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第二章 磁选设备
2.1概述

　磁选机的结构多种多样，分类方法也比较多。通常根据以下特征来分类。
　（1）根据承载介质的不同，磁选机可分成干式和湿式两种：
　（2）根据磁选机磁场强度的高低，磁选机分成弱磁场磁选机和强磁场磁选机两大类：　
　 ①弱磁场磁选机。
　 ②强磁场磁选机。
　（3）根据给入物料的运动方向和从分选区排出分选产品的方法可分为：
　　①顺流型磁选机。被选物料和非磁性矿粒的运动方向相同，而磁性矿粒偏离此运动方向。
　　②逆流型磁选机。被选物料和非磁性矿粒的运动方向相同，而磁性产品的运动方向与此方向相反。　　　　　
　　③半逆流型磁选机。被选物料从下方给入，而磁性矿粒和非磁性矿粒的运动方向相反。
（4）根据磁性矿粒在磁场中的行为特征可分为：
①有磁翻转作用的磁选机。
②无磁翻转作用的磁选机。
（5）根据排出磁性产品的结构特征可分为：
　　圆筒式、圆锥式、带式、辊式、盘式和环式等。
（6）根据磁场类型可分为：
　　 ①恒定磁场磁选机；②旋转磁场磁选机；③交变磁场磁选机；④脉动磁场磁选机
（7）根据产生磁场的方法，磁选机又可分为：
　　永磁型磁选机、电磁型磁选机、超导型磁选机等。
　　用于分选弱磁性矿石的磁选机一般采用电磁磁系，分选强磁性矿石的磁选机大都采用永磁磁系。
2.2磁选机常用磁性材料及其特性
　　在各种磁性材料中，最重要的是以铁为代表的铁磁性材料，钴、镍、钇等也具有铁磁性。常用的铁磁性材料多是铁和其他金属或非金属的合金，以及某些含铁的氧化物。
　铁磁性材料的磁特性常用磁感应强度与外磁场强度之间关系的B=f（H）曲线来表示。材料的磁特性，不仅与磁场强度、温度和机械力有关，而且与磁化过程有关。材料磁化时可分成以下几种曲线。
　1）起始磁化曲线
　 起始磁化曲线是外磁场H 单调增加时得到的曲线，如图3-2-1所示。
　 铁磁性材料的起始磁化曲线的共同点是曲线由陡峭段和平坦段组成。
陡峭段对应于易磁化的特征，而平坦段对应于难以磁化的特征。

　2）磁滞回线
当磁场强度H在正负两个方向上往复变化时，材料的磁化过程经历了一个循环的过程，见图3－2－2。闭合曲线叫做磁滞回线。如果材料在磁化曲线两端都达到饱和，所得回线就叫做饱和磁滞回线或主磁滞回线。
　3）正常磁化曲线
　 磁场H的循环范围逐渐缩小，所得一系列磁滞回线的顶端的轨迹就是正常磁化曲线，见图。这一曲线可以复制，能说明材料的磁特性。正常磁化曲线和起始磁化曲线的形状很相似。
　 从上述三种　B=f（H）曲线及=f（H）曲线可以知道，材料的饱和磁感应强度、剩余磁感应强度、矫顽力及相对磁导率等，它们是标志磁性材料的磁特性参数。
　 磁性材料通常用作磁导体、永久磁铁和特殊磁性元件。用途不同，需要材料的磁特性参数不同。通常根据材料的基本磁特性参数将磁性材料分成两大类别：软磁性材料和硬磁性材料。
　 含有稀土元素的永磁材料，其磁性能要比铁氧体和常用合金磁体高得多，已可用作永磁强磁选机的磁源材料。
　 永磁体采用的磁性材料为硬磁性材料，具有的剩余磁感Br高、矫顽力Hc大，这两者也就决定了单位体积的磁能积（BH）max大。剩余磁感Br值表征提供永磁体磁感应强度的能力，矫顽力Hc值表征保持磁感应强度不衰减的能力。

　 磁选机中产生磁场的磁源叫磁系。根据磁系中磁极的配置方式，可将磁系分成开放磁系和闭合磁系。
　 1）开放磁系
　 所谓开放磁系是指磁极在同一侧作相邻配置且磁极之间无感应磁介质的磁系。
　 按磁极的排列方式分为曲面磁系和平面磁系两种。
　 根据磁场的基本特性可知，开放磁系磁场中任意一点（x，y）的磁场强度为：
　　 　　　　　　　　　（1-2-1）
　　　　　　　　　　　 （1-2-1）
　 2）闭合磁系
　 闭合磁系是磁极作相对配置的磁系。分选空间即为磁极间的空气隙。通常空气隙较小，磁通通过空气隙的磁阻小，漏磁少，故分选空间具有较强的磁场，用于分选较弱磁性矿物的强磁选机。强磁场磁选设备中的闭合磁系如图所示。
　 在闭合磁系中，一种是具有一定形状的单层感应磁极与原磁极构成闭路的磁系，一种是相对磁极间装有特殊形状的铁磁介质的磁系。 　　　　 　　　

　1. 干式弱磁场磁选机
　　1）除铁器
　 除铁器主要用来从料流中除去夹杂的铁块或铁屑，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。永磁滑轮结构简单，不耗电能，工作可靠，易于维修，应用较广。
　 磁滑轮主要由锶铁氧体组成磁包角3600的多极磁系，套在磁系外面的由非导磁材料制成的旋转圆筒组成，如图所示。
　 磁滑轮分选矿石的过程是：矿石均匀地给在皮带上，当矿石经过磁滑轮时，非磁性或者磁性很弱的矿粒在离心力和重力的作用下脱离皮带面，而磁性较强的矿粒受磁力的作用被吸在皮带上，并由皮带带到磁滑轮的下部，当皮带离开磁滑轮伸直后，磁性矿粒所受的磁力减弱而落于磁性产品中。

3)筒式磁选机
筒式磁选机主要由永磁固定磁系、给料机构（上部或下部给料）、排料机构、传动机构和机架等部件组成。
CTG 型磁选机结构如图所示。
磁选机有单筒和双筒两种。单筒机分选带长度可通过挡板位置调整，双筒机可通过调整磁系偏角来适应不同分选流程的需要（精选或扫选）。
CTG—69／5型磁选机的磁场特性如图 6－2－13所示。
2. 湿式弱磁场磁选机
1) 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。
永磁筒式磁选机由圆筒、磁系、分选槽及给料、排料和溢流机构成。磁系排列和磁极数量对分选结构有决定性影响。筒径小的磁选机一般用5极，大筒径磁选机常用7极磁系，极性沿周边方向交变，沿轴向极性相同；磁系包角1060～1350。采用铁氧体永磁体，在给定的特殊磁场分布条件下能产生最高的磁场强度。在磁场中工作的槽体用奥氏体不锈钢制造，并用合成材料衬里防止磨损。
根据磁选机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6－2－16所示。

　国产永磁筒式磁选机的型号为有CTS、CTN和CTB。
(1) CTS永磁筒式磁选机
　 这种磁选机的槽体结构为顺流型（见图）。磁选机的给矿方向与圆筒的旋转方向或磁性产品的移动方向一致。
　 矿浆由给矿箱直接进人到圆筒的磁系下方，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。
　 顺流型磁选机常用于处理粒级为5 mm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。
(2) CTN永磁筒式磁选机
这种磁选机的槽体结构为逆流型（见图）。磁选机的给矿方向与圆筒的旋转方向或磁性产品的移动方向相反。矿浆由给矿箱直接进人到圆筒的磁系下方，非磁性矿粒和磁性很弱的矿粒经过全部磁力区由磁系左边缘下方的底板上的尾矿孔排出，尾矿损失低，回收率高。磁性矿粒逆着给矿方向移动到精矿排出端，排入到精矿槽中，但由于精矿排出端距给矿口很近，精选作用差，精矿品
位低。

　2) 辅助磁力设备
(1) 磁力脱泥槽
磁力脱泥槽又叫磁力脱水槽。它是一种重力和磁力联合作用的分选设备，广泛用在磁选工艺中，用来脱去矿泥和细粒脉石，也作为过滤前的浓缩设备。
在磁力脱泥槽中，矿粒在分选区受到的力主要有：重力、磁力和水流作用力。重力的作用是使矿粒沉降，磁性矿粒在磁场中受到磁力，方向垂直于等磁场强度线，指向磁场强度高的方向，磁力可以加速磁性矿粒向下沉降并吸附在磁系表面周围，而上升水流的作用是阻止非磁性的细粒脉石和矿泥的沉降，并使它们顺上升水流进人溢流中，从而与磁性矿拉分开，同时上升水流作用也可以使磁性矿粒呈松散状态，把夹杂在其中的脉石冲洗出来，提高精矿品位。
(2)预磁器
为了提高磁力脱泥槽的分选效果，在入选前将矿粒进行预先磁化，使矿浆经过一段磁化磁场的作用，细粒强磁性物料被磁化凝聚成较大的磁团粒，这种磁团粒在离开磁场后，由于矿粒具有剩磁和较大的矫顽力，仍能保持下来。
　 磁团粒的沉降速度要比非磁性颗粒快，有利于后续的磁力脱泥等作业。预磁器大都为永磁体。预磁器常见的有“∏”形和“O”形两种。

　(3) 脱磁器
为使强磁性团粒分散需要通过脱磁器脱磁。常用的脱磁器结构如图所示，它是套在非磁性材料管上的塔形线圈，并通过交流电来工作。
当铁磁性团粒通过一个磁场强度由大变小的交变磁场时，磁团粒被多次反复磁化，使磁性颗粒的磁能积一次比一次小，最后失去剩磁。脱磁过程见图6－2－25所示。

2.5强磁选设备
1.干式强磁场磁选
　　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
这是一种应用最广的干式强磁选机。图为三段感应辊式磁选机的工作原理图。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。
分选过程是：在相邻原磁极的作用下，磁辊表面感生出与相邻磁极极性相反的磁场，并在磁辊齿尖上产生方向指向磁辊的高的磁场梯度。当欲选物料落到感应辊表面时，磁性物料被辊吸住，随着辊转离磁场后落到接料槽中，非磁性物料沿重力和离心力的合力方向排出。

2)盘式磁选机
盘式磁选机有单盘、双盘和三盘三种。
双盘磁选机主要由给料斗、永磁分矿筒、偏心振动给矿盘、磁盘传动装置、电磁系统和机架等部件组成。
　 分选原理（如图6－2－27） 。

　　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，目前已成功地用于锰矿石和铁矿石生产。

　2)琼斯型湿式强磁选机
琼斯型强磁选机的类型很多，但是基本结构相同，如图所示。
由磁导体、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、精矿的清洗和高压冲洗机构、排矿机构和传动机构组成。

2.6高梯度与超导磁选设备
1. 高梯度磁选机
高梯度磁选机是在上述强磁选机的基础上发展起来的，它的特点是： 均匀的背景磁场，细丝状铁磁性磁介质及均匀的料浆流速场。
均匀的磁场在充填了磁介质后，产生非均匀磁场。常用的磁介质有导磁不锈钢毛、纤维、细丝、细线、编织网、细拉伸板网等。
由于磁介质半径很小，形成的磁场梯度比琼斯型磁选机的磁场梯度（2*103 T／m）高l～2个数量级，达到了103 T／m。从而使磁场力提高10～100倍。而由于磁饱和极限，通过提高磁场强度只能使磁场力提高2～3倍。大的磁场力HgradH为磁性颗粒提供了强大的磁力来克服流体阻力和重力，使分选的粒度下限可降到lμm。
根据分离的持续性和连续性，高梯度磁选机可分为周期式和连续式两种。
1) 周期式高梯度磁选机
分选过程：各种工作分给矿、漂洗和冲洗三个阶段，工作可按程序自动进行。磁体给磁，矿浆从下端进人分选罐，磁性颗粒被吸附在磁介质上，非磁性颗粒则从上端排出。一段时间后，给料结束，给人同样流速的清洗水，洗出残留在磁介质中的非磁性颗粒。最后，磁体退磁，用高压水冲洗出磁性颗粒。完成一个生产周期约需10~15 min。
2) 连续式高梯度磁选机
A 萨拉（Sala）型连续式平环型高梯度磁选机
　萨拉型连续式平环型高梯度磁选机的结构如图6所示。它主要由分选环、
马鞍形螺线管线圈、铠装螺线管铁壳以及装铁磁性介质的分选箱等部分组成。
分选过程：矿浆由上导磁体的长孔流到处在磁化区的分选室中，弱磁性颗粒被吸附到磁化了的聚磁介质上，非磁性颗粒随矿浆流通过介质的间隙流到分选室底部排出成为尾矿，被吸附的弱磁性颗粒随分选环转动，进人磁化区域的清洗段，进一步清洗掉非磁性颗粒，接着，转离磁化区，弱磁性颗粒在冲洗水的作用下，成为精矿。

　　B VMS型磁选机
VMS型磁选机的结构如图所示。该机磁系是一个变形螺线管磁体。装有棒形磁介质的立环穿过下铁轭在螺线管磁场中沿反时针运动。矿浆由给料斗通过上铁轭给入立环，磁性物被磁化圆棒吸住，非磁性物通过下铁轭排出。立环离开磁场后，磁性物从磁介质中洗出。
VMS型磁选机被主要用于锰矿和铁矿的分选。
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 1600 kA/m。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，电阻突然消失，这种现象称为超导电现象，具有超导电现象的物质称为超导体。
超导磁选机的结构大致可分为三个系统：超导磁系、制冷系统和分选系统。以超导磁体作磁源的磁选机和常导磁选机相比有以下突出优点：①高场强，用Nb—Ti超导材料做的磁体其磁场强度可达到5 T；②体积小且重量轻；③能耗低，比常导磁体节能90％；④高磁场带来的高磁力使磁选机处理能力大大提高。
根据超导磁选机是否具有磁介质，将其分为高梯度超导磁选机（有磁介质）和开梯度超导磁选机（无磁介质）。

　A 开梯度超导磁选机
德国研制的DESCOS型筒式磁选机已作为商品向市场推出。由三部分组成：超导磁系、制冷系统和转筒分离器。该设备外形基本上与目前常用的圆筒弱磁场磁选机类似，Nb—Ti线制成的低温超导线圈近似椭圆形，固定在铁支架的凹槽内，如图所示。该机用于非磁性产品如铝矾土、萤石、磷灰石等的提纯。
B 高梯度超导磁选机
　　高梯度超导磁选机的背景磁场强度可达5 T，使高梯度磁分离作业的经济效益大为提高。高梯度超导磁选机有串罐往复式磁选机、快速开关式超导高梯度磁选机等。
如图所示，卧式串罐往复式高梯度超导磁选机由螺线管式超导磁系、分选罐列、铁磁屏、液压往复运动装置和机座组成。
分选过程：工作时，超导磁体激磁，一个分选罐位于磁场空腔内，给入矿浆，捕获磁性粒子，洗涤磁介质。另一个分选罐位于相应的磁屏腔内等待工作。当往复罐借往复传动装置退出磁场时，到达相应的磁屏腔内，冲出介质上的磁性粒子。

2.7 磁流体选矿
　　磁流体选矿是一项选矿新技术，它分为磁流体静力分选和磁流体动力分选两种。
2.7.1 磁流体静力选矿
　　磁流体静力分选，是在不均匀磁场中，以顺磁性液体为工作介质，根据矿物之间密度、比磁化率的不同，分选弱磁性或非磁性矿物的一种分选技术。

　1、磁流体静力选矿的工作介质
　 磁流体静力选矿的工作介质，是一种顺磁性的液体。对它有三项基本要求。
　 磁流体一般有三类：
① 高磁化系数的顺磁性电解质溶液——一般由顺磁性金属盐类溶解于水或有机溶剂中制成。　
②铁磁性胶体悬浮液——它是将磁铁矿等物质的微粒经过表面活性处理后形成的在重力和磁力作用下均能保持稳定的悬浮液。　
　 ③液态金属或低熔点金属——液态金属不润湿矿石，在操作过程中，矿粒能自行分离，不仅避免了金属溶液的损失，也不需配置金属溶液净化和再生流程，液态金属密度大，最大可达11．5g／cm3，对分选有利。但生产费用高，在高温下操作困难。
　　2、磁流体静力分选原理
　　楔形磁极系统是最简单、最常见的磁极系统，以此为例说明矿粒在楔形磁极系统的磁流体中的运动规律。矿粒在磁流体内的运动，可分解为Z、y、Z三个方向的运动，如图所示。在该分选系统中，由非磁性材料制成的槽体放置在上宽下狭的楔形磁极间。
　①矿粒在y轴方向垂直运动
　　设δ、ρ个分别代表矿粒和磁流体的密度，χ、χ0分别代表矿粒和溶液的比磁化率，ΔV代表矿粒的体积，g为重力加速度，槽内y位置上的磁场强度为H，磁场梯度为∂H/∂y。
　磁极间的磁场强度从上到下逐渐变大，槽内各水平层的“视在密度”也逐渐变大，不同密度的矿粒也会在其中分层悬浮。矿粒将在重力（δΔV g）、介质浮力（ρΔV g）、磁场力χΔVH（ ∂H/∂y ）和磁浮力χ0ΔVH（ ∂H/∂y ）的共同作用下处于静力平衡状态：
　　　 （1-3-3）
　　上边两式同除以矿粒体积ΔV，整理得：

　　或
　　　　 　　　　（1-3-4）
　　C值是矿粒在磁流体中悬浮高度的表征值，如果两矿粒的C值相同．则它们在磁流体中的悬浮高度也相同。当矿粒满足上式的条件时，矿粒在y位置上悬浮，否则矿粒将向上或向下运动，从而实现不同性质矿粒的分离。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　②矿粒在X轴方向水平运动
　　 矿粒在X轴方向水平运动，是由于矿粒所在空间水平面X轴方向上磁场强度不均匀所致。这种不均匀性表现为间隙中部磁场强度大于间隙两侧磁场强度，所产生的磁场力fx 由间隙指向间隙中央，所产生的磁推力Fx则由间隙中央指向间隙两侧，如图所示 。
　　对弱磁性或非磁性矿粒来说，磁流体产生的磁推力大于磁场力，Fx- fx＞0，所以在分选过程中，当矿粒在各自的高度上开始悬浮的同时，开始沿X轴方向由间隙中央向间隙两侧运动。
　　假如要求分选机一端进料、一端排料，磁极X轴与水平面要有一定角度，使磁极间隙形成一个斜槽。角度的大小应保证矿粒在介质中受到的重力在倾斜方向上的分力大于磁推力。
　　　 ③矿粒在Z轴方向运动——在楔形磁极间隙中的球形颗粒，受到磁场力的影响，其Z轴运动轨迹，在理论上必然会沿着磁场磁力线方向前进。在间隙下部，矿粒受力由槽中心线指向磁极面，在间隙上部，由于磁极边缘效应，矿粒受力由磁极面指向槽中心线。因此在不同区间矿粒分别向磁极面或槽中心线运动，形成了矿粒的拥挤，这是楔形磁极的重大缺点。
2.7.2磁流体动力选矿
　　磁流体动力分选是在磁场与电场的联合作用下，以强电解质溶液为分选介质，根据矿物之间密度、比磁化率和导电性的不同，分选弱磁性或非磁性矿物的一种选矿技术。
　　磁流体动力分选不同于磁流体静力分选之处在于，它除了具有和磁流体静力分选一样的一个磁场外，还有一个电场。电场中有电子通过，在磁场中产生洛仑兹力，其大小为电流密度J（矢量）与磁感应强度B（矢量）的乘积：
Fe= B J （1－3－5）
矿粒在磁流体动力分选机中处于静力平衡状态时有：
　　　　　　（1-3-6）
　　　工作介质向上的作用力为：
　　　（1-3-7）
　 工作介质的视在密度为：
　　　　（1-3-8）
　3 磁流体分选机
　 1）磁流体静力分选机
　 日本利用磁流体分选非磁性金属的磁流体静力分选机结构如图6－2－40所示。它是利用一对永久磁极产生一个强度为 220
～260 kA/m磁场，磁极夹角为 300，磁极的对称轴线与垂直线成150。
　 2）磁流体动力分选机
　　磁流体动力分选机类型很多，但它们的构造大同小异。图6－2－41是其中的一种。
其截面为矩形，给料区与排料区一定要用水平隔板分层，以防止由于电场磁场联合作用所形成的涡流破坏分层作用。电极安装在分选区的适当位置处，以使溶液通电。电极的极性应与磁极极性配合，以便产生与重力方向相反的洛仑兹力。电场与磁场电源，需使用经过整流后的直流电。
前苏联采用磁流体动力分选机分选锡石，比用普通重选设备少占地2／3，降低生产成本6％。