国内外高梯度磁分离技术的发展及应用_曾尚林

国内外高梯度磁分离技术的发展及应用
①
曾尚林,曾维龙
(长沙矿冶研究院,湖南长沙410012)
摘　要:介绍了国内外高梯度磁分离技术的发展历程。

综述了高梯度磁分离技术在细粒弱磁性物料、有色金属及硫化矿磁分离及环境工程、生物工程及其他领域的应用状况。

关键词:高梯度磁分离技术;应用;发展中图分类号:T D92
文献标识码:B
文章编号:0253-6099(2009)06-0053-04
Develop ment and Appli cati on of Hi gh Gradi entMagneti c
Separati on Techn i que at Ho me and Abroad
ZENG Shang 2lin,ZE NG W ei 2l ong
(Changsha R esearh Institute of M ining &M eta llurgy,Changsha 410012,Hunan,Ch ina )
Abstract:Devel opment of high gradient magnetic separati on technique at home and abr oad is intr oduced .App licati on of high gradient magnetic separati on technique is su mmarized in the magnetic separati on of fine weakly magnetic material,nonferr ous metal and sulfide,as well in envir on ment enginerring and bi oenginerring .Key words:high gradient magnetic separati on technique;app licati on;devel opment
高梯度磁分离技术是20世纪60年代末、70年代初发展起来的选矿分离技术,是一种根据物料磁性差异进行分离的物理选矿方法。

它利用有效的电和永磁体产生较强的背景磁场,同时通过聚磁介质产生较高的磁场梯度,对磁性颗粒的捕集能力大大增强,从而达到分离物料的目的。

随着高梯度磁分离技术理论和设备的不断发展,其用途越来越广,应用领域日益增加。

本文就高梯度磁分离技术的发展现状及应用进行简单的综述。

1　高梯度磁分离技术的发展现状
1967年8月,美国的I annicelli J 博士将Frantz 磁
选机的早期高梯度与Jones 磁选机的强磁场结合起
来,形成第一台高梯度磁选机的雏形[1]。

1972年,太平洋电机公司(PE MC )制成第一台PE M84周期式高梯度磁选机。

美国佐治亚洲和英国康沃尔郡曾用这种
磁选机提纯高岭土[2]。

1975年,萨拉磁力公司制造了第一台周期式高梯度磁滤机S ALA214-14-5用于处
理钢厂废水[3]。

周期式高梯度磁选机适用于处理磁性成分含量低的细粒物料,若磁性物含量高,则给料周期率低,设备的
生产率相应降低,而且粗粒物料容易沉积,影响分选效果,而连续式高梯度磁选机就可以避免上述问题。

自1972年到现在,萨拉磁力公司研制了Mark Ⅱ、Mark Ⅲ、S ALA -HG MS120、S ALA -HG MS185和S ALA -HG MS480型等多种转环式磁选机。

国内长沙矿冶研
究院等单位根据Jones 式平环高梯度磁选机也设计出更先进的SHP 平环高梯度磁选机。

选择性差和介质易堵塞等原因,使平环高梯度磁选机在工业应用上受到较大的限制。

为了获得更好的分选效果,第十五届国际选矿会议上出现了两种连续
作业的立环高梯度磁选机[4～5]
:一种是美国制造的永磁立环高梯度磁选机,称为铁轮磁选机(Ferr ours W heelMagnetic Separati on );另一种是捷克布拉格选矿所研制的VMS 双立环高梯度磁选机。

第十六届国际选矿会议上介绍了另一种在VMS 型上发展而成的
VMKS -1立环高梯度磁选机[6]。

这类磁选机采用了反冲磁性颗粒的方法,使粗颗粒不必穿过磁介质就能被冲洗出来,因而具有不易堵塞的优点。

但是,这些磁选机同时都存在磁介质机械夹杂、磁性产品品位难以提高的问题。

为了克服这些问题又研制了振动高梯度磁选机、脉动高梯度磁选机、振动2脉
①收稿日期:2009206223
作者简介:曾尚林(1982-),男,四川人,硕士,主要从事复杂难选矿工艺、磁选设备的研究工作。

第29卷第6期2009年12月
矿　冶　工　程
M I N I NG AND M ETALL URG I CAL ENG I NEER I NG
Vol .29№6
Dece mber 2009
动高梯度磁选机。

其中,国内研究最成功的是Sl on脉动高梯度磁选机[7～8],现在已成功应用于某些复杂氧化矿的工业生产。

目前国内研制的各种高梯度磁选机都是采用电力激磁方式,存在耗电大、结构复杂和维修不方便等缺点。

随着永磁材料的发展,高性能NdFe B材料的问世使磁选领域发生了重大变革,出现各种性能优良的永磁强磁选机[9～11]。

马鞍山矿山研究院对普通开路磁系和高梯度磁系进行了比较,并从理论上分析了永磁高梯度分选机分选各种弱磁性铁矿物的可能性[12];中南工业大学的冯定五、彭世英等人[13～14]研制了永磁带式高梯度磁选机,在陶瓷釉料除铁工业试验中,经过4次选别后,得到的最终精矿含Fe
2
O30.13%。

20世纪90年代初,长沙矿冶研究院开始研制CR I M M型系列HG MS设备,于1994年研制成功供高岭土精制工业用的CR I M M-750-300-1.5型HG MS设备,随后又利用交变磁场涡流电流分选的原理研制成功了CR I M M 型(D3203300)ND-FE-B永磁磁选机[15]。

超导技术是近年来科学技术的一项重大突破,超导磁选设备的研制也成为比较活跃的领域之一。

现已使用的铌钛和铌三界电流密度可达10～109A/m2,比铜线材的最高准许电流密度高几百至几千倍,所以超导磁体可在数米的口径内产生几万高斯以上的磁场感应强度。

世界第一台超磁选机由捷克布拉格制冷工程研究所设计制造。

埃里茨磁力公司以环形为设计基础的超导高梯度磁选机在60s内可以达到2.0T的感应强度。

捷克VUCHPT的介质型往复式高梯度磁选机最大磁场强度可达到5.0T[17]。

到现在出现了筒体往复式、转鼓型等新型超导磁选机,也出现了超导线圈改装的常规高梯度磁选机[18～19]。

2　高梯度磁分离技术的应用现状
2.1　细粒弱磁性物料的磁分离
高梯度磁分离技术(HG MS)是采用能产生高磁场梯度的聚磁介质,获得高磁力来实现对微细粒弱磁性物料的捕收,是处理微细粒弱磁性物料的主要方法之一[20]。

20世纪80年代初江西赣洲有色研究所开始研制Sl on型脉动高梯度磁选机,现已广泛应用于我国赤铁矿选矿中。

满银沟铁矿利用S Lon立环脉动高梯度强磁选机处理低品位矿石,通过1台S Lon-1000脉动高梯度磁选机和1台S Lon-750脉动高梯度磁选机组成一粗一扫流程,原矿品位在50.16%左右时,可得到粗选精矿品位60.31%、产率42.75%、回收率51.40%,扫选精矿品位55.17%、产率19.24%、回收率29.36%,综合精矿回收率70.64%的选矿指标[21]。

马钢姑山铁矿原矿含磷平均0.57%,且难磨难选,以前的工艺和设备达
不到马钢公司对精矿的要求(铁精矿品位高于58.80%,含磷不高于0.25%)。

采用S Lon型立环脉动高梯度磁选机一次粗选、一次精选、一次扫选的工艺流程后,在原矿品位45.86%、含磷0.456%、磨矿-0.074mm粒级占80%时,铁精矿品位达到60.0%以上,含磷0.207%,含磷量下降了0.25个百分点左右,取得了很好的降磷效果和良好的经济效益[22～23]。

攀枝花选钛厂将S Lon -1500型立环脉动高梯度磁选机应用于微细粒级钛铁矿强磁2浮选流程中的磁选部分,当给矿的Ti O
2
品
位为9.23%时,经一次磁选作业,获得了含Ti O
2
为19.58%的精矿,回收率为63.12%[24]。

2.2　有色金属及硫化矿的磁分离
近十年来,为适应环境和经济的需要,兴起了有色金属及硫化矿磁分离技术应用的研究。

Fawil等人在美国举行的复杂硫化矿选矿会议上,介绍了用L4-200型高梯度磁选机进行钼精矿脱铜试验[25],经高梯度磁选后,钼精矿含铜量由0.8%降至0.5%,钼的回收率为97%,铜的脱除率为37%;赞比亚大学Agricola 等人用弗兰兹CN-1型高梯度磁选机对铜钴进行了分离试验[26],磁介质为Φ(50～100)μm的钢毛,经高梯度磁选后,铜品位从27%富集到37%,回收率为55%,钴品位从0.2%富集到1.2%,回收率为82%。

中南工业大学从1983年开始,用振动或脉动高梯度磁选机,先后对硫化铜2锌、铜2铅混合精矿等进行了试验研究[27～29],取得了满意的结果。

在工业应用中,瑞典加尔彭贝里选厂用高梯度磁选机从铅精矿中回收铜;韶关精选厂用高梯度磁选机从钼精矿中分离铜杂质;赣州钨矿精选厂用高梯度磁选机对黑、白钨混合精矿
分离,得到黑钨精矿WO
3
品位62.41%,黑钨矿的总回收率81.06%[30]。

随着强力涡电流及稀土永久磁铁的引入,涡电流磁力分选技术已成功应用于从电子废弃物中分离有色金属。

Zhang Shunli[31]等利用一种新开发的磁电涡流分选机,从电脑及线路板废弃物中回收金属铝,可获得品位高达85%的金属铝富集体,回收率可达90%。

2.3　在环境工程中的应用
在水处理方面,高梯度磁分离技术具有分离微米级颗粒的能力,因而在水处理方面受到注意,广泛用于钢铁废水[32]、高污染河水[33～34]、城市污水[35～37]、炼油废水、重金属废水、纺织印染废水、造纸废水以及食品工业废水[38]、油漆工业废水、玻璃工业废水等处理。

在大气污染控制方面,煤中的灰分和硫分对燃煤
排放的烟尘量和S O
2
含量起着决定性的作用[39]。

朱复海等用S Lon-100立环脉动高梯度磁选机对原煤进
45矿　冶　工　程第29卷
行了湿法磁选脱硫、脱灰的试验研究,在产率为91.38%时,脱硫率和脱灰率分别达到40.80%和52.62%;在产率为74.88%时,脱硫率和脱灰率分别达到56.34%和62.97%[40]。

在固体废物处理方面,利用磁性的差异把有用的组分分离出来,把有害的组分分离出去或把各自的组分相互分开,这样既进行了废物处理又能将废物中有用的物质回收。

青岛建筑工程学院的朱申红等用高梯度磁分离和化学选矿结合的方法处理化工厂的硫酸渣[41],取得理想的分离效果。

德国Schmclzer将城市废料垃圾焚烧后产生的固体废渣,经破碎和筛分后,用普通磁选和涡电流强磁选机分选,得到磁性产物和有色金属物料[42]。

2.4　在生物工程上的应用
生物磁分离技术特别是生物高梯度磁分离技术,在医学、生物学、生物医药领域有着广泛的应用,用于细胞类RNA与DNA的调制、提纯、排序、生物组织和免疫技术的分离[43]。

如血液分离中利用脱去氧的红细胞相对于水的磁化率比Cu O的磁化率低两个数量级,用高梯度进行磁分离来生产低红细胞或准备非常纯的红细胞群;在贵重微量元素的提取中,利用藻类生物的吸附作用,将这些元素离子吸附在藻体上,这样形成的离子的磁化率就会大大增强,就可利用高梯度磁分离技术提纯贵重微量元素[44];医学上用于磁性示踪标定跟踪待测细胞和显微区域,将待测试样制成磁性生物凝胶,用高梯度进行磁分离处理。

2.5　其他方面的应用
高梯度磁分离技术还能用于土壤净化[45]、核燃料废料处理[46]、钠米磁性颗粒的分离[47]等领域。

综上所述,高梯度磁分离技术作为对环境友好的高效清洁技术,应用已突破传统的矿物加工领域,在环境工程、土壤治理、生物工程、纳米材料等方面具有广阔的应用前景。

但是,国内高梯度磁分离工艺的工业应用比较有限,因此加强对高梯度磁分离技术的开发利用是非常重要的。

3　结 语
高梯度磁分离技术是物料多种处理技术中的一种。

这种技术可在较大范围内调节磁场强度来控制它对物料的选择性。

人们多年来花费了大量的精力来设计和改良高梯度磁选机,使它在更广的范围得到应用。

可以预料,在不久的将来新的高梯度磁分离技术会在更多的领域应用。

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