第七講 磁電選

第七講磁

電

選礦

一.概述

磁選是在不均勻磁場中利用礦物之間的磁性差異而使礦物實現(xiàn)分離的一種選礦方法。

注意：（1）磁選必須是在非均勻磁場中進行

（2）分選礦物要有磁性差異

一.概述

磁選法廣泛地應用于黑色金屬礦石的分選、有色和稀有金屬礦石的精選、重介質(zhì)選礦中磁性介質(zhì)的回收和凈化、非金屬礦中含鐵雜質(zhì)的脫除、煤礦中鐵物的排除以及垃圾與污水處理等方面。磁選技術(shù)工業(yè)應用鐵、錳礦石提高礦石的品位，降低二氧化硅和有害雜質(zhì)含量。重介質(zhì)回收重介質(zhì)懸浮液的凈化回收非金屬礦用于高嶺土脫除含鐵雜質(zhì)。有色金屬及稀有金屬礦脫除重選黑鎢粗精礦中的錫石。鉭、鈮礦物除鐵。環(huán)境工程鋼渣及廢金屬回收醫(yī)學分離血液中的紅血球等2.發(fā)展歷程19世紀末期：美國、瑞典：電磁筒式磁選機。20世紀初：濕式筒式磁選機問世。60年代：Jones強磁選機在英國面世，采用多層聚磁介質(zhì)板（技術(shù)突破）。70年代以后：高梯度磁選機、高梯度超導磁選機。磁流體分選作為磁選的一門新興學科，其分選理論、磁流體的制備及分選設備尚在不斷完善階段。3.磁性的基本原理磁選過程3.磁性的基本原理在磁選機中，能使磁體產(chǎn)生磁力作用的空間，稱為磁選機的磁場。磁場可分為均勻磁場和非均勻磁場。均勻磁場中各點的磁場強度大小相等,方向一致。非均勻磁場中各點的磁場強度大小和方向都是變化的。3.磁性的基本原理磁場的非均勻性用磁場梯度來表示。磁場強度隨空間位移的變化率叫磁場梯度。dH/dx，gradH。礦物顆粒在均勻磁場中只受轉(zhuǎn)矩的作用，使它的長軸平行于磁場方向；在非均勻磁場中，礦粒不僅受到轉(zhuǎn)矩的作用，還受到磁力的作用。磁場力f

磁＝μ0kVHgradH4.礦物的磁性（1）分類礦物的磁性是礦物磁選的依據(jù)。物理學中常把物質(zhì)劃分為：逆磁性、順磁性和鐵磁性（亞鐵磁性、反鐵磁性）三大類。在礦物磁選中，常常按照磁化難易程度（比磁化系數(shù)大?。﹣韯澐郑譃椋簭姶判晕镔|(zhì)、中磁性物質(zhì)、弱磁性物質(zhì)和非磁性物質(zhì)。4.礦物的磁性強磁性礦物：比磁化系數(shù)大于3000×10-8米3/千克。如磁鐵礦、磁黃鐵礦、磁赤鐵礦及鋅鐵尖晶石等礦物。該類礦物分選用弱磁選設備（7200~136000A/m）既能進行有效分選。屬于易選礦物。4.礦物的磁性中磁性礦物：比磁化系數(shù)為（500-3000）×10-8米3/千克。如半假象赤鐵礦、某些鈦鐵礦、鉻鐵礦等。該類礦物分選用中場強磁選設備（16000~48000A/m）既可進行選別。4.礦物的磁性弱磁場礦物：比磁化系數(shù)為（15-500）×10-8米3/千克。如，赤鐵礦、褐鐵礦、軟錳礦、硬錳礦、菱錳礦、金紅石、黑鎢礦等。該類礦物選別需采用強磁選（48000~1600000A/m）進行回收。4.礦物的磁性非磁性礦物：比磁化系數(shù)為（<15）×10-8米3/千克。如，方解石、長石、螢石、方鉛礦、石英、重晶石、白鉛礦等。這類礦物在目前的磁選機所能達到的磁場強度尚不能選出。4.礦物的磁性

（2）增加磁性的方法磁化焙燒按其原理可分為還原焙燒、中性焙燒和氧化焙燒。①還原焙燒(用于赤鐵礦和褐鐵礦)

赤鐵礦還原后的產(chǎn)物Fe3O4，若在還原氣氛中冷卻到室溫，最終產(chǎn)物是Fe3O4。若在還原氣氛中冷卻到300℃－400℃，再在室溫中冷卻，最終產(chǎn)物是磁磁鐵礦γ-Fe2O3。4.礦物的磁性②中性焙燒(用于菱鐵礦)③氧化焙燒(用于黃鐵礦)4.礦物的磁性改變礦物表面磁性的方法：堿浸磁化和磁種磁化①堿浸磁化：堿浸磁化屬于表面化學法，針對對于礦物構(gòu)成復雜的菱鐵礦，在菱鐵礦表面覆蓋強磁性的氧化鐵成份，故磁化率增加。

3FeCO3+2NaOH=Fe(OH)2+2Na2CO33Fe(OH)2+O2=Fe3O4+H2O2Fe(OH)2+O2=γ-Fe2O3+H2O②磁種磁化

磁種：選擇性吸附到某種目的礦物的表面上，并能夠提高其磁種的細粒分散、強磁性物質(zhì)。磁種磁化，是在一定的條件下調(diào)整礦漿，并在礦漿中加入磁種，使其選擇性吸附于目的礦物上并提高目的礦物磁性的過程。磁種選擇：細磨的磁鐵礦，粒度5-0μm。礦漿調(diào)整應加入電解質(zhì)或者表面活性劑或高分子絮凝劑，以增加磁種的選擇性吸附作用。5.磁選設備磁選設備包括磁選機、磁力脫水槽、磁分析器、預磁器及脫磁器等。磁選機是主要的磁選設備。磁選機分類標準分

類承載介質(zhì)不同干式、濕式磁選機磁場強度的高低弱磁場磁選機、強磁場磁選機槽體結(jié)構(gòu)形式順流型、逆流型、半逆流型磁選機機體外形圓筒式、圓錐式、帶式、輥式、盤式、環(huán)式磁場類型恒定磁場磁選機、旋轉(zhuǎn)磁場磁選機、交變磁場磁選機、脈動磁場磁選機產(chǎn)生磁場的方法永磁型、電磁型、超導型磁選機等5.1

弱磁場磁選設備

5.1.1干式弱磁場磁選機

（1）除鐵器除鐵器屬于安全設備，主要用來除去物料流里夾雜的鐵塊或鐵屑，有電磁和永磁兩種。

（2）磁滑輪磁滑輪，又稱磁力滾筒，有電磁和永磁兩種。永磁滑輪應用較廣。主要部分：由鍶鐵氧體組成磁包角360°的多極磁系（磁極沿著圓周方向NS交替排列）；由非導磁材料制成的旋轉(zhuǎn)圓筒。5.1.1干式弱磁場磁選機

應用：主要用于磁鐵礦選廠粗碎或中碎后的粗選作業(yè)中，選出部分廢石，即通常所說的“粗粒拋尾”，以減輕后續(xù)作業(yè)的負荷，降低選礦成本。另外在赤鐵礦焙燒還原后的選別中也常采用。5.1.1

干式弱磁場磁選機（2）磁滑輪

磁系特點：磁系多、極距小、磁系包角270度，磁極沿著圓周方向極性交替排列，沿軸向極性一致。應用：在北方缺水地區(qū)可與干式磨礦結(jié)合進行分選。5.1.1

干式弱磁場磁選機

（3)干式筒式磁選機（一）永磁筒式磁選機永磁筒式磁選機廣泛用于磁鐵礦分選、磁性加重介質(zhì)回收及為濕式強磁選給礦作準備。根據(jù)槽體結(jié)構(gòu)形式的不同，濕式圓筒磁選機有三種槽體結(jié)構(gòu)形式：順流式、逆流式和半逆流式，如圖所示。

5.1.2

濕式弱磁場磁選機濕式永磁筒式磁選機Ф1050×2100Ф1050×3000半逆流型弱磁選機

(1)CTS永磁筒式磁選機

槽體結(jié)構(gòu)為順流型（見圖）。給礦方向與圓筒的旋轉(zhuǎn)方向相同.非磁性礦粒和磁性很弱的礦粒由圓筒下方的兩板之間的間隙排出，磁性礦粒被吸在圓筒表面上，隨圓筒一起旋轉(zhuǎn)，到磁系邊緣的低磁場區(qū)排出。常用于處理粒級為5mm以下較粗的磁性礦粒的粗選,運轉(zhuǎn)可靠性高，功耗低，但無法獲得最大回收率和最佳精礦質(zhì)量。

5.1.2

濕式弱磁場磁選機(2)CTB半逆流型筒式磁選機

磁性產(chǎn)品移動方向和圓筒旋轉(zhuǎn)方向相同，非磁性產(chǎn)品移動方向和圓筒移動方向相反。給礦從底部導入，磁性礦粒吸附在圓筒表面，在槽體下部的給礦區(qū)安置有噴水管，受到洗滌水的清洗，有利于礦漿的懸浮、清洗和提高分選指標。槽體溢流采用礦漿水平控制。給礦口距磁性產(chǎn)品和非磁性產(chǎn)品卸礦處都較遠，給礦區(qū)懸浮和清洗作用好，有利于獲得高品位精礦。給礦礦漿流和磁力方向一致，尾礦在排出前經(jīng)過場強較強的掃選區(qū)，獲得的精礦回收率也較高。5.1.2

濕式弱磁場磁選機5.2.1干式強磁場磁選機

干式強磁選機有感應輥式、盤式、筒式和永磁輥式四類。

1)感應輥式磁選機結(jié)構(gòu)：由電磁系統(tǒng)、分選系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)組成，為了減少渦流發(fā)熱和傳動功率，輥子用薄的導磁鋼片和非磁性圓片交替疊成。給礦粒度：－2＋0.1mm應用：回收海濱砂礦的鈦鐵礦、黑鎢礦的精選。

5.2

強磁場磁選機

2)盤式磁選機應用：稀有金屬礦的粗精礦的精選（鎢、鈦、鋯英石、獨居石）

5.2

強磁場磁選機5.2.1干式強磁場磁選機5.2.2濕式強磁選機

1)濕式感應輥式強磁選機

CS—1型電磁感應輥式強磁選機是我國研制的雙輥濕式強磁選機，主要用于錳礦石和鐵礦石生產(chǎn)。2)瓊斯型濕式強磁選機結(jié)構(gòu)：磁導體、密封罩保護的勵磁線圈、裝有分選箱的轉(zhuǎn)環(huán)、給礦和給水裝置、精礦的清洗、高壓沖洗機構(gòu)、排礦機構(gòu)和傳動機構(gòu)。應用：選分細粒弱磁性礦石，特別是在鐵礦分選中（細粒赤鐵礦）

5.2.2濕式強磁選機

5.3高梯度與超導磁選設備5.3.1高梯度磁選機（HGMS）高梯度磁選機特點：①通過整個工作體積的磁化場（背景磁場）是均勻磁場。充填鋼毛介質(zhì)后產(chǎn)生非均勻磁場，在工作體積中任何一個顆粒經(jīng)受的磁力相等.②磁化場均勻通過工作體積，介質(zhì)均勻磁化，在磁化空間的任何位置，梯度可達107Gos/cm（對于鋼毛介質(zhì)而言），比Jones機提高了10-100倍（2×105），大大提高了磁力，使得微細弱磁性顆?？梢缘玫接行Щ厥眨ㄏ孪?um）5.3高梯度與超導磁選設備5.3.1高梯度磁選機（HGMS）高梯度磁選機特點：③介質(zhì)所占空間大為降低，高梯度磁選機介質(zhì)充填率僅為5-12％（一般為50-70％），提高分選區(qū)利用率，處理量大。④介質(zhì)輕，傳動負荷輕。應用的重點領(lǐng)域：高嶺土提純、水處理、煤脫硫技術(shù)、弱磁性礦物分選5.3.2超導磁選機

磁選機的主要磁性材料——鐵磁性物質(zhì)受磁飽和現(xiàn)象和線圈溫度的限制，最大磁場強度通常不超過1600kA/m(20000Oe）。要突破這一極限，只有把磁性材料由鐵磁體改為超導體。某些物質(zhì)在溫度降至絕對零度時（-273.15°C），電阻突然消失，這種現(xiàn)象稱為超導現(xiàn)象，具有超導現(xiàn)象的物質(zhì)稱為超導體。當超導材料處于超導狀態(tài)時，電阻為零，故在一根很細的導線內(nèi)，能通過很大的電流，沒有熱損耗，從而獲得超過2T的磁場。超導元素：超導元素在元素周期表中相當普遍，但是鐵、鈷、鎳等強磁性金屬和銅、金、銀等良導體不是超導元素。一些導電性差的元素如鈮、鋯、鈦卻是超導元素，在超導元素中以鈮（Nb）的臨界溫度最高（9.2K）。超導材料：分為超導合金和超導化合物。鈮－鈦合金和超導化合物鈮三錫（Nb3Sn）、釩三鎵（V3Ga）目前廣泛使用。5.3.2超導磁選機電選部分同種電荷互相排斥站在絕緣椅子上的女孩觸摸帶電的起電機后，帶上了與起電機相同種類的電荷，她的頭發(fā)也帶上了同種類的電荷，相互排斥，因此頭發(fā)都炸開了！一二三電選基本原理四電

選設備與應用

主要內(nèi)容礦物的電性質(zhì)顆粒帶電方式五電選影響因素一、礦物的電性質(zhì)礦物的電導率電導率γ，其物理意義是長度為1cm、截面積為1cm2的礦物的導電能力，表示電子在礦物體中移動的難易程度，電導率的單位是Ω-1·cm-1或者S/cm。根據(jù)電導率的大小，將礦物分為三類：1導體礦物：γ=104-105Ω-1·cm-1，如自然銅、石墨。2半導體礦物：γ=10-10-102Ω-1·cm-1，如硫化礦、金屬氧化礦等。3非導體礦物：γ＜10-10Ω-1·cm-1，如硅酸鹽、碳酸鹽礦物。一、礦物的電性質(zhì)礦物的電導率導體礦物，是它們在電場中吸附電子以后，電子能在其顆粒表面自由移動，或者在高壓靜電場中受到電極感應后，能產(chǎn)生可以自由移動的正負電荷。非導體礦物，在電暈電場中吸附電荷以后，電荷不能在其表面自由移動或傳導；在高壓靜電場中正負電荷只是中心發(fā)生偏離，不能被移走，一旦離開電場，礦物立即恢復原狀，對外不表現(xiàn)正負電性。一、礦物的電性質(zhì)礦物的介電常數(shù)介電常數(shù)ε，描述礦物電性的指標之一。在無限大的均勻電介質(zhì)中，電場強度減小為真空中場強的1/ε倍，即E-在真空中的電場強度；導體礦物的介電常數(shù)ε≈∞；非導體礦物的介電常數(shù)ε＞1；半導體礦物的ε介于中間；真空（空氣）的介電常數(shù)最小，ε=1。E1-在電介質(zhì)中的電場強度。一、礦物的電性質(zhì)礦物的比導電度

比導電度指某種物料由非導體轉(zhuǎn)變成導體所需的電位差（臨界電壓）與石墨的臨界電壓（2800V）之比。石墨是良導體，電子流入或流出石墨所需要的電位差最低，國際上以此電位差值作為標準臨界電壓。例如，磁鐵礦成為導體的臨界電壓為7800V，則其比導電度為2.79，即是石墨臨界電壓的2.79倍。比導電度是衡量物料導電性的一個標志，比導電度越高，導電性越差。

一、礦物的電性質(zhì)根據(jù)礦物的比導電度可以確定電選時采用的最低分選電壓。根據(jù)礦物的電導率可以判斷用電選法對兩種礦物進行分選的的可能性：二者的電導率差別越大，越容易分離。兩種礦物的介電常數(shù)相差越大，越容易分離。一、礦物的電性質(zhì)舉例：石英與金紅石的電性質(zhì)對比礦物名稱化學成分密度g/cm3電導率Ω-1·cm-1介電常數(shù)比導電度整流性石英SiO22.5～2.810-17～10-124.2～5.03.17負金紅石TiO24.2～5.210-2～187～1733.03全分選石英和金紅石時，高壓電極必須為負極，使石英呈現(xiàn)非導體性質(zhì)，金紅石呈現(xiàn)導體性質(zhì)，進而達到兩者分離的目的。精美的金紅石集合體二、顆粒帶電方式直接傳導帶電當?shù)V粒直接和電極接觸時，導電性好的礦粒就獲得同電極極性一樣的電荷，從而被電極排斥。而導電性差的礦粒，則只能被電極極化而產(chǎn)生束縛電荷，靠近電極一端產(chǎn)生與電極相反的電荷，從而被電極吸引。利用礦粒的導電性差異在電極上表現(xiàn)不同的行為，可達到分離的目的。二、顆粒帶電方式感應帶電礦粒不與帶電體或電極接觸，在電場中受感應作用：

導電性好的礦粒在靠近電極的一端產(chǎn)生和電極極性相反的電荷，另一端產(chǎn)生相同的電荷，礦粒上的這種電荷是可以移走的，如移走的電荷和電極極性相同，則剩下的電荷便和電極極性相反，從而礦粒被電極吸引。

導電性差的礦粒雖處在同樣條件，卻只能被電極極化，其電荷不能被移走，因而不能被電極所吸引。二者運動軌跡產(chǎn)生差異，即可進行分離。

二、顆粒帶電方式電暈帶電在電暈放電電場中，不同性質(zhì)的礦粒因吸附空氣離子而得符號相同但數(shù)量不同的電荷，因而受到不同的電力作用，產(chǎn)生不同的運動軌跡，從而可以實現(xiàn)分離。電暈放電指氣體介質(zhì)在不均勻電場中碰撞電離，產(chǎn)生的電子和正負離子分別向相反電極移動，形成電暈電流，并伴有吱吱聲的現(xiàn)象。二、顆粒帶電方式摩擦帶電不同性質(zhì)的礦?；ハ嗄Σ粱蛘吲c給料設備表面摩擦，從而使不同性質(zhì)的礦粒帶上符號相反、數(shù)量足夠的電荷，這種帶電方式叫摩擦帶電。經(jīng)摩擦帶電的礦粒通過電場時，將分別被正、負電極吸引，從而實現(xiàn)分選。三、電選基本原理什么是電選？電選是基于被分離物料在電性質(zhì)上的差別，不同電性質(zhì)的顆粒在電選機電場中受到的電場力和機械力（重力、離心力等）的作用不同，從而具有不同的運動狀態(tài)而實現(xiàn)分選的一種物理選礦方法。礦物之間的電性差別：內(nèi)因，本質(zhì)。電選機提供電場使物料顆粒帶電電選的外部條件。1三、電選基本原理電暈-靜電復合電場分選示意圖三、電選基本原理當高壓直流負電通至電暈極和靜電極后，由于電暈極直徑很小，其附近形成很高的電場強度，于是電暈極向鼓筒方向放出大量高速運動的電子，這些電子撞擊空氣分子使之電離，正離子飛向負極，負離子飛向鼓筒產(chǎn)生電暈放電。這樣，靠近鼓筒一邊的空間都帶負電荷，靜電極則只產(chǎn)生高壓靜電場而不放電。三、電選基本原理入選物料均勻地給到鼓筒表面上并隨之進入電場。開始時導體和非導體礦粒都吸附負電荷，導體礦粒很快把負電荷通過鼓筒進行傳導，同時又受到高壓靜電場的感應，靠近靜電極的一端感生正電，靠近鼓筒的一端感生負電，負電又迅速地由鼓筒傳走，最終只剩下正電荷。帶正電的導體礦粒受到鼓筒排斥，再加上礦粒本身重力和離心力的作用，使它脫離鼓筒落下而成為導體產(chǎn)品；非導體礦粒所獲負電荷很難轉(zhuǎn)移，受到鼓筒的吸引而緊貼于鼓筒表面，隨鼓筒轉(zhuǎn)動至電場背面刷子刷下成為非導體產(chǎn)品；中等導電顆粒則在中間落下成為半導體中礦。四、電選設備與應用低壓靜電場電選機四、電選設備與應用四、電選設備與應用摩擦電選機物料進入摩擦荷電之前，先加溫到120-200℃，然后進入給礦槽中，使之互相摩擦并與槽底接觸碰撞,從而各自獲