超導(dǎo)磁分離綜述論文

復(fù)雜體系分離與分析期中論文題冃：超導(dǎo)磁分離技術(shù)組號：8姓名，嚴(yán)儀旳學(xué)號：101415121382015/11/21摘要：超導(dǎo)磋分離技術(shù)是備分離技術(shù)中一種新的發(fā)展方向，根據(jù)超導(dǎo)體的某些特性，可有效處理高梯度饌分離技術(shù)面臨的發(fā)展瓶頸。本文先介紹了緘分離技術(shù)的概要，并著重闡述了超導(dǎo)觸分離技術(shù)的技術(shù)原理和設(shè)備，及其在污水處理等各領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用情況，分析了超導(dǎo)饌較之傳統(tǒng)礪分離技術(shù)的優(yōu)越性。關(guān)鍵詞：超導(dǎo)饌分離技術(shù)；饌分離技術(shù)：高梯度砸分離技術(shù)：污水處理1引言磁分離技術(shù)是一種將物質(zhì)進(jìn)行磁場處理的技術(shù)，隨著磁體技術(shù)的發(fā)展，磁分離技術(shù)的發(fā)展也經(jīng)歷了四大階段一一弱磁選、強(qiáng)磁選、常規(guī)高梯度磁選以及超導(dǎo)磁選階段。超導(dǎo)磁分離技術(shù)是七十年代初步發(fā)展起來的新興技術(shù)，其采用超導(dǎo)磁體代替磁分離裝置中的常規(guī)磁體。與常規(guī)磁分離技術(shù)相比，超導(dǎo)磁分離技術(shù)具有體積小、重暈輕、節(jié)省電能、生產(chǎn)能力大、場強(qiáng)高等特征優(yōu)勢。以往用于磁分離的磁體大多為普通電磁體或永久磁體，所提供的磁場在1T左右，磁分離效果不是很明顯。磁體的磁場強(qiáng)度是影響磁分離效率的重要參數(shù)，隨著超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，采用超導(dǎo)材料繞制的超導(dǎo)磁體可獲得高磁場，磁場強(qiáng)度很容易達(dá)到3T?至更高，而且能在較大的空間范I制內(nèi)提供強(qiáng)磁場及高梯度磁場，用于磁分離可顯著提高處理量。因此，超導(dǎo)磁分離技術(shù)有著更為廣泛的研尤和應(yīng)用范圍，其在礦冇選礦、煤的脫硫、匸業(yè)和生活污水的處理等方面都已有了廣泛的研究和應(yīng)用。作為一種能夠發(fā)揮巨大經(jīng)濟(jì)效益的、潔凈節(jié)能的新興技術(shù)，超導(dǎo)磁分離技術(shù)的應(yīng)用研究具有重大社會(huì)意義。2磁分離技術(shù)概述1磁分離技術(shù)簡介磁場本身是一種具有特殊能最的場，經(jīng)磁場處理過的水或水溶液，其光學(xué)性質(zhì)、導(dǎo)電率、介電常數(shù)、粘度、化學(xué)反應(yīng)及表面張力和吸附、凝聚作用及電化學(xué)效應(yīng)等方面的特性都產(chǎn)生了可測量的變化，并且當(dāng)撤掉磁場后，這種變化能保持?jǐn)?shù)小時(shí)或數(shù)天，具有記憶效應(yīng)。由于這些現(xiàn)象的存在，多年來磁技術(shù)一直是研究熱點(diǎn)。磁分離技術(shù)是將物質(zhì)進(jìn)行磁場處理的一種技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到各個(gè)領(lǐng)域，該技術(shù)是利用元素或組分磁敏感性的差異，借助外磁場將物質(zhì)進(jìn)行磁場處理，從而達(dá)到強(qiáng)化分離過程的一種新興技術(shù)。隨著強(qiáng)磁場、高梯度磁分離技術(shù)的問世，磁分離技術(shù)的應(yīng)用己經(jīng)從分離強(qiáng)磁性大顆粒到去除弱磁性及反磁性的細(xì)小顆粒，從最初的礦物分選、煤脫硫發(fā)展到工業(yè)水處理，從磁性與非磁性元素的分離發(fā)展到抗磁性流體均相混合物組分間的分離。作為潔凈、節(jié)能的新興技術(shù),磁分離將顯示出誘人的開發(fā)前景。近兒年磁力分離法已成為一門新興的水處理技術(shù)。磁分離作為物理處理技術(shù)在水處理中獲得了許多成功應(yīng)用，顯示出許多優(yōu)點(diǎn)。磁分離利用廢水中雜質(zhì)顆粒的磁性進(jìn)行分離，對于水中非磁性或弱磁性的顆粒，利用磁性接種技術(shù)可使它們具有磁性。借助外力磁場的作用，將廢水中有磁性的懸浮固體分離出來，從而達(dá)到凈化水的目的。與沉降、過濾等常規(guī)方法相比較，磁力分離法具有處理能力大、效率高、能最消耗少、設(shè)備簡單緊湊等一系列優(yōu)點(diǎn)，它不但已成功應(yīng)用于高爐煤氣洗滌水、煉鋼煙塵凈化廢水，軋鋼廢水和燒結(jié)廢水的凈化，而且在其它工業(yè)廢水、城市污水和地皮水的凈化方面也很有發(fā)展前途。2磁分離技術(shù)基本原理與分類磁選技術(shù)主耍用丁分選磁性不同的物質(zhì)。被選物料在磁選機(jī)中成功分選的必耍條件是：作用在較強(qiáng)磁性顆粒上的磁力F］必須大于所有與磁力方向相反的機(jī)械力尸2(包括慣性力、重力、摩擦力、顆粒間作用力等)的合力，同時(shí)，作用在較弱磁性顆粒上的磁力F；必須小于相應(yīng)機(jī)械力之和F；。在磁選中被選顆粒所受磁力可表示為：幾=^kVHgradH (1)其中，“°為真空磁導(dǎo)率，k為比磁化率，V為顆粒的體積，HgradH為磁場強(qiáng)度與其梯度的乘積。在被分選物的粒徑一定的情況下，磁力大小決定于顆粒的磁性和磁選設(shè)備的磁場性質(zhì)HgradHo在實(shí)際磁選過程中，往往通過提高磁選設(shè)備的磁場強(qiáng)度和磁場梯度等參數(shù)提高磁性顆粒所受的磁力。另一提高磁選效果的方法是通過物理化學(xué)方法改變被分選物的磁性質(zhì)，如磁種分選法等。初采的礦物成分一般比較復(fù)雜，需要進(jìn)行不同礦石的分選，利用礦物顆粒磁性的不同，可以在不均勻磁場中對礦石進(jìn)行分選，提高礦物原材料的質(zhì)量。利用一般常規(guī)分選法比較復(fù)雜，回收率差，而且對于弱磁性和微細(xì)顆粒難以實(shí)現(xiàn)有效分選。常規(guī)磁分離裝置也受其磁力限制，對某些弱磁性和細(xì)小的物質(zhì)無法分選出來。只有利用超導(dǎo)磁體的高磁場才能提供足夠的磁力對礦物質(zhì)進(jìn)行富集分選，M至可以利用超導(dǎo)磁分離技術(shù)將常規(guī)磁選處理后的殘余細(xì)末也再次回收起來。超導(dǎo)磁分離技術(shù)在礦石分選領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了工業(yè)應(yīng)用階段，英國曾采用MK-IV型磁選機(jī)對用作陶瓷原料的花崗石進(jìn)行了分選，分選效果良好；我國有色金屬研究院對石英砂、鋁土礦、活性炭等進(jìn)行過除鐵提純研究：此外，超導(dǎo)磁選機(jī)也可對黃金和金剛右進(jìn)行處理，并能取得良好效果。磁選技術(shù)長期以來主要應(yīng)用在分選黑色金屬礦石方而，目前其在鐵礦石選礦方面仍處于主導(dǎo)地位。同時(shí)，磁選技術(shù)還廣泛應(yīng)用在稀有金屬和非金屬礦石的分選，如鴨、錫粗精礦的分選、海濱砂礦粗精礦的分選、石棉礦的預(yù)選等。此外，藍(lán)晶石、石英、紅電氣石、長石、霞石、閃長巖等都在不同程度上應(yīng)用磁選作業(yè)進(jìn)行分選。2高嶺土提純高嶺土提純屬于礦物分選的一個(gè)小分支，超導(dǎo)磁分離技術(shù)最初在礦物分選尤其是高嶺土提純方面應(yīng)用廣泛。由于高嶺土是一種以高嶺石和高嶺石族礦物為主、含有許多其它礦物的土質(zhì)巖石，其含有的鐵、鈦等雜質(zhì)常會(huì)使高嶺土著色，影響了高嶺丄的燒結(jié)白度和性能，從而限制了高嶺丄的應(yīng)用范圍。因此，運(yùn)用相關(guān)技術(shù)對高嶺土進(jìn)行提純研究相當(dāng)重要。六十年代后期，開始興起利用磁分離設(shè)備進(jìn)行高嶺土提純的應(yīng)用研究。1969年，美國Huber粘土公司正式投入運(yùn)行第一臺高梯度磁分離裝置工業(yè)樣機(jī)，取得了良好的應(yīng)用效果，磁分離技術(shù)的應(yīng)用在這一領(lǐng)域充分展示了其優(yōu)越性。但由于常規(guī)磁體磁飽和的限制磁場一般不能高于2T,這使得了高嶺土的提純效果在一定程度上受到了限制。七十年代起，隨著超導(dǎo)磁體技術(shù)的發(fā)展，超導(dǎo)磁分離設(shè)備逐漸發(fā)展成熟并應(yīng)用到高嶺土提純工業(yè)中。超導(dǎo)磁分離技術(shù)能產(chǎn)生極高的場強(qiáng)，使得其在應(yīng)用過程中能極大地提高高嶺土的提純度，提升高嶺土的行業(yè)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在高嶺土提純實(shí)踐工作中，美國Eriez公司出產(chǎn)的超導(dǎo)磁分離設(shè)備在最初的兩年礦山服務(wù)中就將髙嶺土的白度提高了四度，極大地提高了高嶺土的性能和使用價(jià)值。國內(nèi)方面，中國科學(xué)院電工研究所自1985年起即開始研究超導(dǎo)磁分離技術(shù)及其應(yīng)用；1987年研制成功一臺超導(dǎo)高梯度磁分離裝置。在高嶺土提純方而，中國科學(xué)院于1987年起開始了高嶺土提純用超導(dǎo)高梯度磁分離工業(yè)樣機(jī)的科研項(xiàng)目。4.3燃煤脫硫煤中含有的硫分主要有硫鐵礦、硫酸鹽和有機(jī)硫三種形態(tài)。這三種形態(tài)的硫都會(huì)造成嚴(yán)重的大氣環(huán)境污染。其中，有機(jī)硫和硫鐵礦硫可以燃燒并生成二氧化硫和三氧化硫等有害氣體：硫酸鹽硫雖然不參與燃燒，但卻是灰分的一部分。因此，有效控制和去除煤中硫的含量至關(guān)重要。由于硫鐵礦和硫酸鹽一般都是弱磁性的，煤是逆磁性的，可利用這種磁性的差異采取磁分離技術(shù)脫去煤中的硫分和灰分，以及其它相關(guān)弱磁性顆粒物。應(yīng)用超導(dǎo)磁分離技術(shù)進(jìn)行燃煤脫硫的典型案例主要有：1980年美國MCA公司用超導(dǎo)高梯度磁分離裝置進(jìn)行了UpperFreeport(Delmont)和11.linosNo。6(OldBan)煤的研究;1983年荷蘭FD0和HOLEC公司用高梯度磁分離裝置進(jìn)行了四種徳國煤樣的濕式和干式脫硫，取得了較好的脫硫除灰效果；英國帝國理工學(xué)院E.Cohen和CCL公司J.A.Good設(shè)計(jì)了開梯度和四極型超導(dǎo)磁選機(jī)，并用此裝置分選了兩種高灰份Pennsyvania水煤漿，脫硫效果顯著；中科院電工所利用其H制的超導(dǎo)磁分離裝置對我國西南地區(qū)高硫煤進(jìn)行了脫硫脫灰樣品試驗(yàn)。超導(dǎo)磁分離技術(shù)在燃煤脫硫方面的應(yīng)用口益廣泛和成熟，帶來了極大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。4.4污水處理目前，污水處理采取的主要是物理法、化學(xué)法和生化法，但這些傳統(tǒng)方法在治理污水的過程中存在處理面積大、反應(yīng)時(shí)間長、投資大、效率低、能耗高等問題。而磁選技術(shù)運(yùn)用在污水處理中時(shí)具有簡單方便、速度快、投資小、效率高，極少產(chǎn)生二次污染I，因此該技術(shù)具有很大的潛在應(yīng)用價(jià)值。超導(dǎo)磁分離技術(shù)應(yīng)用在高嶺土提純、礦石選礦、燃煤脫硫等固體物質(zhì)中的分選效果良好，在國內(nèi)外都己得到了廣泛應(yīng)用：但由于污水中的有機(jī)和無機(jī)污染物缺乏磁性，很難僅僅依靠磁場的作用進(jìn)行分離處理，因此早期時(shí)該技術(shù)在污水處理領(lǐng)域還很少涉及。近年來，隨著斗等磁種添加和回收技術(shù)的發(fā)展，超導(dǎo)磁分離技術(shù)逐漸在污水處理領(lǐng)域中興起。

D本大阪大學(xué)自1987年開始進(jìn)行超導(dǎo)磁分離污水處理的基礎(chǔ)研究，目前己研制出超導(dǎo)高梯度場磁分離污水的原型樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的試驗(yàn)，經(jīng)磁分離處理的污水其COD值從1000mg/L降到20mg/L。除雜率達(dá)到了約80%；利用超導(dǎo)磁分離技術(shù)進(jìn)行污水處理時(shí)在污水中加人了卩色。4“磁種子”和絮凝劑，實(shí)現(xiàn)污水中有害物質(zhì)的絮凝，從而實(shí)現(xiàn)污水中污染物的磁分離。2005年，中國科學(xué)院電工研究所在其研制的傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)上對鋼廠的污水進(jìn)行了磁分離凈化試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明這一系統(tǒng)對鋼廠污水中氧化鐵雜質(zhì)的磁分離效果比常規(guī)磁體系統(tǒng)有明顯提升。起&逬分鬲器⑴超導(dǎo)磁0肉工￡流兇起&逬分鬲器⑴超導(dǎo)磁0肉工￡流兇圖2口本工業(yè)化的超導(dǎo)磁高梯度分離器4.5超導(dǎo)磁分離技術(shù)的優(yōu)越性隨著科技進(jìn)步和工業(yè)實(shí)踐的發(fā)展，超導(dǎo)磁分離技術(shù)在高嶺土提純、礦石選礦、燃煤脫硫、污水處理等領(lǐng)域表現(xiàn)出了越來越多的優(yōu)越性。在礦物分選領(lǐng)域，應(yīng)用常規(guī)分選法存在處理方法復(fù)雜、回收率低，難以分選微細(xì)顆粒而導(dǎo)致其最終隨尾礦排出：應(yīng)用常規(guī)磁分離法存在磁場強(qiáng)度的限制，對弱磁性物質(zhì)無法有效分選；而超導(dǎo)磁分離則利用超導(dǎo)磁體的高磁場可有效分選微細(xì)顆粒、弱磁性物質(zhì)、快至可以分選經(jīng)常規(guī)分選后殘留在尾礦中的細(xì)末。燃煤脫硫方面，利用超導(dǎo)磁分離技術(shù)對煤進(jìn)行脫硫，可以有效減少煤煙的環(huán)境污染，這是國內(nèi)外共同關(guān)心的問題。污水處理方而，超導(dǎo)磁分離技術(shù)對造紙、化學(xué)制品制造紡織、電力工業(yè)以及生活污水的凈化處理研究等都已獲得顯著效果，可實(shí)現(xiàn)污水處理后的循環(huán)使用，在減輕環(huán)境污染的同時(shí)還可節(jié)約水資源，丈現(xiàn)環(huán)境效益與社會(huì)效益的和諧統(tǒng)一。5小結(jié)超導(dǎo)磁分離技術(shù)目前是磁分離技術(shù)中一個(gè)重耍的發(fā)展方向，超導(dǎo)體在一定溫度下的超導(dǎo)性能大大提升了分離效果和處理最。因此超導(dǎo)磁分離技術(shù)在礦石選礦、燃煤脫硫和污水處理等領(lǐng)域都已有了廣泛的研究和應(yīng)用。作為一種能夠發(fā)揮巨大經(jīng)濟(jì)效益的、潔凈節(jié)能的新興技術(shù)，超導(dǎo)磁分離技術(shù)將有著更加廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)：何莉娜.超導(dǎo)磁分離技術(shù)的應(yīng)用研究.低溫與超導(dǎo)2014-01-02陳顯利，焦雨紅，張浩，徐向東，龔領(lǐng)會(huì)，李來風(fēng).超導(dǎo)磁分離工業(yè)廢水處理技術(shù)研究.低溫工程2009-02-15陳顯利，焦雨紅，張浩，徐向東，龔領(lǐng)會(huì)，李來鳳.超導(dǎo)