第七讲 磁电选

第七讲磁

电

选矿

一.概述

磁选是在不均匀磁场中利用矿物之间的磁性差异而使矿物实现分离的一种选矿方法。

注意：（1）磁选必须是在非均匀磁场中进行

（2）分选矿物要有磁性差异

一.概述

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。磁选技术工业应用铁、锰矿石提高矿石的品位，降低二氧化硅和有害杂质含量。重介质回收重介质悬浮液的净化回收非金属矿用于高岭土脱除含铁杂质。有色金属及稀有金属矿脱除重选黑钨粗精矿中的锡石。钽、铌矿物除铁。环境工程钢渣及废金属回收医学分离血液中的红血球等2.发展历程19世纪末期：美国、瑞典：电磁筒式磁选机。20世纪初：湿式筒式磁选机问世。60年代：Jones强磁选机在英国面世，采用多层聚磁介质板（技术突破）。70年代以后：高梯度磁选机、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。3.磁性的基本原理磁选过程3.磁性的基本原理在磁选机中，能使磁体产生磁力作用的空间，称为磁选机的磁场。磁场可分为均匀磁场和非均匀磁场。均匀磁场中各点的磁场强度大小相等,方向一致。非均匀磁场中各点的磁场强度大小和方向都是变化的。3.磁性的基本原理磁场的非均匀性用磁场梯度来表示。磁场强度随空间位移的变化率叫磁场梯度。dH/dx，gradH。矿物颗粒在均匀磁场中只受转矩的作用，使它的长轴平行于磁场方向；在非均匀磁场中，矿粒不仅受到转矩的作用，还受到磁力的作用。磁场力f

磁＝μ0kVHgradH4.矿物的磁性（1）分类矿物的磁性是矿物磁选的依据。物理学中常把物质划分为：逆磁性、顺磁性和铁磁性（亚铁磁性、反铁磁性）三大类。在矿物磁选中，常常按照磁化难易程度（比磁化系数大小）来划分，分为：强磁性物质、中磁性物质、弱磁性物质和非磁性物质。4.矿物的磁性强磁性矿物：比磁化系数大于3000×10-8米3/千克。如磁铁矿、磁黄铁矿、磁赤铁矿及锌铁尖晶石等矿物。该类矿物分选用弱磁选设备（7200~136000A/m）既能进行有效分选。属于易选矿物。4.矿物的磁性中磁性矿物：比磁化系数为（500-3000）×10-8米3/千克。如半假象赤铁矿、某些钛铁矿、铬铁矿等。该类矿物分选用中场强磁选设备（16000~48000A/m）既可进行选别。4.矿物的磁性弱磁场矿物：比磁化系数为（15-500）×10-8米3/千克。如，赤铁矿、褐铁矿、软锰矿、硬锰矿、菱锰矿、金红石、黑钨矿等。该类矿物选别需采用强磁选（48000~1600000A/m）进行回收。4.矿物的磁性非磁性矿物：比磁化系数为（<15）×10-8米3/千克。如，方解石、长石、萤石、方铅矿、石英、重晶石、白铅矿等。这类矿物在目前的磁选机所能达到的磁场强度尚不能选出。4.矿物的磁性

（2）增加磁性的方法磁化焙烧按其原理可分为还原焙烧、中性焙烧和氧化焙烧。①还原焙烧(用于赤铁矿和褐铁矿)

赤铁矿还原后的产物Fe3O4，若在还原气氛中冷却到室温，最终产物是Fe3O4。若在还原气氛中冷却到300℃－400℃，再在室温中冷却，最终产物是磁磁铁矿γ-Fe2O3。4.矿物的磁性②中性焙烧(用于菱铁矿)③氧化焙烧(用于黄铁矿)4.矿物的磁性改变矿物表面磁性的方法：碱浸磁化和磁种磁化①碱浸磁化：碱浸磁化属于表面化学法，针对对于矿物构成复杂的菱铁矿，在菱铁矿表面覆盖强磁性的氧化铁成份，故磁化率增加。

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

磁种：选择性吸附到某种目的矿物的表面上，并能够提高其磁种的细粒分散、强磁性物质。磁种磁化，是在一定的条件下调整矿浆，并在矿浆中加入磁种，使其选择性吸附于目的矿物上并提高目的矿物磁性的过程。磁种选择：细磨的磁铁矿，粒度5-0µm。矿浆调整应加入电解质或者表面活性剂或高分子絮凝剂，以增加磁种的选择性吸附作用。5.磁选设备磁选设备包括磁选机、磁力脱水槽、磁分析器、预磁器及脱磁器等。磁选机是主要的磁选设备。磁选机分类标准分

类承载介质不同干式、湿式磁选机磁场强度的高低弱磁场磁选机、强磁场磁选机槽体结构形式顺流型、逆流型、半逆流型磁选机机体外形圆筒式、圆锥式、带式、辊式、盘式、环式磁场类型恒定磁场磁选机、旋转磁场磁选机、交变磁场磁选机、脉动磁场磁选机产生磁场的方法永磁型、电磁型、超导型磁选机等5.1

弱磁场磁选设备

5.1.1干式弱磁场磁选机

（1）除铁器除铁器属于安全设备，主要用来除去物料流里夹杂的铁块或铁屑，有电磁和永磁两种。

（2）磁滑轮磁滑轮，又称磁力滚筒，有电磁和永磁两种。永磁滑轮应用较广。主要部分：由锶铁氧体组成磁包角360°的多极磁系（磁极沿着圆周方向NS交替排列）；由非导磁材料制成的旋转圆筒。5.1.1干式弱磁场磁选机

应用：主要用于磁铁矿选厂粗碎或中碎后的粗选作业中，选出部分废石，即通常所说的“粗粒抛尾”，以减轻后续作业的负荷，降低选矿成本。另外在赤铁矿焙烧还原后的选别中也常采用。5.1.1

干式弱磁场磁选机（2）磁滑轮

磁系特点：磁系多、极距小、磁系包角270度，磁极沿着圆周方向极性交替排列，沿轴向极性一致。应用：在北方缺水地区可与干式磨矿结合进行分选。5.1.1

干式弱磁场磁选机

（3)干式筒式磁选机（一）永磁筒式磁选机永磁筒式磁选机广泛用于磁铁矿分选、磁性加重介质回收及为湿式强磁选给矿作准备。根据槽体结构形式的不同，湿式圆筒磁选机有三种槽体结构形式：顺流式、逆流式和半逆流式，如图所示。

5.1.2

湿式弱磁场磁选机湿式永磁筒式磁选机Ф1050×2100Ф1050×3000半逆流型弱磁选机

(1)CTS永磁筒式磁选机

槽体结构为顺流型（见图）。给矿方向与圆筒的旋转方向相同.非磁性矿粒和磁性很弱的矿粒由圆筒下方的两板之间的间隙排出，磁性矿粒被吸在圆筒表面上，随圆筒一起旋转，到磁系边缘的低磁场区排出。常用于处理粒级为5mm以下较粗的磁性矿粒的粗选,运转可靠性高，功耗低，但无法获得最大回收率和最佳精矿质量。

5.1.2

湿式弱磁场磁选机(2)CTB半逆流型筒式磁选机

磁性产品移动方向和圆筒旋转方向相同，非磁性产品移动方向和圆筒移动方向相反。给矿从底部导入，磁性矿粒吸附在圆筒表面，在槽体下部的给矿区安置有喷水管，受到洗涤水的清洗，有利于矿浆的悬浮、清洗和提高分选指标。槽体溢流采用矿浆水平控制。给矿口距磁性产品和非磁性产品卸矿处都较远，给矿区悬浮和清洗作用好，有利于获得高品位精矿。给矿矿浆流和磁力方向一致，尾矿在排出前经过场强较强的扫选区，获得的精矿回收率也较高。5.1.2

湿式弱磁场磁选机5.2.1干式强磁场磁选机

干式强磁选机有感应辊式、盘式、筒式和永磁辊式四类。

1)感应辊式磁选机结构：由电磁系统、分选系统和传动系统组成，为了减少涡流发热和传动功率，辊子用薄的导磁钢片和非磁性圆片交替叠成。给矿粒度：－2＋0.1mm应用：回收海滨砂矿的钛铁矿、黑钨矿的精选。

5.2

强磁场磁选机

2)盘式磁选机应用：稀有金属矿的粗精矿的精选（钨、钛、锆英石、独居石）

5.2

强磁场磁选机5.2.1干式强磁场磁选机5.2.2湿式强磁选机

1)湿式感应辊式强磁选机

CS—1型电磁感应辊式强磁选机是我国研制的双辊湿式强磁选机，主要用于锰矿石和铁矿石生产。2)琼斯型湿式强磁选机结构：磁导体、密封罩保护的励磁线圈、装有分选箱的转环、给矿和给水装置、精矿的清洗、高压冲洗机构、排矿机构和传动机构。应用：选分细粒弱磁性矿石，特别是在铁矿分选中（细粒赤铁矿）

5.2.2湿式强磁选机

5.3高梯度与超导磁选设备5.3.1高梯度磁选机（HGMS）高梯度磁选机特点：①通过整个工作体积的磁化场（背景磁场）是均匀磁场。充填钢毛介质后产生非均匀磁场，在工作体积中任何一个颗粒经受的磁力相等.②磁化场均匀通过工作体积，介质均匀磁化，在磁化空间的任何位置，梯度可达107Gos/cm（对于钢毛介质而言），比Jones机提高了10-100倍（2×105），大大提高了磁力，使得微细弱磁性颗粒可以得到有效回收（下限1um）5.3高梯度与超导磁选设备5.3.1高梯度磁选机（HGMS）高梯度磁选机特点：③介质所占空间大为降低，高梯度磁选机介质充填率仅为5-12％（一般为50-70％），提高分选区利用率，处理量大。④介质轻，传动负荷轻。应用的重点领域：高岭土提纯、水处理、煤脱硫技术、弱磁性矿物分选5.3.2超导磁选机

磁选机的主要磁性材料——铁磁性物质受磁饱和现象和线圈温度的限制，最大磁场强度通常不超过1600kA/m(20000Oe）。要突破这一极限，只有把磁性材料由铁磁体改为超导体。某些物质在温度降至绝对零度时（-273.15°C），电阻突然消失，这种现象称为超导现象，具有超导现象的物质称为超导体。当超导材料处于超导状态时，电阻为零，故在一根很细的导线内，能通过很大的电流，没有热损耗，从而获得超过2T的磁场。超导元素：超导元素在元素周期表中相当普遍，但是铁、钴、镍等强磁性金属和铜、金、银等良导体不是超导元素。一些导电性差的元素如铌、锆、钛却是超导元素，在超导元素中以铌（Nb）的临界温度最高（9.2K）。超导材料：分为超导合金和超导化合物。铌－钛合金和超导化合物铌三锡（Nb3Sn）、钒三镓（V3Ga）目前广泛使用。5.3.2超导磁选机电选部分同种电荷互相排斥站在绝缘椅子上的女孩触摸带电的起电机后，带上了与起电机相同种类的电荷，她的头发也带上了同种类的电荷，相互排斥，因此头发都炸开了！一二三电选基本原理四电

选设备与应用

主要内容矿物的电性质颗粒带电方式五电选影响因素一、矿物的电性质矿物的电导率电导率γ，其物理意义是长度为1cm、截面积为1cm2的矿物的导电能力，表示电子在矿物体中移动的难易程度，电导率的单位是Ω-1·cm-1或者S/cm。根据电导率的大小，将矿物分为三类：1导体矿物：γ=104-105Ω-1·cm-1，如自然铜、石墨。2半导体矿物：γ=10-10-102Ω-1·cm-1，如硫化矿、金属氧化矿等。3非导体矿物：γ＜10-10Ω-1·cm-1，如硅酸盐、碳酸盐矿物。一、矿物的电性质矿物的电导率导体矿物，是它们在电场中吸附电子以后，电子能在其颗粒表面自由移动，或者在高压静电场中受到电极感应后，能产生可以自由移动的正负电荷。非导体矿物，在电晕电场中吸附电荷以后，电荷不能在其表面自由移动或传导；在高压静电场中正负电荷只是中心发生偏离，不能被移走，一旦离开电场，矿物立即恢复原状，对外不表现正负电性。一、矿物的电性质矿物的介电常数介电常数ε，描述矿物电性的指标之一。在无限大的均匀电介质中，电场强度减小为真空中场强的1/ε倍，即E-在真空中的电场强度；导体矿物的介电常数ε≈∞；非导体矿物的介电常数ε＞1；半导体矿物的ε介于中间；真空（空气）的介电常数最小，ε=1。E1-在电介质中的电场强度。一、矿物的电性质矿物的比导电度

比导电度指某种物料由非导体转变成导体所需的电位差（临界电压）与石墨的临界电压（2800V）之比。石墨是良导体，电子流入或流出石墨所需要的电位差最低，国际上以此电位差值作为标准临界电压。例如，磁铁矿成为导体的临界电压为7800V，则其比导电度为2.79，即是石墨临界电压的2.79倍。比导电度是衡量物料导电性的一个标志，比导电度越高，导电性越差。

一、矿物的电性质根据矿物的比导电度可以确定电选时采用的最低分选电压。根据矿物的电导率可以判断用电选法对两种矿物进行分选的的可能性：二者的电导率差别越大，越容易分离。两种矿物的介电常数相差越大，越容易分离。一、矿物的电性质举例：石英与金红石的电性质对比矿物名称化学成分密度g/cm3电导率Ω-1·cm-1介电常数比导电度整流性石英SiO22.5～2.810-17～10-124.2～5.03.17负金红石TiO24.2～5.210-2～187～1733.03全分选石英和金红石时，高压电极必须为负极，使石英呈现非导体性质，金红石呈现导体性质，进而达到两者分离的目的。精美的金红石集合体二、颗粒带电方式直接传导带电当矿粒直接和电极接触时，导电性好的矿粒就获得同电极极性一样的电荷，从而被电极排斥。而导电性差的矿粒，则只能被电极极化而产生束缚电荷，靠近电极一端产生与电极相反的电荷，从而被电极吸引。利用矿粒的导电性差异在电极上表现不同的行为，可达到分离的目的。二、颗粒带电方式感应带电矿粒不与带电体或电极接触，在电场中受感应作用：

导电性好的矿粒在靠近电极的一端产生和电极极性相反的电荷，另一端产生相同的电荷，矿粒上的这种电荷是可以移走的，如移走的电荷和电极极性相同，则剩下的电荷便和电极极性相反，从而矿粒被电极吸引。

导电性差的矿粒虽处在同样条件，却只能被电极极化，其电荷不能被移走，因而不能被电极所吸引。二者运动轨迹产生差异，即可进行分离。

二、颗粒带电方式电晕带电在电晕放电电场中，不同性质的矿粒因吸附空气离子而得符号相同但数量不同的电荷，因而受到不同的电力作用，产生不同的运动轨迹，从而可以实现分离。电晕放电指气体介质在不均匀电场中碰撞电离，产生的电子和正负离子分别向相反电极移动，形成电晕电流，并伴有吱吱声的现象。二、颗粒带电方式摩擦带电不同性质的矿粒互相摩擦或者与给料设备表面摩擦，从而使不同性质的矿粒带上符号相反、数量足够的电荷，这种带电方式叫摩擦带电。经摩擦带电的矿粒通过电场时，将分别被正、负电极吸引，从而实现分选。三、电选基本原理什么是电选？电选是基于被分离物料在电性质上的差别，不同电性质的颗粒在电选机电场中受到的电场力和机械力（重力、离心力等）的作用不同，从而具有不同的运动状态而实现分选的一种物理选矿方法。矿物之间的电性差别：内因，本质。电选机提供电场使物料颗粒带电电选的外部条件。1三、电选基本原理电晕-静电复合电场分选示意图三、电选基本原理当高压直流负电通至电晕极和静电极后，由于电晕极直径很小，其附近形成很高的电场强度，于是电晕极向鼓筒方向放出大量高速运动的电子，这些电子撞击空气分子使之电离，正离子飞向负极，负离子飞向鼓筒产生电晕放电。这样，靠近鼓筒一边的空间都带负电荷，静电极则只产生高压静电场而不放电。三、电选基本原理入选物料均匀地给到鼓筒表面上并随之进入电场。开始时导体和非导体矿粒都吸附负电荷，导体矿粒很快把负电荷通过鼓筒进行传导，同时又受到高压静电场的感应，靠近静电极的一端感生正电，靠近鼓筒的一端感生负电，负电又迅速地由鼓筒传走，最终只剩下正电荷。带正电的导体矿粒受到鼓筒排斥，再加上矿粒本身重力和离心力的作用，使它脱离鼓筒落下而成为导体产品；非导体矿粒所获负电荷很难转移，受到鼓筒的吸引而紧贴于鼓筒表面，随鼓筒转动至电场背面刷子刷下成为非导体产品；中等导电颗粒则在中间落下成为半导体中矿。四、电选设备与应用低压静电场电选机四、电选设备与应用四、电选设备与应用摩擦电选机物料进入摩擦荷电之前，先加温到120-200℃，然后进入给矿槽中，使之互相摩擦并与槽底接触碰撞,从而各自获