第一章 磁选基本原理

第一章磁选的基本原理

1.1概述

1.1.1磁选的应用领域

一、什么是磁选？

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。

二、磁选的应用领域

磁选是处理铁矿石的主要选矿方法。铁矿石经选矿后，提高了品位，降低了二氧化硅和有害杂质含量，有益于冶炼过程。根据我国的实践，铁精矿品位每提高1％，高炉利用系数可增加2％～3％，焦炭消耗量可降低1．5％，石灰石消耗量可减少2％。

许多有色金属和稀有金属矿物具有不同的磁性。当用重选和浮选不能得到最终精矿时，可用磁选结合其他方法进行分选。

非金属原料中一般都含有有害的铁杂质，磁选是非金属选矿中重要的作业之一。

随着人类环境保护意识的提高和资源再生的需要，磁选法被广泛用于钢渣及废金属的回收与分离以及污水处理等过程中。

医学上还用磁选法来分离血液中的红血球等。

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。

1.2 磁选原理

1.2.1 磁学基础

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。在国际单位制中，磁感应强度B的单位为特斯拉（Tesla）或高斯，1T=10000高斯。磁场强度H的国际单位为安培每米（A／m）。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= k B/μ=k H （1-l-2）

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/k

δ

=（m3/kg）(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）

1.2.2磁选基本条件

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

F1 > F 机1 ； F2 < F 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。

1.2.3磁力

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：

⎰-=V dV H U 22

0κμ （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

⎰=-=V dV H grad gradU F 220κμ磁

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＝ μ0 k V H gradH

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。运用比磁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。

HgradH V VHgradH m F f χμδκμ00/==磁磁 (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。1.3矿物的磁性

1.3.1矿物质的磁性

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

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。

（1）顺磁性物质的上述关系是斜率为正的直线关系；

（2）逆磁性物质为负斜率直线关系；

（3）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。

1.3.2 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χ＞4．0*10-5m3／kg，在磁场强度达80～136 kA/m的弱磁场磁选机中可以回收。

弱磁性矿物比磁化率χ=1．26*10-7～7．5*10-6 m3／kg，在磁场强度H=480～1840 kA／m的磁选机中可以选出。

非磁性矿物比磁化率χ=1．26 X*10-7 m3／kg，是目前难以用磁选法回收的矿物。

1.3.3 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。