场发生槽（24）内，聚磁介质（15）设置在磁场发生器上方，磁场发生槽（24）上端一侧开有冷却水进水口（20），磁场发生槽（24）下端一侧冷却水出水口（21），冷却水进水口（20）与水源连接，冷却水出水口（21）通过管道、泵与贮水罐（6）连通；洗涤水喷水口（23）固定在磁场发生槽（24）一端上并位于从动轮Ⅰ（11）上方，洗涤水喷水口（23）通过管道、泵与与贮水罐（6）连通；给料管（19）固定在在磁场发生槽（24）一端上并位于洗涤水喷水口（23）一侧，给料管（19）为开有多个喷料孔（18）的管道且通过污泥泵（5）与浆液出口（4）连通；杂质回收槽（9）固定在支架（22）一端下方并位于主动轮（10）下方，磷石膏回收槽（16）固定在支架（22）另一端下方并位于从动轮Ⅱ（25）下方；传送带（17）向磷石膏回收槽（16）方向倾斜。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：磁场发生器由多个相互连接的发生器单元组成，发生器单元包括磁场加强芯（12）、线圈（13）、中空管（14），线圈（13）缠绕在中空管（14）上，磁场加强芯（12）设置在中空管（14）内。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：中空管（14）为PVC管、PE管、PV管R或陶瓷管，中空管内径为100mm～150mm，线圈匝数为40～100；磁场加强芯（12）为铁芯、钨钴合金芯或钴镍合金芯；通电线圈的功率为5kW～60kW，电流大小为20A～150A，产生场强为0.2～2T。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：聚磁介质为不锈钢钢毛、海绵镍、不锈钢棒状介质、不锈钢菱形状介质、铁钴合金菱形状介质、不锈钢齿板介质或不锈钢网介质。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：洗涤水的水流速度为5～8m/s，温度为40～50℃。
8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：传送带的倾斜夹角为12°～25°。
9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：磁场发生槽一端上固定有刮板（26）且其位于杂质回收槽（9）上方，刮板（26）与传送带相配合，用于将传送带上的杂质刮落。
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