高梯度磁选(HGMS)是20世纪60年代末,70年代初的发展起来的磁分离技术,它的主要特点是:将导磁不锈钢毛填充在螺线管内腔磁场中作分选介质。由于这种介质磁化达到饱和状态时,能产生很高的磁场梯度和磁场强度,并具有很大的捕收面积,因而适应范围大,特别是对微细粒(-1μm)均可得到有效的回收。目前高岭土精制工业,高梯度技术用的较为广泛较成功,经济效益也很好。用于分离细粒金属和非金属以及稀有金属矿物,效果很好。除此之外,高梯度技术还可用于处理各种废水、废气甚至可从血液中分离出红血球,从水中回收单细胞蛋白质、菌类和其他有机物等方面。
    周期式高梯度磁选机又叫磁分离器或磁滤器。第一台工业用的周期式小型高梯度磁选机用于1969年由瑞典的萨拉(Sala)磁力公司研制成功,安装在美国一家高岭土公司用于高岭土提纯。目前,各国生产的周期式磁选机种类繁多,但其基本结构相同,主要用于高龄土提纯和水的处理。
设备结构     周期式高梯度磁选机主要由铁铠装螺线管磁体、不锈钢毛介质、分选箱以及矿浆出口、入口阀门等部件组成。螺线管由空心扁铜线或空心方铜线绕制,用低电压高电流激磁,通水冷却,达到足够的场强。铁铠和磁极头用纯铁制成,其作用是与螺线管构成闭合回路,磁力线完全封闭在方框铁壳内,提高管内腔的场强。由于该机常用于磁性弱、含量低、粒度细(5~10μm)的物料,矿浆一般在背景磁场1~2T下以慢速流通过介质,因此进出口矿浆管道直径小,管道可以穿过磁极头,介质较长30~50cm。 分选箱用非导磁材料(不锈钢或铜)制成,上下分别由出浆和进浆口、箱(或筒)内放分选介质钢毛。该机背景场强可达1600kA/m(2×104Oe)。磁场梯度为107Oe/m。

磁场特性
    高梯度磁选机的磁场常用背景磁场的强弱来表示,背景磁场是指未充填介质时的磁场。     钢毛在磁场中磁化后,产生的梯度与其磁化强度成正比,与钢毛的半径成反比,一般在7000Gs(7000×10-4T)的磁场中,磁化强度逐渐接近于磁饱和,细钢毛的磁化强度约为1040kA/m(13000Oe),此时达到了最高饱和磁化强度。因此,若以半径为10μm数量级的钢毛能够产生107Oe/cm(105T/m)磁场梯度。 螺线管线圈的高度等于分选箱的高度者称为“短线圈”,螺线管的高度比分选箱高50%~100%称为“长线圈”。相对短线圈而言,常线圈平均直径小些,所以常线圈与同匝数短线圈比,导线用量少,这就可以节约铜线

分选原理
    高梯度磁选通常在流体介质中进行,颗粒除受到磁力的作用外,还受到与磁力相竞争的各种机械力(重力、离心力、摩擦力以及流体动力阻力等)的作用。在细颗粒情况下,最重要的竞争力是流体动力阻力。

    在高梯度磁选中,细铁磁线磁场梯度比球组成的梯度高得多。因此钢毛获得的磁力最大,磁力作用范围小,即有效历程最短,约为0.1mm,而齿板的有效l 力程约为1mm,球的有效历程最大,大于1mm.由此可知钢毛捕收磁
  • 应用实例和指标
    从高岭土中脱除铁杂质(如赤铁矿颗粒)是该机应用的突出例子。美国生产高岭土产品中很大部分经过高梯度处理的。英国、德国、捷克和波兰等国的高岭土选矿也采用这种磁分离新技术。在我国高岭土处理中也得到普遍的应用,如我国某矿采用2JG-200-400-2T周期式高梯度磁选机处理高岭土,得到直白哦如下:原矿含w(Fe2O3)=2.6%左右,经一次磁分离获得产率为80%~90%,含w(Fe2O3)=0.2%~0.63%的泥精矿,达到国家一级标准。

    应用高梯度磁选,处理净化钢厂废水,用此种方法处理市区污水和工业废水,黑钨、钽铌等矿的分离均有较好的效果和远景。
    Sala-Hgms转环式高梯度磁选机是连续式高梯度磁选机的代表之一。这种磁选机是在周期式高梯度磁选机的基础上发展的,它的磁体结构工作特点与周期式相似。但主要是提高了磁体的负载周期率,负载周期率是给矿时间除以一周期的总时间。显然周期式设备的负载周期率岁加工物料中磁性成分含量的不同而不同,处理高岭土和废水的负载周期率在90%以上,分选铁矿时负载周期率小于50%。负载周期率越低,磁体的利用率也就越低,而连续式设备的负载周期率为100%。由于连续式磁体的投资比周期式磁体高几倍,因此一般负载周期率低于50%,磁性物料含量低于2%时,可采用周期式设备,否则就应选用连续式设备。

设备结构
    萨拉(Sala)型连续式高梯度转换磁选机主要由分选环、马鞍形螺线管线圈(磁体)、铠装螺线管线圈铁壳和介质箱等部分组成。
    分选环为一转环,它由非磁性材料组成。环内分成若干分选室,分选室内装有钢毛或钢板网作为分选介质。转环的上下端有一种独特的密封装置,这种装置可控制液面并使钢毛淹没在矿浆中,得到与周期式设备形同的分选效果。分选环的直径、宽度、高度有各种不同的规格,目前环最大直径为10m。
    磁系(磁体)——马鞍形螺线管磁体是区分于常规湿式强磁选机的主要部分,它由上下对称的马鞍形螺线管线圈组成,这种磁体是用一对两端翘起的螺线管线圈,相对装载马鞍形铁壳腔内组成磁极,分选环穿过该磁极的空腔旋转。磁场方向与矿流平行,分选介质的轴向与磁场方向垂直,因而钢毛上下表面上的磁力最大,流体阻力最小,容易将磁性颗粒捕集在钢毛上、下表面上。马鞍形螺旋管线圈一般采用空心铜管线绕成,通以低电压高电流,水冷降温。

分选过程
    矿浆从上部给入,通过操控进入分选区,非磁性矿粒随矿浆流穿过介质的缝隙,然后离开磁化区域,到达磁场基本为零的冲洗区域被冲洗下来成为精矿。
  • 应用实例
    巴西某铁矿:处理Jones机给矿的水利旋流器脱泥溢流(-30μm),当时无法处理,只做堆存。后采用两台Sala型高梯度环式磁选机,就能获得含铁w(Fe)=60%~67%,回收率为63%~71%的铁精矿。又如某厂用该机处理原矿含铁w(Fe)=52%,不脱泥用一次开路磁选,获得含铁w(Fe)=68%,回收率达98%的铁精矿。
    我国目前已生产CHG-10型(分选环直径1m)和LG-1700型(分选环直径1.68m)两种连续式高梯度磁选机,前者对碳酸锰原泥和尾泥、赤铁矿、钨矿进行了试验,均取得较好的效果;后者处理某铁矿旋流器的一流,采用一粗一扫流程,取得含铁为w(Fe)=52%~53%,回收率70%的可喜指标。
    该机用于降低煤中的灰分和含硫量也是成功的。如对-20+200目的煤做试验,去掉大部分灰分,回收率超过90%。在煤中湿法脱硫,煤是反磁性物质,其比磁化系数在(0.42-0.77)×10-6cm3/g。
     煤中硫的赋存形式:一种是含硫矿物,可用物理方法除去,另一种是有机硫,只能用化学方法除去。用高梯度多段脱硫率(浓度约30%)达(18.8~44.8)%,对无机硫脱硫率最高可达85%,采用这种方法脱硫比其他方法成本低。
    该机在铜-钼分离中,获得较好的效果。黄铜矿、黄铁矿以及很多脉石矿物是顺磁性,辉钼矿却是反磁性,因此,在高梯度磁选机中可将辉钼矿与其他矿物分离。其方法是在第磁场中获得非磁性产品,经浓缩后用高场强进行二次磁选,能获得较好的指标。这比其他方法经济,也没有污染问题。
    该机在为长石-石英浮选给矿除杂中,获得较好的效果。也没有堵塞现象,用常规磁选机堵塞现象严重。铜-镍浮选尾矿中生产斜长石,斜长石含w(Al2O3)=29%,因在美国铝资源很少,用一台转环直径为10m的Sala高梯度磁选机,每小时处理浮尾770t,原矿(浮尾)含w(Al2O3)=19%,w(Fe2O3)=8.3%,采用一次开路磁选,获得w(Al2O3)>28%,回收率82%的精矿。
 
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