各种选矿工艺创新.pdf

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1、第第七七篇篇各种选矿工艺创新第一章!超导磁选#)世纪初 超导磁选仍是以可靠性与高效(经济性与低耗(简易性与耐用为目的发展工业化设备&开发新磁系及新方法#装置$&研究新应用和应用基础!尽管在磁选应用中磁感应强度大于#的必要性至今尚无令人信服的阐述 超导磁选发展的现实确是耐人寻味的!工业化设备及其应用 不仅在高岭土(碳酸钙(滑石等白色矿物处理上继续扩大而且还在煤(水的除杂净化方面有了先例!新磁系及新方法开发 有高温超导螺线管磁体 又有像稀土永磁体那样堆成的块状高温超导磁体&既有)*()3 超高磁场装置 也有磁流体式#AI Q$(磁力%阿基米德浮力作用的新方法 还有可移动式超导磁选系统!新应用及应用

2、基础 有固(液体废物的处理(海水净化(地热水的除砷及微生物的处理等还有为分析解决磁选中各参数最佳化的等磁力超导磁选的基础研究!第一节!工业化设备及应用超导材料性能的改善 超导磁体技术的发展 可采用的计算能力的大幅增强 以及三维分析模型精细度的提高 使复杂高级的超导磁体不必依规模放大为前提 就可以直接按要求进行设计与制作 为超导磁体应用研究开辟了省时又省钱的路径 大大推动了超导磁选的工业应用!当前 在超导技术工业化应用中 核磁共振成像与超导磁选已成为两大主要应用领域!美国能源部(日本科学技术发展署 都在组织本国研发(制造(使用三方面的机构或企业合作 实施这方面的国家创新计划 定期进行同行评议!超

3、导磁选在高岭土处理工业中 应用已有#*年历史!全球第一大超导磁选机生产商美国的$Y D R 8 Y:Y 6 E L R V R M a 2X I a;K 6 4 V 4 J 4 D K R LQ K e K;K R L统计了它在高岭土处理上已有)*个磁体运转年 意味着超导磁选机台数及运转时间已有了一定的规模 超导磁选机的重复与继续订单数较高 充分说明超导磁选机在工业应用上的可接受性与认同性!随着高岭土处理的入选品位逐年下降 产品质量要求不断提高 并面临经济全球化(生产全球化(资本全球化竞争格局的大型或中小型高岭土生产企业 为让自己有参与竞争的能力 保证生产质量稳定(成本低廉(有长远竞争力的产品

4、 对超导磁选机的需求相应地增多了!同时 提出了超导磁选机一次性投资与日常运转费用要更低 并能高效地生产附加值更高的产品 从而在经济上有生存力的一系列要求!正是在这种驱动力的促进下 世界上两大顶级超导磁选机生产商$Y D R 8 Y:Y和_ J K O都在原有的?J a R T K V D J(X R d J T V Y c两大系列超导磁选机上作了许多改进!采用可无故障连续运转/*E以上 无制冷剂的0/)第一章!超导磁选!制冷机!用传导冷却技术维持超导的工作温度 取代了液氦浴浸泡式冷却!它在环境恶劣的亚马逊热带雨林区内荒野矿山上已正常运作 有极高的可靠性!超导磁体突然+失超,不工作 重新开机时冷

5、却磁体的时间也比立刻灌注液氦所用的时间要短得多 工作效率高!此外 采用特殊设计制备的聚磁材料后 高岭土产量随进料不同可有%*+!0*+的提高 白度的增益约在/个N$点左右 有效性明显改观!减掉了灌注液氦用的昂贵辅助设备 降低了一次性投资!与一种间歇式直径%:为水冷或油冷铜线圈常规磁选机的功耗#千瓦$相比 约是,*3*!在每年运转/*E(寿命为3!)*4时 按大部分位于美国南部的高岭土生产企业所在地区的电费*.*3美元*#8 GE$计 超导的运行费可以节省),万美元*4)*年总计节省),*万美元!这与)1/7年第一台超导磁选机在美国佐治亚州H.A.I Y 5 J公司安装时其投资费用约#*万美元相

6、当 省电就能收回投资!对于一个非工业化国家的处理工厂来说 这种经济上的利益与省电都是相当宝贵的!在世界某些地区)液氦约需%*美元或更贵 一台工业超导磁选机年需液氦约)3*加上运送(处置与损失等额外费用 这种不菲的运转成本全可省去!年维修也不再是一项花费过高的开支!对中小企业参与竞争是十分有利的!再者 超导磁体有超导开关构成闭环运行无需供电可保持磁场 制冷机用具有失超安全保护的计算机软件进行监视与调控 随时显示运行状况!所以 可不需要低温工程方面的专业知识 只要按钮开机 约#,E达到超导磁体工作温度 经励磁(闭环后可进行选矿操作 使用上简单易行!为此 超导磁选机已成为定型标准产品 世界高岭土生产

7、商都十分青睐它!$Y D R 8 Y:Y的产品遍及世界各大洲 达到%3台以上!几乎世界上所有最大高岭土公司都使用了它的P a R T K V D J产品!如美国H.A.I Y 5 J公司请该公司改造了早年由澳大利亚9?A N#9 Y;D J 4 K R L?L D J T R JA R e K L M N:4 M$公司设计制造的#.3 超导磁选机!巴西的N A_ B B?公司已有三台?J a R T K V D J 3*3*超导磁选机在运行 使用后认为确实很好!为扩大产量#7 3*!/*D*4$又订购了一台!我国山东兖矿集团在广西北海投资了一高岭土项目 成立了兖矿北海高岭土有限公司!已探明地质

8、储量为,7 3)0万D的高岭土矿 位于广西北海市合浦县十字路乡境内!其储量大(埋藏浅(矿床稳定 易于大工业露天开采!兖矿集团预计项目总投资#亿人民币 以高投入(高技术(高附加值为起点 项目一期工程为年采原矿,3万D 年产)*万D精制高岭土产品 并逐步建成我国最大的高岭土科研(生产(加工出口基地 参与全球经济一体化的市场竞争!#*#年向$Y D R 8 Y:Y订购了一台?J a R T K V D J3*3*超导磁选机 现已正常运行!$Y D R 8 Y:Y称它又打入了一个高岭土资源大国%中国 开辟了市场!同样_ J K O公司的X R d J T V Y c系列超导磁选机 不仅为大型企业而且也

9、为中小企业提高高岭土产品的产量与质量提供了一个有效的处理设备!#*#年 欧洲两家高岭土生产商订购了这种超导磁选机!_ J K O认为欧洲将会是世界上率先实施严格的环保法律法规的地区 水(气的排放标准将十分苛刻 采用化学试剂的浮选法会受到严格限制!所以 它会是利用高级分离技术的重要市场 尤其是西班牙和意大利!土耳其和中国也是具有很大潜力的市场 预计#*3年它会获得新的订单!超导磁选机继在高岭土(碳酸钙的工业处理上应用以来!最近 又用于滑石除去铁染杂质上!那就是?J a R T K V D J 3*%7*工业超导磁选机已在法国N A_ B 总部投资芬兰$A 9滑石处理厂正常运行 是世界上第一次在三

10、大白色工业矿物处理上都得到了有效/)!第七篇!各种选矿工艺创新利用!超导磁选工业应用的新对象%煤与水的净化与再生!#*#年 中国煤炭进出口集团在世界上首先利用_ J K O公司称之为悬挂式超导除铁器的超导磁选机!它被安装在港口码头的皮带运输机上方#图0 2)2)$除去驳运装载前成品煤中如雷管及其碎片等黑色金属污染杂质 保证出口煤的质量与运输安全!它的额定悬挂高度处的磁感应强度*.,可悬挂高度3 3*:是世界上唯一一台最大的悬挂式超导磁体 拥有吉尼斯记录!超导磁体用液氦浸泡式冷却 并采用两个冷头#制冷机$提供不同温度的绝热屏保护液氦浴 使液氦蒸发量最低 一年仅补氦一次!据青岛市黄岛区港口码头反映

11、 该机使用简易方便又节能省电 历年运行正常 除铁效果比常规的好很多!其一次投资约7*万人民币 年运输费与维修费)万!%万人民币 经济上合算又合理!图0 2)2)!中国煤炭进出口集团引进的悬放式超导除铁器#*,年0月 中国最大煤炭生产供应商神华集团 经招标方式 以总计3百万!7百万美元订购了7台_ J K O公司的超导除铁器!这是_ J K O公司历史上接受的最大单笔订单之一!今后 它们将分别安装在天津(秦皇岛(黄骅港口码头的皮带运输机上 为神华集团煤炭出口的成品煤除杂!目前 这种应用在世界上是绝无仅有的 预期不会有他人再用!东京都的 M 4 J Y:4湖是日本污染最严重的水域 其水质净化处理项

12、目 由日本工程促进协会委托日立仪器公司实施!采用在分立式磁体线圈中间和端部各有一个往复式和可旋转分选箱的超导磁选机#图0 2)2#$除去这滋育湖中水草及悬浮物 还利用水生植物除去部分氮与磷#图0 2)2%$!水藻是非磁性物质 湖水要进行磁化预处理 加入磁铁矿细颗粒与絮凝剂 使水藻与它们形成磁性絮凝粒子 被超导磁选机捕获而净化水质!日立公司还在位于关东地区茨城县利根河下游处 全日污染有名的第三大湖#霞浦明$上 用日立%号机#图0 2)2#$来改善水质!该机的超导磁体室温孔直径%)*:中心场强).7!在处理量,*:%*S(流速%7*:*E下 水藻除去率达1%+生物耗氧量下降了/%+以上日本新能源产

13、业技术综合开发机构 从城市与工业不断扩大与发展 造成水源严重短缺的实际出发 认为生活污水与工业污水的净化处理已成为一个刻不容缓的重大任务!为此 它出资并委托日本二叶商事公司联合大阪大学(冈山大学(京都工芸纤维大学 利用1/)第一章!超导磁选!图0 2)2#!日立%号机图0 2)2%!日本京都地区 M 4 J Y:4湖的超导磁选机水质净化流程分选箱可连续更换与清洗的超导磁选机 来处理位于城市周边地区再生纸厂的废水 此扩大试验项目处理量达3*D*S!图0 2)2,示出处理过程)在反应槽内的,:%废水 分别以%*,:V*:K L(#*/M*:K L()#:V*:K L的速率 加入/+硫酸铝#如为硫酸

14、铁 因氧化会在再生水应用时造成纸浆着色$(细颗粒磁铁矿()*:R V*氢氧化钠溶液 经搅拌使废水中的有机物分散或溶解 并与磁铁矿形成磁性絮凝粒子 在分离槽中先沉降除去比重大(粒度大的固体悬浮物 再由磁感应强度%分选箱直径,*:(长度#*:以垂直废水流向方式密堆填充,0个网状聚磁介质块的超导磁选机除去所有絮凝物 其净化结果明显!化学耗氧量由原来)*()*2 7!)3*()*2 7降为#*()*2 7 再生水二次利用达到了零排放!近来 世界上新的工业超导磁选机制造商及主要产品技术参数)$德国9?_ N L;D J Y:L D;P:5 I 产品为9A 2,*工业超导磁选机#图0 2)23$其技术指标

15、与适用范围如下)处理方式)湿式 在矿浆流量为0*:%*E下)浓度*+!处理量*D*E)*3*1)!第七篇!各种选矿工艺创新图0 2)2,!超导高梯度磁选处理造纸厂废水的流程图0 2)2 3!9A 2,*超导高梯度磁选机#*)%*)0,*#3应用范围)高岭土(碳酸盐(滑石(云母及其他细磨矿物#)!%*):$粗粒矿物#*):以上$!磁体)超导磁体 无制冷剂直接冷头冷却 口径,%*:!冷却装置)工业标准制冷机)台!功率)*8 G!仪器)X?控制(电流(温度监控器!服务周期)一年或者更长!服务要求)制冷机#)#个月 氦压机#,个月!机重)约/D!尺寸)%.3:().3:().3:!#$美国9 M Y

16、4 T K L 公司)实际上 它是美籍华人王守田=AB公司的全球代理商!产品有)1)第一章!超导磁选!磁感应强度3!7 室温孔径*.)3!):往复式超导磁选机!磁感应强度%室温孔径*.0 3!#:间歇式超导磁选机!磁感应强度3!1 室温孔径*.*3!*.)#3:试验用超导磁选机!%$美国?J a R:4 M L D K 6;公司 产品有)间歇式快速励退磁超导磁选机 磁感应强度3!1 室温孔径3!)#.3 6:系统的冷却方式与性能如下)标准系统无液氦系统无制冷机系统3!)3 磁场3!)3 磁场3!1 磁场加强型低损耗杜瓦加强型低损耗杜瓦加强型杜瓦0./6:室温竖直孔0./6:室温竖直孔0./6:

17、室温竖直孔%3 8 G功耗%0 8 G功耗%)*8 G功耗1*S最少液氦保持1*S最少液氦保持时间#系统在静态下$时间#系统在静态下$无液氦液氮要求),S最少液态保持时间无液氮由制冷机供冷空冷式水冷压缩机供电)单相#%*F 4 6供电)单相#%*F 4 6供电)%相#%*F 4 6,$日本九州电力公司 水净化用的超导磁选机#图0 2)2 7$!图0 2)2 7!日本九州电力水净化用超导磁选机工业超导磁选机大多都采用了3 磁感应强度的超导磁体!认为高场强与高梯度都可提高分离力#磁力$高场强增强的力不会减少其作用距离 利于增强处理能力!同时在高岭土处理上 还表明随磁场增强 产品的白度增益是明显提高

18、的#图0 2)2 0$!这些完全满足了使用者的所求 因此#*%年$Y D R 8 Y:Y的?J a R T K V D J 3*3*超导磁选机已有#%台遍布全世界 在市场上占了绝对优势!目前 全世界超导应用的年收入达到了%亿美元 其中超导磁选约占/+!)*+预计到#*#*年超导应用的产品市场可达%*亿美元!若超导磁选还能为该百分比或稍有提#1)!第七篇!各种选矿工艺创新高 将是极为可观的!图0 2)2 0!磁场强度与高岭土白度的关系第二节!新磁系及新方法#装置$的开发一!多磁场源开梯度磁选与螺线管开梯度磁选日本新大学的.!Y 8 Y K与大阪大学的=E K m K:4(东京都大学的.G 4 D

19、 4 L 4 5 共同提出了采用多磁场源#四级磁体$的一种开梯度磁选机的基本概念-如图0 2)2/#4$所示.!它表明使磁粒向分离区移动的磁力只是垂直于携其运动的悬浮流体流向的一个分量!由于四级磁体交汇点的磁感应强度为*这就形成了梯度磁场 磁粒在梯度场中 因磁场分布变化 其所受磁力随之改变 粒子可由分离区入口向出口移动 完成分离过程!图0 2)2/#4$!四级磁体磁源的分选概念利用动态粒子运动方程的计算分析和一个数学模型 模拟运算了悬浮流体中磁粒浓度扩散过程的质量转换非线性方程!结果表明几十微米粒级的顺磁性粒子 可用他们提出的开梯度磁选机 在高场强下得以分离!磁粒浓度扩散分布与磁粒半径(悬浮流

20、体的磁化率与流速有关!因此 设计分离管道的尺寸时 要考虑粒子的磁性与处理速率!当粒子半径#):时 浓度扩散对粒子输运过程的影响比磁力对它的影响小很多 就可忽略不计!%1)第一章!超导磁选!图0 2)2/#5$!四级磁体的分选设备流程为了证实所提出分离方法的有效性 以含).*#M*磁铁矿的纯水混合物为给料 利用为高能物理基本粒子实验而设计的 一个孔径3 3:长3 3*:磁感应强度*.3 梯度)*:?Y 2!四级磁体#它的磁场分布与理想四级磁体的相差)*:$进行了如图02)2/5所示的分离过程试验 结果富集物的含!量为给料的#倍 而滤液中只含,.3*()*2#M*已足够低了 这结果与理论分析吻合!

21、为此 所提出开梯度磁选方法是有效的 并认为对处理废水是有用的!表0 2)2)!磁体技术要求与计算参数磁体螺线管磁体磁体9磁体内径*:3*2外径*:)7*2高度*:)*2室温孔直径*:%*)*磁场*#3分离管道内径*:#30 3长度*:)3*)3*流速*#:*;$*.*)!)*.*)!)*物理常数粒子半径*:)2)*()*2 3粒子磁化率)*()*2 3水的磁化率2 1.*3()*2 3水的粘滞系数*#8 M*:;$)*2 3,1)!第七篇!各种选矿工艺创新多磁场源的开梯度磁选机虽然可获得稍高的梯度 但是复杂的磁体结构#为四级磁体$其制造费用必定是昂贵的!为此 他们又以磁力运动方程的分析模型-图

22、02)21#4$.研究了采用螺线管磁体时 开梯度磁选的分选特征!并且 在只考虑圆柱坐标系中:28平面上的情况下 用表0 2)2)所列磁体尺寸与计算参数 模拟计算与分析了磁粒运动轨迹!结果表明螺线管磁体的磁场分布中 高场强区在其内侧壁附近 磁粒运动达到此壁时 会全部被捕获!因此 在确定分选所需磁感应强度#*$和设计分选管道的尺寸长度#2BA$#)$BA 2#*!美国杜邦超导公司($Y D R 8 Y:Y技术公司(高磁场国家实验室共同合作 历时%年花费0)*万美元#设计)3*万美元(制造%7*万美元(试验#*万美元$完成了设计制造一台)*,工业规模往复式高梯度磁选机#BA 2#*$项目 该项目被列

23、为美国能源部主持的+国家超导协作创新计划,!采用了传导冷却高温 K 2#%超导磁体和在%*U 内径*.#3:长*.%:时 工作电流)#7 9 工作磁场%储能#*.):H!高温超导线圈#图0 2)2)$的性能要求及磁体设计参数分别列于表0 2)2%和表0 2)2,!超导磁选机基本组成和磁体制作与本文相关内容所述大致相同!主要差别)0制冷机采用PA循环一级制冷%*U的冷量7*G 超导磁体由#组)层绝热外套缠包 降低辐射热!经计算 磁体运行时总热负荷%).%,G 要)*!)#E可冷至%*U 实际上二台制冷还要%)/E 一台得3*E 而一台可完全满足制冷和维持运行所需工作温度&1采用的高温超导材料为一

24、根7)芯 线宽,.):厚*.%:由不锈钢带增强的 K 2#%带材&7因无截留传导热的二级冷源 磁体电流引线为常导的黄铜材和纯铜带&8用共轭铁做磁回路使分选箱可在无杂散磁场影响下清洗 干净省时!往复时间在3!#*:K L之间 处理量以干高岭土给料计为%!3 D*E&:采用传统软件及#.3+保护电阻的外部失超测定及保护系统 保护在工作电流)#7 9(励磁速度).3 9*;(工作温度%*U(储能#)*8 H超状态!响应时间3;保护电压%F失超后磁体最大允许电压%#3*F 正常区电阻约0:+磁体温升)%;达)#7 U!超导磁体经)*次励磁 保护有四次响应 其中二次是供电网络干扰引起的 一次是开关附近设

25、备的电源引起的 一次是励磁速度过快#).3 9*;$引起的!图0 2)2)!高温超导 K 2#%线圈装配表0 2)2%!高温超导线圈的性能要求参数BA 2#*BA 2 3*磁场*%线圈内径*:*.#3*.3*线圈高度*:*.%*.0*制冷方式制冷机制冷制冷机制冷热循环数#3#3/1)!第七篇!各种选矿工艺创新参数BA 2#*BA 2 3*磁循环数%)*%)*励磁时间*:K L%*%*使用寿命*433表0 2)2,!关键设计参数设计参数BA 2#*BA 2 3*最大磁场*%.%.3中心磁场*%工作电流*9)#7)*工作温度*U%*%*导体 K 2#%K 2#%铁轭采用采用储能#8 H$)*,*双

26、饼线圈个数%*7#导体总长度*8:1%#线圈内径*:*.#3*.3*线圈外径*:*.%,*.7#线圈高度*:*.%*.0*热负载*G%,7 7线圈重量*8 M)%17*3最大动态负载%(M3(M!注)M为重力加速度!表0 2)2 3!低温与室温试验性能的总结试验结果尺寸检验通过耐压性能#%)8 F$2%*.)#)9$9?电感)#.7#&*2)+$Q?电阻#/1+#&*2 3+$3次热循环#台9#%*制冷机$%*U%*U%*U#,E$7*次电循环$9)#7 9$9%次热循环#)台9#%*制冷剂$%*U%*U%*U#3*E$失超测定*保护%*.F*)W.磁选机于#*)年)#月完成总装 后经7个月的

27、低温和矿物处理(水处理(其他新化学物质处理等试验!低温和室温试验性能的总结列于表0 2)23!但是 未见选矿试验的任何报道!#*#年/月通过全美同行评议 从尺寸和磁感应强度的结合上来说 是迄今已制成的最大型高温超导磁选机!#$BA 2 3*!#*#年)月起 杜邦超导公司($Y D R 8 Y:Y技术公司(H.A.I Y j5 J高岭土公司(洛斯阿拉莫斯国家实验室又共同承担了 设计制造一台全工业规模 使用寿命3年以上 传导冷却在%*U 内径*.3:(长*.0:工作电流)*9 工作场强%储11)第一章!超导磁选!能#*.,*A H高温 K 2#%超导磁体 往复式高梯度磁选机#BA 23*$项目!它

28、的高温超导线圈的性能要求与关键设计参数都分别列于表0 2)2%和表0 2)2,中!它与BA 2#*的区别是处理量 约放大了/倍 达#3!,*D*E!由此相应的构件尺寸也有放大 运行时总的热负荷增至7 7 G 需一台一级制冷到%*U冷量为)*G的制冷机#PA%*型$!这台磁选机将要历经%.0 3年 花费/,*万美元才能完成 其主要优点与问题)0在约,*U下运行的高温超导磁体的卡诺循环效率比同样在,.#U下运行的低温超导磁体大)*倍多 对工业机来说这种节能和它因此可在缺电的地区工作是极为重要的&1由于高温超导线圈在较高温度下的热量可用小型制冷机较容易地除去 使其结构紧凑整个磁选机可由一辆普通载重拖

29、车的陆路运输 从一地到另一地 这就打开了工业租赁的商业概念!它尤其对需要在相对较短固定周期内#*!#4$更换其工业处理装置的应用#如环保的废物再生$极为有利&7BA 2 3*要在H.A.I Y 5 J高岭土公司进行)!#个月的场地工业试验的考验!同时 洛斯阿拉莫斯国家实验室要开发新的应用领域 其中有一项是拥有专利权的新化学物质的处理研究 将会使化学物质处理工业有一革新的作用!这对美国每年拥有0 3亿磅约3*种极为广泛使用的化学物质的处理是至关重要的&8目前来说 K 2#%超导材料是高温超导材料的第一代 在性能上 尤其是临界电流已达到工业使用要求!但是 目前)3*:长银包套粉末灌装法制成的多芯带

30、材售价约)3*!#*美元*#8 9:$#0 0 U 自场下$而=5 K)美元*#8 9:$#,.#U$(铜)32#3美元*#8 9:$!所以 要真正将它引入商业应用还为时尚早 只有售价降至3*美元*#8 9:$才有可能!四!磁流体分选法日本神户商船大学的U.=K;E K M 4 8 K和川崎重工的9.N L 4 D 4提出了可使油污染海水中的油分离出来的磁流体分选法!主要基于利用电磁力与分离力#浮力$作用方向上的区别!在油污染海水的流动方向上附加一个强磁场 又在该磁场垂直方向上 通过一个电流!依据!V :K L M定律 导电海水将受到一个电磁力#洛仑兹力$的作用 方向与重力一样 而海水中的油#

31、视为球状油滴$是绝缘体 电流不能通过它 所以电磁力不会作用于它!电磁力和重力都是体积作用力 油就像海水中的气泡一样受分离力的作用将向与电磁力作用相反的方向流动 海水在电磁力与重力的合力作用下 向另一方向流动!这样 有一分隔板存在时 含油量较多的海水就可获得 油也得到了分离!图0 2)2)#示出了其原理图与分选管结构!他们还利用如图02)2)%所示实验装置进行了人工合成海水#=4?V水溶液$实验 研究了流率与电流4#*!)9$(磁场#*!)*$(=4?V浓度Q#%.3+!)*+$和海水流速间的关系!实验装置由一个室温孔径%,:(长#,*:(磁感应强度)*(磁场均匀度在磁场中心C#*:区域处C#+

32、的分立式超导磁体和分选管(型管(海水贮槽)*)(排水贮槽,*)(泵(流量计(海水流动管#/:$组成!其中分选管中有聚氯乙烯做的偏移导管():厚聚氯乙烯分隔板():()/:(,*:涂有)*):铂的钛电极板 极板距为#*:!偏移导管被分成9#不受电磁力影响的$部分以及部分#受电磁力影响的$!研究结果表明)0溶液浓度#Q$%.3+流速)*:K L#U-%6:*;$(电*#)!第七篇!各种选矿工艺创新书书书流!#磁场!#$测定了流出样品溶液的量%在部分流出的为#$&%部分流出的为#&其流率定义为%&#$!#$#&在电磁力为#时%&#()&在!#$时%&#全部溶液流入%部分%!为参数下&!与%的关系是在

33、&*()+#&*,-.时&/$!和!#$#(0 的%&#&部分没有样品溶液流出%!为参数下&与%的关系是在&*()+&*,-.时&当!&常数&%随增强而降低&这就是在样品溶液中电磁力的增大所致%#&对%没有影响%$与为参数下&%与!关系是(&1,-.#/$#(0 和!#$#(1 时%&#&而在&!(),-.#!#$!时%&#$因此&在这种分选法中&用偏移导管控制海水流量只是在!2-3 4这个量级的速度下才是可能的$图/5!5!6!磁流体超导磁选原理图/5!5!*!磁流体磁选设备流程五!磁5阿基米德悬浮分选法日本东京大学的7(8 9:;?A#B A晶粒混合物在*6大气压的氧氛中的分选&以及用掺杂

34、元素与其量的变化制成的四种密度#体积磁化率#颜色不同玻璃粒子&在#(C$#0$#0()$#!6$磁场&1+!重量D 4 A6溶液中的分选的两种实验$结果都得到了很好的悬浮&悬浮浓度与理论计算的吻合$表明新方法对密度与磁化率都十分敏感&它将会是弱磁性材料分选的一种好方法$图/5!5!=!磁5阿基米德磁选实验原理六!旋转式连续超导磁日本日立公司机械工程研究实验室的E(8.?!LE 调整M E值&经搅拌后&水中固体悬浮物与铁粒形成磁絮凝物&再经磁选机分选除去废物$磁体参数列于表/5!5 1&它是由制冷机传导冷却和高温超导电流引线供电的&所以结构紧凑&使用方便$磁体进行了励磁速度与温升关系试验&结果表

35、明与液氦浴浸泡时一样多的冷却结构&冷却性是好的$还进行了在固定分选箱和流速为#(!-.)6#6!)!第七篇!各种选矿工艺创新下的基本分选试验&结果表明随磁场与添加磁铁粉的增加&固体悬浮物除去的效率也增加$在约#()$时&固体悬浮物的除去率增加就趋于缓慢&大于#(C$时&就为常数$通常认为前者是磁块粉磁化强度的饱和&后者是聚磁介质的饱和造成的$给料为家庭生活排水&实验条件与结果分别在表/5!5/和表/5!5 C中$这系统在6=-*I处理量下&除去率 0)+&大于#(6 6%-的生物或化学耗氧量全可除去&使给料达到中水水平$絮凝槽中停留时间为常规絮凝沉降法的!#&所以占地小&聚磁介质的清洗在低场区

36、用高压空气产生气泡冲刷&其过程是连续的$图/5!5!)!日立处理城市污水设备流程表/5!5 1!超导磁选机的技术参数参数量值室温孔直径!#-磁体温度*(/B冷却时间=C N功率损耗1()9 O工作磁场#(C/$表/5!5/!城市污水的试验条件参数量值给料速度 !-.#(#=处理量 !-*I6=磁场$#(=)表/5!5 C!城市污水处理试验的结果名称流入液 !-P2流出液 !-P2除去率+生物耗氧!*!*0#化学耗氧!#6*/0固体悬浮物*)#!#0/总量)*#(6 60 1)*#6!)第一章!超导磁选!七!移动式超导磁选系统日本九州电力公司研究实验室的E(E?Q?.N 3等和日立公司(K?N

37、等发展了一种能快速除去高滋育湖和拦河坝中浮游植物聚合体或海水中油污染物&移动式水处理系统$它由形成磁性絮凝的预处理#K R K*#=材质膜的旋转分选机和采用/块面积为*-6厚6#-7%L高温超导块材串联成磁场区#6#-&表面磁场)$&分选区磁场!$&制冷机传导冷却的超导磁体的磁选机组成$图/5!5!1和表/5!5 0表示了系统的结构和技术参数$其净化步骤是(以磁铁粉#铁无机絮凝剂#聚合物形成污染物的磁性絮凝粒子&又经转动膜过滤流出净化水&膜上堆积的絮凝物由冲洗水冲下&靠磁选机磁力吸着在其转动的鼓壳面上&转移到废渣罐中$系统总尺寸)-S 6(!-S!(C-&可装载在一辆=H载重拖车上&以!#-*

38、I!(!1 S!#5*-*.处理量&移动处理各类污水$表/5!5 0!移动式磁选机的主要技术参数水处理量 !HI!#叶绿素?除去率+0#水处理时间-3 4$)预处理过程-3 4絮凝搅拌时间$=磁选机块状导体7%?T L块材尺寸-*S*S 6#有效块宽6#块材温度 B1#或更低绝缘方式真空热绝缘膜分离器类型旋转鼓膜材料K R K*#=转鼓直径-#(=膜运转率+*=(*+在!#S!#5 1高岭土水处理中&以!#S!#5 1磁铁粉#!#S!#5 1铁无机絮凝剂#6 S!#5 1聚合物形成磁絮凝物&经处理总除去率0 6(/+$在处理湖中水花!主成分为叶绿素 等污物中&收集污物的总浓度为6#-P2&在预

39、处理用药不过量时&各污物除去率都0#+&结果列于表/5!5!#$表/5!5!#!水的磁分离净化结果成分给料 !-P2净化水 !-P2除去率+叶绿素0(*S!#5*#(6 S!#5*0/(C磷#(!#)#(#*/1=(C生物耗氧量!(*#()1!()化学耗氧量)(#!()/#(#该系统还在一个离岸成品油生产站进行了除去海水中油污染物的场地试验$离岸油生产时&为使油恒定流出油罐&以注入海水维持罐内压力&这就产生了不能直接排放入海)=#6!)!第七篇!各种选矿工艺创新图/5!5!1!移动式超导磁选系统外观的油污染海水&经该系统处理后&净化海水中总碳量!$L$)-P2&达到直接排放要求&$L 的去除率

40、#0#+&回收渣中$L 为6*#-P2是原浓度的0 1#倍$各种试验结果说明该系统令人满意的性能&同时&它具有极好的紧凑性#移动性#功能性#操作性和经济性$八!高温超导块状磁体的磁选试验装置日本岩手县工业促进中心的B(7 9 W$3#W*K 4#%3 56 6 6*线材的()&各为!)!U9)-#!(1)1#6!)!第七篇!各种选矿工艺创新!U9)-!)$&=(6 B#1&C!U9)-!6$&=(6 B#!)#&6#!U9)-!#$&/B 相比$加之&它的极低制冷费用&它的应用似乎是经济的$如果与永磁体相比&注意到合金渗析的7!6*块材=1 B下0$#6 0 B下!/$&若磁化场更高&它的捕获

41、场更强&在!/$下&磁能积将是!()$磁化强度永磁体的6=倍&也就是说即便生产成本比永磁的高!#倍&它在商用上还完全可接受的$这种技术上与经济上的分析表明&高温超导块状导体将是今后工业磁选机应用的一个新磁源$第三节!新应用与应用基础的研究一!除去锕系元素钚V T#的超导高梯度磁选试验洛斯阿拉莫斯实验室的8(O X A等按美国能源部的要求&发展一种强化高梯度磁选技术&从有兴趣的样品中富集了亚微米级锕系元素及其化合物粒子$采用一个室温孔径!)#-#最高磁场C$#介质占空因子0=+的超导高梯度磁选装置&以!#-A#(6&#(C%-粒级V T L6粒子浓度为!#5 C-A2的十二烷溶液为给料&在!,-

42、.流速下&进行了一次通过方式的分选试验$当介质为6#&6)%-挤压不锈钢毛和磁场/(#$下时&V T L6的浓度由!#5 C-A2降至!#5!-3涂层的不锈钢毛和磁场6(#$下时&V T L6浓度由!#5 C-A2降至!#5!*-3的气相沉积法生长在不锈钢毛上的枝蔓状 3层&由于增加了介质的捕获点&满足了强化超导高梯度磁选技术的要求&取得了完全捕获#(6%-粒径的V T L6粒子的结果$二!废水处理的高温超导高梯度磁选扩大试验这是美国超导协作创新计划的子项目&主要是为YD K R)#工业规模高温超导往复式高梯度磁选机&开发新市场新应用领域$在6#*#6#=两个财政年度中&美国能源部与杜邦公司各

43、出资!6万与)#万美元&由洛斯阿拉莫斯实验室#杜邦公司#新墨西哥州立大学合作&先后完成了(试验场地#设备的建立%!部分筛选试验%正铁酸盐在水中与重金属结合形成絮凝及其高梯度分选可行性研究%#主要分选参数(磁场温度#表观流速#聚磁介质纤维直径#填充密度#介质高度#絮凝反应时间#空气搅拌对反应的作用#晶种与二价J:之比等对试验过程影响的研究%$在适当运行范围内&分选漏穿前最大捕获量的研究%)确定了在科罗拉多州2:?I Z 3 A A:采选场的排水处理厂进行扩大试验&流程与目标!图/5!5!0表/5!5!$)/#6!)第一章!超导磁选!表/5!5!采选厂排水的扩大试验目标污染物给料 !-P2目标!净

44、化液-P2 4*(1#(#C=T&#(#0#(#0V I#(#*!#(#*I#(#6#(#0 P&#(#!#(#)J:!(=!(#D 4!(C#(#)图/5!5!0!净化采选厂排水的超导高梯度磁选扩大试验工艺流程三!研磨材料K 3#除铁超导开梯度磁选试验日本大阪$B 公司#大阪大学#冈山大学#京都工芸纤维大学的K N 3 45 8,N 3E W$3#W*K 4混合超导磁体和直径)#-长#!6#,-分成两部分!各长1#,-叠放纵向卷成的!=#层K R K=*#介质网的往复式分选管&进行了含砷*(=-P2地热水!个大气压#0 C 的分选试验&最终净化水含砷#(#!)-P2&达到了日本排放标准!#(

45、!-P2 而稍高于日本环境标准!#(#!-P2$他们还利用上述?的高温超导磁体和!#-长度上叠放纵向卷成的!=#层K R K=*#介质网的分选管&进行了含砷*&=-P2地热水!个大气压&0 C 的场地分选试验&结果除砷率只有=#+$因为以!#A-3 4速度处理了近C#A地热水&其他条件与上述试验无任何区别&最终找到是由场地地热水中K 3 L6悬浮物阻碍了预处理中正铁酸盐的形成造成的&他们又研究了适合这种地热水的预处理方法&结果分选除砷率达到了C#+和0#+$由含*&=-P2砷的给料&要达到日本环境标准!#(#!-P2&砷去除率必须#0 0+才行$他们认为关键在于预处理上&只要它最佳化&目标是可

46、以实现的$最近&他们在上述两种试验基础上&对地热水除砷的现场工业规模模拟试验进行了概念设计$为了和现场地热水处理量相匹配&设计中将采用两台室温孔径*#,-&分选磁场6$高温超导磁体和直径6#,-#长!6#,-分成两部分!各长1#,-叠放纵向卷成的!=#层K R K=*#介质网的往复式分选管&总处理量=#HN#流速C(=,-.#要求砷的去除率0 0+$这样建设费为*亿1千万日元&运转费1 6日元 H$这概念设计将在批准后实施$*日本大阪产业大学#福山大学#日本设备工程与建筑公司松户研究所联合开发了一种利用含有固定微生物和磁性粒子的聚乙二醇凝胶颗粒净化处理废水的过程$颗粒含硝化菌时&可净化含氨溶液

47、&使氨氧化而消失$由于过程持续=#-3 4&净化是缓慢的&认为这是颗粒中所含磁铁矿粒子造成的$但是它是必要成分&否则不能利用磁场从水中将它分离出来而在循环利用$为此&设计了一种专门的分选管道和磁性粒含量不同的凝胶颗粒&在!(*=$和!(1/$的超导磁场中研究了分离行为$含6+磁铁矿粒子的凝胶颗粒回收率为0#+&随着磁铁矿粒含量的增加&造成堵塞了分离区的入口而不能分选$认为对不同磁性粒子含量的凝胶颗粒要在分选管道的结构尺寸上作相应调整才能适应$)0#6!)第一章!超导磁选!=日本东京都大学$(O?H?4?W:等&在不用任何化学材料下&用电絮凝!极距*#-铁电极#超导高梯度磁选机!#$#K R K

48、=*#介质网#电化学氧化!$3V W L6为阳极#$3板为阴极 相结合的废水处理系统&以!#AN速度处理了来自东京湾东京都中央防潮坝内垃圾填埋场的浸出液$结果电絮凝使磷成为磷酸铁在高梯度磁选中全部除去!6-P2降为#&化学耗氧由!#-P2降为C#-P2再经过电化学氧化使E=5由6#-P2降为#&化学耗氧由C C#-P2降至!#-P2&并且还除去被认为具有环境内分泌破坏剂效应的双苯酚和苯胺$这种联合方法处理垃圾填埋场浸出液中氮#磷和难处理的有机物以及双苯酚和苯胺等是可行的$五!干煤粉除硫的超导开梯度试验美国阿贡实验室的Y(L(_ ,H W$3超导四级磁体中&以6(=9 PN速度给料的分选试验时&

49、两组分运动轨迹是吻合的$典型煤样品的硫与灰分降低了6=+$他们的结论是要尽可能提高超导四级磁体的梯度&因为这些磁体将能产出高达6(/6$-的磁场梯度&磁分离力将提高6 C)+$六!木质纤维素除灰分的超导梯度磁选试验木质纤维素是以木头#农业与森林废渣#城市固体废弃物中有机物为原料&经酸性水解得到的一种固体催化燃料&用于外燃烧室透平机时刻释放出大量的热电能$因其中含有灰分!主成分为碱金属#碱土金属元素&在燃烧中会腐蚀透平机的叶轮&影响它的广泛应用$巴西J aR 8 2大学的D(2(F(V:X:3 X?等认为灰分的无机物碱金属#碱土金属元素是一种弱碱性物质!磁化率在/S!#5 C左右 并且具有足够大

50、的粒度$所以&采用了一个中心最大场=$W$3磁体和充填=6#不锈钢介质网的*#=不锈钢的分选管&在!(6)$#=$磁场和6#2N#*#2N#)#2N给料速度下&进行了6!+#()+木质纤维素悬浮水溶液的超导高梯度磁选试验$结果在任一种试验条件下&灰分总是降低的&其范围在!*+&*0+间&最佳条件是6()$磁场和6#2N的给料速度$这是超导磁选机在变废为宝&具有环保意义项目的新应用$)#!6!)!第七篇!各种选矿工艺创新七!熔融铝中除K 3 掺杂物的超导开梯度磁选试验意大利波隆那大学和日本名古屋大学合作&在一个磁场!6$&梯度6#$-&室温孔径!#-的超导磁体中心以上*#-处放入一个 A6L*坩