【采矿课件】第四篇磁电选矿(nxpowerlite)

第四篇磁电选矿主要内容：磁选技术：◆磁选基本原理◆磁选设备◆磁流体分选技术◆磁选实践电选技术：◆电选基本原理◆电选机◆电选工业应用第一章磁选技术1.1磁选基本原理一、概述磁选是在不均匀磁场中利用矿物之间的磁性差异而使不同矿物实现分离的一种选矿方法。磁选法广泛地应用于黑色金属矿石的分选、有色和稀有金属矿石的精选、重介质选矿中磁性介质的回收和净化、非金属矿中含铁杂质的脱除、煤矿中铁物的排除以及垃圾与污水处理等方面。高梯度磁选机是20世纪70年代发展起来的一项磁选工艺，它能有效回收磁性很弱、粒度很细的磁性矿粒。近年来，将高梯度技术和超导技术结合起来，又研制出高梯度超导磁选机。磁流体分选作为磁选的一门新兴学科，其分选理论、磁流体的制备及分选设备尚在不断完善阶段。1.1磁选基本原理二、磁选原理磁场是物质的特殊状态，并显示在载电导体或磁极的周围。描述磁场大小和方向的物理量有磁感应强度B和磁场强度H。磁感应强度与磁场强度间存在如下关系：B=μH（1-1-1）当磁介质被置于磁场中时，由于磁场的作用而磁化，从而在介质内产生磁矩。单位体积内的磁矩称为磁化强度，是表征磁介质磁化程度的物理量。磁介质中某点的磁化强度M与该点的磁感应强度成正比，在国际单位制中表示为：M=kB/μ=kH（1-l-2）1.1磁选基本原理物质的体积磁化率与其本身密度的比值，称为物质的比磁化率(系数)，即：χ=κ/δ（）(1-1-3）在磁介质中，磁场中任意点处的磁感应强度，除了原磁场外，还应包括磁介质磁化后产生的附加磁场。因此，在有磁介质的磁场中，任一点的磁感应强度B、磁场强度H、磁化强度M之间存在如下关系：B=μ0(H+M)（1-1-4）1.1磁选基本原理磁选是在磁选设备所提供的非均匀磁场中进行的。被选矿石进入磁选设备的分选空间后，受到磁力和机械力的共同作用，沿着不同的路径运动，对矿浆分别截取，就可得到不同的产品。磁性颗粒在磁选机中成功分选的必要条件是：作用在较强磁性矿石上的磁力F1必须大于所有与磁力方向相反的机械力的合力，同时，作用在较弱磁性颗粒上的磁力F2必须小于相应机械力之和。即F1F机1；F2F机2磁选的实质是利用磁力和机械力对不同磁性颗粒的不同作用而实现的。1.1磁选基本原理作用在磁性颗粒上的磁力，可由它在磁化时所获得的位能来确定，其位能可用下式求出：U=-（1-1-5）根据力学定律，作用在颗粒上的磁力可用颗粒位能的负梯度值来表示，即F磁=-gradU=grad当颗粒粒度不大时，可假定颗粒的体积磁化率在所占的体积范围内是个常数，其所占的体积内HgradH也近似为常数，则磁力F磁为：F磁＝μ0kVHgradH1.1磁选基本原理在磁选研究中常用比磁力的概念，它是作用在单位质量颗粒上的磁力。运用比力的概念可消除矿物颗粒中实际存在的空隙对磁力计算的影响。f磁=F磁/m=μ0ΧHgradH(1-1-6)磁场力的定义表明，磁选时，仅仅只有一个适宜的磁场强度是不够的，这个磁场还必须有一定的磁场梯度。这就是在前面强调的磁选是在一个非均匀的磁场中进行的原因。磁力或比磁力公式均表明，作用在磁选颗粒上的磁力决定于颗粒的磁性和磁选设备的磁场力HgradH。无论是提高磁场力或提高颗粒的比磁化率，都可以提高颗粒所受的磁力。1.1磁选基本原理三、矿物的磁性1.矿物的磁性磁性可看成是物质内带电粒子运动的结果，是物质的基本属性之一。自然界中各种物质都具有不同程度的磁性，大多数物质的磁性都很弱，只有少数物质才有较强的磁性。就磁性来讲，物质可分为三类：顺磁性物质逆磁性物质铁磁性物质1.1磁选基本原理典型的顺磁性、逆磁性、铁磁性物质的磁化强度和磁场强度间的关系，如图所示。顺磁性物质的上述关系是斜率为正的直线关系；逆磁性物质为负斜率直线关系；铁磁性物质为一渐近曲线，随磁场强度增大，物质磁化强度始变化很快，然后趋于平缓，最后达到饱和。值得注意的是，当磁场强度相当小的时候，磁化强度就趋于饱和值了。2.磁选中矿物的分类磁选中矿物磁性的分类不同于物质磁性的物理分类，通常，按比磁化率大小把所有矿物分成强磁性物、弱磁性矿物和非磁性矿物.强磁性矿物比磁化率,磁场强度达80～136kA/m的弱磁场磁选机中可以回收。弱磁性矿物比磁化，在磁场强度H=480～1840kA／m的磁选机中可以选出。非磁性矿物比磁化率,是目前难以用磁选法回收的矿物。1.1磁选基本原理1.1磁选基本原理3.强磁性矿物的磁性及其影响因素磁铁矿是典型的强磁性矿物，又是磁选所处理的主要矿石。磁铁矿的磁性特点有：①磁铁矿的磁化强度和磁化率很大，存在磁饱和现象，且在较低的磁场强度下就可以达到饱和；②磁铁矿的磁化强度、磁化率和磁场强度间具有曲线关系。磁化率随磁场强度变化而变化。磁铁矿的磁化强度除与矿石性质有关外，还与磁场强度变化历程有关；③磁铁矿存在磁滞现象，当它离开磁化场后，仍保留一定的剩磁；④磁铁矿的磁性与矿石的形状和粒度有关。1.1磁选基本原理1）磁铁矿的磁化过程某矿山磁铁矿的比磁化强度、比磁化率与磁场强度间的关系如图所示。从磁化曲线J=f(H)看，当磁场强度H=0时，磁铁矿的比磁化强度J=0。随着磁场强度的提高，磁铁矿的比磁化强度J开始缓慢增加，随后迅速增加，接着又缓慢增加，达到某一特定的值后不再变化，这一特定的点（3）称为磁饱和点，用Jmax表示。再降低磁场强度H，比磁化强度J随之减小，但并不是沿原来的曲线（0～1～2～3），而是沿高于原来的曲线（3～4）下降。当磁场强度降为0时，比磁化强度J并没有降到0，而是保留一定的数值，这一数值称为剩磁，用Jr表示。这种现象称为磁滞现象。如要消除剩磁Jr，需要对磁铁矿施加一个反方向的退磁场。消除剩磁Jr所施加的退磁场强度称为矫顽力，用Hc表示。1.1磁选基本原理1.1磁选基本原理2）磁铁矿的磁化本质磁铁矿的磁化本质，可以用磁畴理论解释。从磁畴在磁化过程中的变化规律看，在磁化前期，以磁畴壁移动为主，后期以磁畴转动为主。磁畴壁移动所需的能量较小，磁畴转动所需的能量较大。1.1磁选基本原理3）颗粒性质对磁性的影响除了磁场强度对矿物磁性的影响外，颗粒的形状、颗粒的粒度、强磁性矿物的含量和矿物的氧化程度等对磁性也有影响。1.1磁选基本原理A颗粒形状的影响组成相同、含量相同而形状不同的磁铁矿的比磁化强度、比磁化率与磁场强度的关系。不同形状的矿粒，在相同的磁场中被磁化时显示的磁性不同。1.1磁选基本原理将一个形状为椭圆形的磁铁矿石放人磁场强度为H。的均匀磁场中，则在磁铁矿石两端产生感应磁极，这个感应磁极与外加磁场方向相反，由于它的出现，便削弱了矿粒内部的磁场强度。1.1磁选基本原理称这个感应磁场为退磁场，退磁场强度以H退表示。因此，实际作用在矿粒上的有效磁场强度H有效为：式中:N是和矿粒形状有关的比例系数，称为退磁因子或退磁系数。尺寸比随尺寸比m增加，退磁因子逐渐减小。当尺寸比很小时，物体形状对退磁因子影响很大，而当尺寸比大于10时，物体的几何形状对退磁因子的影响基本没有。尺寸比小，导致矿粒内的退磁场强度增大，使实际作用在矿粒内的磁场强度减小，客观上造成了矿粒比磁化强度和比磁化率的减小。而尺寸比达10以上时，矿粒的退磁因子已很小，此时矿粒内部的退磁场强度便可忽略不计，可近似认为矿粒内部的磁场强就是外磁场的强度。1.1磁选基本原理1.1磁选基本原理B颗粒粒度的影响磁铁矿的比磁化率、矫顽力与其粒度的关系如图所示。随粒度的减小，矿粒的比磁化率也随之变小，矫顽力随之增大。C矿物氧化程度的影响磁铁矿在矿床中经长期氧化以后，局部或全部变成假象赤铁矿。随着磁铁矿氧化程度的增加，磁性减弱，比磁化率显著减小。D强磁性矿物含量的影响磁铁矿与脉石矿物的连生体，在生产过程中极容易混入磁性精矿中，影响精矿的质量。连生体的磁性与连生体的结构、磁畴强度和分选介质有关。连生体的比磁化系数与其中磁铁矿含量的关系如图3－1－8所示。1.1磁选基本原理1.1磁选基本原理4．弱磁性矿物的磁性及其影响因素与强磁性矿物相比，弱磁性矿物的磁性有明显的不同：①比磁化率小；②比磁化率大小只与矿物组成有关，与磁场强度及矿物本身的形状、粒度等因素无关；③弱磁性矿物没有磁饱和现象和磁滞现象，它的磁化强度与磁场强度间为直线关系；④若弱磁性矿物中混入强磁性矿物，即使量少也会对磁特性产生较大的影响。由弱磁性的矿物与非磁性矿物构成的连生体，其比磁化率大致与弱磁性矿物的含量成正比，连生体的比磁化率等于各矿物比磁化率的加权平均值。对于弱磁性铁矿物，可以通过磁化焙烧的方法人为地提高它们的磁性。1.2磁选设备一、概述磁选机的结构多种多样，分类方法也比较多。通常根据以下特征来分类。（1）根据承载介质的不同，磁选机可分成干式和湿式两种：（2）根据磁选机磁场强度的高低，磁选机分成弱磁场磁选机和强磁场磁选机两大类：①弱磁场磁选机。②强磁场磁选机。（3）根据磁性矿粒在磁场中的行为特征可分为：①有磁翻转作用的磁选机。②无磁翻转作用的磁选机。1.2磁选设备（4）根据给入物料的运动方向和从分选区排出分选产品的方法可分为：①顺流型磁选机。被选物料和非磁性矿粒的运动方向相同，而磁性矿粒偏离此运动方向。②逆流型磁选机。被选物料和非磁性矿粒的运动方向相同，而磁性产品的运动方向与此方向相反。③半逆流型磁选机。被选物料从下方给入，而磁性矿粒和非磁性矿粒的运动方向相反。（5）根据排出磁性产品的结构特征可分为：圆筒式、圆锥式、带式、辊式、盘式和环式1.2磁选设备（6）根据磁场类型可分为：①恒定磁场磁选机；②旋转磁场磁选机；③交变磁场磁选机；④脉动磁场磁选机（7）根据产生磁场的方法，磁选机又可分为：永磁型磁选机、电磁型磁选机、超导型磁选机等。用于分选弱磁性矿石的磁选机一般采用电磁磁系，分选强磁性矿石的磁选机大都采用永磁磁系。1.2磁选设备二、磁选机常用磁性材料及其特性在各种磁性材料中，最重要的是以铁为代表的铁磁性材料，钴、镍、钇等也具有铁磁性。常用的铁磁性材料多是铁和其他金属或非金属的合金，以及某些含铁的氧化物。铁磁性材料的磁特性常用磁感应强度与外磁场强度之间关系的B=f（H）曲线来表示。材料的磁特性，不仅与磁场强度、温度和机械力有关，而且与磁化过程有关。材料磁化时可分成以下几种曲线。1.2磁选设备1）起始磁化曲线起始磁化曲线是外磁场H单调增加时得到的曲线，如图所示。铁磁性材料的起始磁化曲线的共同点是曲线由陡峭段和平坦段组成。陡峭段对应于易磁化的特征，而平坦段对应于难以磁化的特征。1.2磁选设备2）磁滞回线当磁场强度H在正负两个方向上往复变化时，材料的磁化过程经历了一个循环的过程，见图3－2－2。闭合曲线叫做磁滞回线。如果材料在磁化曲线两端都达到饱和，所得回线就叫做饱和磁滞回线或主磁滞回线。1.2磁选设备3）正常磁化曲线磁场H的循环范围逐渐缩小，所得一系列磁滞回线的顶端的轨迹就是正常磁化曲线，见图。这一曲线可以复制，能说明材料的磁性。正常磁化曲线和起始磁化曲线的形状很相似。1.2磁选设备从上述三种B=f（H）曲线及=f（H）曲线可以知道，材料的饱和磁感应强度、剩余磁感应强度、矫顽力及相对磁导率等，它们是标志磁性材料的磁特性参数。磁性材料通常用作磁导体、永久磁铁和特殊磁性元件。用途不同，需要材料的磁特性参数不同。通常根据材料的基本磁特性参数将磁性材料分成两大类别：软磁性材料和硬磁性材料。含有稀土元素的永磁材料，其磁性能要比铁氧体和常用合金磁体高得多，已可用作永磁强磁选机的磁源材料。永磁体采用的磁性材料为硬磁性材料，具有的剩余磁感Br高、矫顽力Hc大，这两者也就决定了单位体积的磁能积（BH）max大。剩余磁感Br值表征提供永磁体磁感应强度的能力，矫顽力Hc值表征保持磁感应强度不衰减的能力。1.2磁选设备三、磁选机的磁系磁选机中产生磁场的磁源叫磁系。根据磁系中磁极的配置方式，可将磁系分成开放磁系和闭合磁系。1）开放磁系所谓开放磁系是指磁极在同一侧作相邻配置且磁极之间无感应磁介质的磁系。按磁极的排列方式分为曲面磁系和平面磁系两种。根据磁场的基本特性可知，开放磁系磁场中任意一点（x，y）的磁场强度为：2）闭合