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超导磁分离技术简介
一、基本信息
标题 超导磁分离技术简介 单位
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二、内容信息

磁分离是一种基于磁性矿物在磁场中受力原理,实现磁性与非磁性矿物物理分离的技术。磁分离技术具有环境友好、分离流程短、分离成本低等诸多优势。依据矿物比磁化系数大小,一般可将矿物分为强磁性,弱磁性和无磁性。永磁体磁选机可高效分离强磁性矿物,例如磁铁矿,γ赤铁矿等,其在磁铁矿选矿、重介质选煤、Fe3O4磁种载磁水处理等诸多领域获得了广泛的应用。传统电磁体强磁选机可分离较粗粒弱磁矿物颗粒,现已广泛应用于弱磁性铁矿选别,且部分应用于非金属矿除铁钛杂质。

除极少数铁磁性矿物,铁、锰、铬及稀土金属等元素组成的化合物一般具有顺磁或反铁磁性,呈弱磁性。与强磁性矿物不同,弱磁矿物较难达到磁饱和,其受磁力随磁场强度增大而增大,随粒度降低而减小。微细弱磁矿物颗粒通过磁选分离往往需要较高的背景磁场,传统的常导电磁选机的有效分选磁场一般低于1.5 T1 T=1×104 Gs),且励磁耗能较大,往往无法用于小于30μm弱磁矿物的分离,其可导致资源回收率过低。

超导磁体技术(Superconducting Technology)20世纪80年代发展的尖端高新技术。超导磁体主要利用铌钛、铌三锡等低温超导线材,其临界电流密度高达104--105A/cm2,比铜线材的最高允许电流高几百倍至上千倍。目前工业化超导磁体可在数米的工作口径内产生79个特斯拉的磁感应强度。尤其低温超导线圈的零电阻特性,其工作维护费用理论上仅为维持低温的少量制冷费用。一方面为了节约设备能耗,增加处理能力,另一方面为了提高微细粒弱磁颗粒的捕集能力,工业界尝试利用超导磁体替代传统电磁体,发展出超导磁分离技术。超导磁分离技术可充分磁化弱磁矿物,可在分离技术领域引发以下重要变革:1)大幅提高细粒弱磁性矿产资源的利用率;2)替代或缩短弱磁矿物和无磁矿物的浮选分离流程;3)替代或减少弱磁矿物酸、碱化学处理流程。

发达国家已有较多关于超导磁分离技术应用于矿物磁选的研究报道,得到世界各国的极大关注。粘土矿物超导磁选机是目前超导磁分离技术最佳实用化范例。20世纪80-90年代,英国牛津仪器和Outokumpu公司合作,相继推出了室温孔径一般为0.2-1.0米,最大2米,磁场强度为2-5 T的超导磁分离设备,至今已生产40多台,目前已广泛用于美国、巴西、欧洲等国高岭土矿的磁化提纯(去除微细铁钛杂质),其中一台安装在中国北海。

长期以来,超导磁体的液氦消耗导致磁选机的运行成本居高不下。液氦消耗导致的运行成本高昂一度使全球超导磁选机的研发陷入停滞。21世纪初,随着4K制冷技术的发展,低温超导磁体已可实现无液氦或液氦零挥发,进而大幅降低超导磁体的运行费用。在4K制冷技术的基础上,低温超导磁选机再次成为全球选矿界的关注热点。目前,美国Erize公司、Outokumpu公司和Quantum Design公司均在我国开展了大规模的产品宣传。例如,美国Erize公司生产的用于矿物除杂的口径500 mm,磁场强度5 T无液氦消耗超导磁选机不含税和运费的售价为接近500万美元。自2010年开始,国内江苏旌凯中科超导高技术有限公司开展了商业化超导磁选机的研发工作,并于近年成功推出了工业化液氦零挥发超导磁选机,其售价仅为国外进口设备的三分之一至五分之一,而设备装机功率仅为10-15 kW

目前已有的研究表明,超导磁分离技术可有效分离微细弱磁矿物颗粒,例如,其可有效分离微细粒黄铜矿、赤铁矿、黄铁矿等,以及钛系矿物、稀土矿物、镍系矿物等。中科院生态中心现已尝试推出用于有色、黑色及稀土金属微细弱磁矿物组分分离的超导磁选设备,目前正处于中试阶段。


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