超导磁分离综述论文

华东师范大学

复杂体系分离与分析

期中论文

题目：超导磁分离技术

组号：8

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2015/11/21

摘要：超导磁分离技术是磁分离技术中一种新的发展方向，根据超导体的某些特性，可有效处理高梯度磁分离技术面临的发展瓶颈。本文先介绍了磁分离技术的概要，并着重阐述了超导磁分离技术的技术原理和设备，及其在污水处理等各领域的实际应用情况，分析了超导磁较之传统磁分离技术的优越性。

关键词：超导磁分离技术；磁分离技术；高梯度磁分离技术；污水处理

1 引言

磁分离技术是一种将物质进行磁场处理的技术，随着磁体技术的发展，磁分离技术的发展也经历了四大阶段——弱磁选、强磁选、常规高梯度磁选以及超导磁选阶段。超导磁分离技术是七十年代初步发展起来的新兴技术，其采用超导磁体代

替磁分离装置中的常规磁体。与常规磁分离技术相比，超导磁分离技术具有体积小、重量轻、节省电能、生产能力大、场强高等特征优势。以往用于磁分离的磁体大多为普通电磁体或永久磁体，所提供的磁场在 1 T 左右，磁分离效果不是很明显。磁体的磁场强度是影响磁分离效率的重要参数，随着超导技术的发展，采用超导材料绕制的超导磁体可获得高磁场，磁场强度很容易达到 3 T 甚至更高，而且能在较大的空间范围内提供强磁场及高梯度磁场，用于磁分离可显著提高处理量。

因此，超导磁分离技术有着更为广泛的研究和应用范围，其在矿石选矿、煤的脱硫、工业和生活污水的处理等方面都已有了广泛的研究和应用。作为一种能够发挥巨大经济效益的、洁净节能的新兴技术，超导磁分离技术的应用研究具有重大社会意义。

2 磁分离技术概述

2.1 磁分离技术简介

磁场本身是一种具有特殊能量的场，经磁场处理过的水或水溶液，其光学性质、导电率、介电常数、粘度、化学反应及表面张力和吸附、凝聚作用及电化学效应等方面的特性都产生了可测量的变化，并且当撤掉磁场后，这种变化能保持

数小时或数天，具有记忆效应。由于这些现象的存在，多年来磁技术一直是研究热点。

磁分离技术是将物质进行磁场处理的一种技术，该技术的应用已经渗透到各个领域，该技术是利用元素或组分磁敏感性的差异，借助外磁场将物质进行磁场处理，从而达到强化分离过程的一种新兴技术。随着强磁场、高梯度磁分离技术的问世，磁分离技术的应用已经从分离强磁性大颗粒到去除弱磁性及反磁性的细小颗粒，从最初的矿物分选、煤脱硫发展到工业水处理，从磁性与非磁性元素的分离发展到抗磁性流体均相混合物组分间的分离。作为洁净、节能的新兴技术，磁分离将显示出诱人的开发前景。

近几年磁力分离法已成为一门新兴的水处理技术。磁分离作为物理处理技术在水处理中获得了许多成功应用，显示出许多优点。磁分离利用废水中杂质颗粒的磁性进行分离，对于水中非磁性或弱磁性的颗粒，利用磁性接种技术可使它们具有磁性。借助外力磁场的作用，将废水中有磁性的悬浮固体分离出来，从而达到净化水的目的。与沉降、过滤等常规方法相比较，磁力分离法具有处理能力大、效率高、能量消耗少、设备简单紧凑等一系列优点，它不但已成功应用于高炉煤气洗涤水、炼钢烟尘净化废水，轧钢废水和烧结废水的净化，而且在其它工业废水、城市污水和地皮水的净化方面也很有发展前途。

2.2 磁分离技术基本原理与分类

磁选技术主要用于分选磁性不同的物质。被选物料在磁选机中成功分选的必要条件是：作用在较强磁性颗粒上的磁力F1必须大于所有与磁力方向相反的机械力F2（包括惯性力、重力、摩擦力、颗粒间作用力等）的合力，同时，作用在较弱磁性颗粒上的磁力F1′必须小于相应机械力之和F2′。在磁选中被选颗粒所受磁力可表示为：

F1=μ0kVHgradH（1）

其中，μ0为真空磁导率，k 为比磁化率，V 为颗粒的体积，HgradH为磁场强度与其梯度的乘积。在被分选物的粒径一定的情况下，磁力大小决定于颗粒的磁性和磁选设备的磁场性质HgradH。在实际磁选过程中，往往通过提高磁选设备的磁场强度和磁场梯度等参数提高磁性颗粒所受的磁力。另一提高磁选效果的方法是通过物理化学方法改变被分选物的磁性质，如磁种分选法等。

磁分离技术是借助磁场力的作用，对不同磁性的物质进行分离的一种技术。一切宏观的物体，在某种程度上都具有磁性，但按其在外磁场作用下的特性，可分为三类：铁磁性物质、顺磁性物质和反磁性物质。其中铁磁性物质是我们通常可利用的磁种。各种物质磁性差异正是磁分离技术的基础。磁分离法按装置原理可分为磁凝聚分离、磁盘分离和高梯度磁分离法三种。按产生磁场的方法可分为永磁分离和电磁分离（包括超导电磁分离）。按工作方式可分为连续式磁分离和间断式磁分离。按颗粒物去除方式可分为磁凝聚沉降分离和磁力吸着分离。

3 超导磁分离技术概述

3.1 技术原理

非磁性以及弱磁性物质在普通磁场下受到的磁力较小，分离效果不甚理想，这类物质的磁分离只有在高梯度、高场强的磁场下才有其实际应用价值；而提高磁场强度一般需要通过改进磁体结构或者更新磁体材料的方法实现。超导体在某一临界温度下电阻即为零，具有完全的导电性，导电性能大大提高，可以传输大电流，从而得到很高的磁场强度。超导体在超导磁分离技术中的应用和发展进一步改进了对非磁性物质的磁分离效果。在实际磁选工作中，往往可以通过提高磁选设备的磁场强度和磁场梯度等参数来提高磁性颗粒物所受的磁力，从而提高分选效果。此外，通过物理化学方法改变被分选物的磁性，如磁种分选法，也可以提高分选效果。磁种主要是为处理弱磁性和非磁性污染物而向水中添加的磁性材料，主要有絮凝磁种、生物磁种和催化磁种。磁种分选法主要应用在污水处理领域。

3.2 磁分离设备

3.2.1 高梯度磁分离器

高梯度磁分离（ High Gradient MagneticSeparation，HGMS）是1970年代初在美国发展起来的一种新的磁分离技术，也是现代磁分离技术的一个标志。它的应用已超越了磁选的传统对象（处理磁性矿物）而进入给水处理、废水处理、废气治理、废渣处理等环境保护领域。HGMS与其他普通磁分离技术相比，它能大规模、快速地分离磁性微粒，并可解决普通磁分离技术难以解决的许多问题，如：