磁选的基本原理.

第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程一、概述磁选：是在不均匀磁场中利用矿物之间磁性的差异而使不同矿物实现分离的一种选矿方法。磁选法广泛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、垃圾及污水处理等方面。第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程磁选方法及设备的发展：工业上应用磁选法选别磁性物质是在19世纪末，美国和瑞典制造出第一批用于干式磁选的电磁筒式磁选机。20世纪初，在瑞典出现了湿式筒式磁选机。高梯度磁选机是20世纪70年代发展起来的一项磁选工艺，它能够有效的回收磁性很弱、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，又研制出了高梯度超导磁选机。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。第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程二、磁学的概念磁场是物质的特殊形态，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（B）：磁场中某点的磁感应强度的大小，等于该点的导线通过每单位电流所受力的最大值，它的方向为放在该点的小磁针的N极所指的方向。磁场强度（H)：是指在任何介质中，磁场中某点的磁感应强度与同一点上磁介质的磁导率μ（表征磁介质磁性的物理量）的比值，H=B/μ第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程在国际单位制中，磁场强度B的单位为A/m(安培每米)，磁导率μ的单位为H/m（亨利每米）。在高斯单位制中，μ是一个纯数，所以磁场强度的量纲与磁感应强度的量纲是相同的，磁场强度的单位为Oe（奥斯特）。1Oe等于真空中磁感应强度为1Gs处的磁场强度，两种单位制之间的换算关系为1A/m=4π×10-3Oe第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程三、非均匀磁场和磁场梯度均匀磁场：各点的磁场强度的大小相等、方向相同，即H为常数；非均匀磁场：磁力线分布不均匀，磁场强度的大小和方向是变化的。磁场的不均匀程度可以用磁场梯度表示，即dH/dx或gradH。第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程磁场梯度的定义（gradH）：沿磁场强度最大变化率方向上，单位距离的磁场强度的变化率。磁场梯度的方向：磁场强度在该点处变化率最大的方向；磁场梯度的大小：这个变化率最大的数值。第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程磁场梯度的计算：磁场强度在最大变化率方向上的分布函数H（x），对此函数求导gradH，即可得到某点磁场梯度数值。第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程磁性颗粒在磁场中的受力：磁性颗粒在均匀磁场中的受力：只受转矩作用，转矩使其长轴平行于磁场方向，处于稳定状态；磁性颗粒在非均匀磁场中的受力：除受转矩作用外，还受磁力作用。磁力呈现引力作用，使颗粒向着磁场强度升高的方向移动，最后吸在磁极上。磁选设备分选空间中磁场的基本要求：不但要有一定的磁场强度，而且还要高的磁场梯度。第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程四、物体的磁化、磁化强度物质磁性产生的原因：原子是有磁性的，由原子或分子组成的物体也具有磁性。原子中各个电子产生的磁效应用原子磁矩表示，而分子产生的磁效应则用分子磁矩表示。第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程物体不受外磁场作用：由于分子的热运动使得分子磁矩的取向分散，其矢量和为零。物体受外磁场作用：分子磁矩沿外磁场方向取向，其矢量和不为零，从而显现磁性，这就是物质被磁化的本质。非磁性物质：并非绝对没有磁性，只是这种物体中的分子磁矩在磁场中的取向程度极小而已。第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程物质在磁场中的磁化强度：物体被磁化的程度用磁化强度M表示，磁化强度是单位体积物体的磁矩，即：M=∑Pm/V∑Pm——物体各原子（或分子）磁矩的矢量和V——物体的体积第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程物理意义：在磁感应强度为B的外磁场作用下，单位体积物体的磁矩，是一个体现在外磁场作用下物体被磁化程度的物理量，单位为A/m。磁性和体积都相同的甲乙两物体，在相同的外磁场中磁化，则磁化强度必然相同；反之必不然，但不能说一者比另一者的磁性强。第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程所以，对于质地均匀的物体常用单位外磁场强度使物体所产生的磁化强度来表示它的磁性，即κ0=M/Hκ0——物体的磁化系数或磁化率；表示物体被磁化难易程度的物理量。M——物体的磁化强度，A/m；H——外磁场强度，A/m。第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程比磁化系数或比磁化率χ0：单位磁场强度在单位质量物体上产生的磁矩（可消除物质内部空隙影响）χ0=∑Pm/（Vρ1H）=κ0/ρ1式中χ0——物体的比磁化率，m3/kgρ1——物体的密度，kg/m3物体的比磁化率和物质的磁性的关系？实际物质的质地往往是不均匀的第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程五、退磁场物体在外磁场中被磁化后，如果两端出现磁极，将在物体内部产生磁场，其方向与外磁场相反或接近相反，因而有减退磁化的作用，这个磁场叫退磁场。退磁场强度Hd在物体的内部是从N极到S极，恰好与外磁场的方向相反。在一般物体中，退磁场往往是不均匀的，因而使原来有可能均匀的磁化也会变成不均匀的，在这种情况下，磁化强度和退磁场之间不能找出简单的关系。第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程当磁化均匀时，产生的退磁场强度与磁化强度成正比，即Hd=-NMHd、M的单位相同，为A/m；N为退磁系数，其值取决于物体的形状。实际分选中的颗粒都是不规则的，所以N一般取0.16。第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程六、在磁介质中H、B、M之间的关系B=μH当电流的磁场中有磁介质时，磁场中任意一点的磁感应强度B，除了包括电流产生的磁场外，还应考虑磁介质磁化后，分子电流的附加磁场。B=μ0（H+M）κ0=M/HB=μ0（1+κ0）H令μr=1+κ0B=μ0H=μ0μrH=μH第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程七、磁性颗粒在非均匀磁场中所受的磁力作用在单位质量颗粒上的磁力——比磁力：fm=Fm/m=μ0pm△H/△Lm而pm=κ0H△v=χ0ρH△V代入上式则有：fm=μ0χ0HgradH单位为N/kg，gradH——磁场梯度HgradH——磁场力。第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程问题：1、看公式说明为什么磁选必须在非均匀磁场中进行？2、为什么强磁性物质必须在…磁选设备中进行磁选，而弱磁性物质在…..磁选设备中进行磁选？由式可以知道，作用在磁性颗粒上的磁力fm由反映磁性颗粒的比磁化系数χ0和反映所在磁场特性的磁场力HgradH两部分组成，无论是提高哪一方面都可以提高颗粒所受的磁力。第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程注意：计算颗粒的fm，一般采用颗粒中心处的磁场强度H，因此，只有磁场梯度gradH是常数，计算结果才是正确的。但实际中，设备分选空间的gradH不是常数，所以颗粒越小，计算误差也越小。磁力的方向：是沿磁场梯度的方向，即颗粒所受磁力的方向指向磁场梯度升高的方向。第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程1、磁选分离的基本条件磁选是根据物料中不同颗粒之间的磁性差异，在非均匀磁场中借助于颗粒所受磁力、机械力等的不同而进行分离的一种方法。物料在分选空间的受力：磁力和机械力（重力、摩擦力、流体阻力和惯性力等）。八、回收磁性颗粒所需要的磁力第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程f磁f机保证分选磁性颗粒和非磁性颗粒的条件是：Fm∑F机Fm——作用在磁性颗粒上的磁力∑F机——作用在颗粒上的与磁力方向相反的所有机械力的合力。第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程如果要分离磁性较强和磁性较弱的2种固体颗粒，则必须满足的条件为：F1m∑F机F2mF1m——作用在磁性较强颗粒上的磁力F2m——作用在磁性较弱颗粒上的磁力第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程2、回收磁性颗粒所需要的磁力磁性颗粒在磁场中分离有吸出型、吸住型和偏移型三种。第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程干式磁选分离中的机械力主要有：重力和离心惯性力湿式磁选分离中的机械力主要有：重力和流体对颗粒的阻力。第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程A、上面给料的干式磁分离所需要的比磁力作用在颗粒上的力有：重力G、筒皮对颗粒的摩擦力Ff、磁系对磁性颗粒的磁吸引力Fm、与磁力方向相反的离心惯性力Fc。磁分离的任务：将磁性颗粒或物料块吸在筒面或辊面上，非磁性颗粒或物料块在离心惯性力和重力作用下脱离辊面，实现分离。第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程由右图受力分析可知，重力在圆筒表面切线方向的分力会引起颗粒在圆筒表面的滑动，因此：Ff≥gsina或（Fm+gcosa-ν2）tgΦ≥gsinatgΦ：颗粒与筒面的摩擦系数；第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程Fm≥ν2/R+gsin（α-φ）/sinφφ——颗粒和筒面之间的静摩擦角从上式可以看出，对于给定的磁滑轮，在滚筒半径、旋转速度和摩擦角一定时，颗粒在不同的位置（即α角不同），所受的机械力也不同。要把磁性颗粒吸附在辊皮上所需的磁力也不同，因此要求出所需的最大磁力：Fm=ν2/R+g/sinφ第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程对于表皮较为粗糙的皮带，φ=30°或sinφ=0.5，因而有：Fm=ν2/R+2g此时颗粒所在位置的角度为α=120°，所需要的比磁力最大。注意：当颗粒的直径与辊筒半径相比不能够忽略时，Fm的计算公式参考P102公式7-36。第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程B、下面给料湿式磁分离所需要的比磁力湿式磁选时，介质对颗粒的阻力，特别是介质对微细粒的运动阻力是不能够忽略的，当浆体沿给料槽进入磁选机的工作区后，磁性颗粒的受力情况如图：Fm≥g(ρ1-1000)/ρ1+18μυ/(d2ρ1)+2hυ02/L2第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程影响磁力的因素：从上式中可以看出，在湿式磁分选过程中，吸出磁性颗粒所需要的磁力与颗粒的粒度、密度、浆体通过分选空间的平均速度等有关。颗粒的速度越小，密度越大，所需要的磁力也就越大。Fm≥g(ρ1-1000)/ρ1+18μυ/(d2ρ1)+2hυ02/L2第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程第一章磁选的基本原理资源与环境工程学院矿物加工工程