磁選的基本原理

第一章 磁選的根本原理概述磁選的應(yīng)用領(lǐng)域一、什么是磁選？磁選是在不均勻磁場(chǎng)中利用礦物之間的磁性差異而使不同礦物實(shí)現(xiàn)分別的一種選礦方法。磁選法廣泛地應(yīng)用于黑色金屬礦石的分選、有色和稀有金屬礦石的精選、重介質(zhì)選礦中磁性介質(zhì)的回收和凈化、非金屬礦中含鐵雜質(zhì)的脫除、煤礦中鐵物的排解以及垃圾與污水處理等方面。二、磁選的應(yīng)用領(lǐng)域磁選是處理鐵礦石的主要選礦方法。鐵礦石經(jīng)選礦后，提高了品位，降低了二氧化硅和有害雜質(zhì)含量，有益于冶煉過(guò)程。依據(jù)我國(guó)的實(shí)踐，鐵精礦品位每提高1％，高爐利用系2％～31．52％。很多有色金屬和稀有金屬礦物具有不同的磁性。當(dāng)用重選和浮選不能得到最終精礦時(shí)，可用磁選結(jié)合其他方法進(jìn)展分選。非金屬原料中一般都含有有害的鐵雜質(zhì)，磁選是非金屬選礦中重要的作業(yè)之一。隨著人類(lèi)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高和資源再生的需要，磁選法被廣泛用于鋼渣及廢金屬的回收與分別以及污水處理等過(guò)程中。醫(yī)學(xué)上還用磁選法來(lái)分別血液中的紅血球等。2070年月進(jìn)展起來(lái)的一項(xiàng)磁選工藝，它能有效回收磁性很弱、粒度很細(xì)的磁性礦粒。近年來(lái)，將高梯度技術(shù)和超導(dǎo)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，又研制出高梯度超導(dǎo)磁選機(jī)。磁流體分選作為磁選的一門(mén)興學(xué)科，其分選理論、磁流體的制備及分選設(shè)備尚在不斷完善階段。磁選原理磁學(xué)根底磁場(chǎng)是物質(zhì)的特別狀態(tài)，并顯示在載電導(dǎo)體或磁極的四周。描述磁場(chǎng)大小和方向的物理量有磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場(chǎng)強(qiáng)度HB〔Tesla〕1T=10000高斯。磁場(chǎng)強(qiáng)度H的國(guó)際單位為安培每米／。磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度間存在如下關(guān)系：B=μH 〔1-1-1〕當(dāng)磁介質(zhì)被置于磁場(chǎng)中時(shí)，由于磁場(chǎng)的作用而磁化，從而在介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生磁矩。單位體積內(nèi)的磁矩稱(chēng)為磁化強(qiáng)度，是表征磁介質(zhì)磁化程度的物理量。磁介質(zhì)中某點(diǎn)的磁化強(qiáng)度M與該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，在國(guó)際單位制中表示為：M=kB/μ=kH 〔1-l-2〕物質(zhì)的體積磁化率與其本身密度的比值，稱(chēng)為物質(zhì)的比磁化率(系數(shù))，即：k/〔m3/kg〕 (1-1-3〕在磁介質(zhì)中，磁場(chǎng)中任意點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，除了原磁場(chǎng)外，還應(yīng)包括磁介質(zhì)磁化后產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)。因此，在有磁介質(zhì)的磁場(chǎng)中，任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場(chǎng)強(qiáng)度H、磁化強(qiáng)M之間存在如下關(guān)系：B=μ0(H+M) 〔1-1-4〕磁選根本條件磁選是在磁選設(shè)備所供給的非均勻磁場(chǎng)中進(jìn)展的。被選礦石進(jìn)入磁選設(shè)備的分選空間后，受到磁力和機(jī)械力的共同作用，沿著不同的路徑運(yùn)動(dòng)，對(duì)礦漿分別截取，就可得到不同的產(chǎn)品。F1必需大于全部與磁力方向相反的機(jī)械力的合力，同時(shí)，作用在較弱磁性顆粒上的磁力F2必需小于相應(yīng)機(jī)械力之和。即F1>F機(jī)1 ； F2<F機(jī)2磁選的實(shí)質(zhì)是利用磁力和機(jī)械力對(duì)不同磁性顆粒的不同作用而實(shí)現(xiàn)的。磁力作用在磁性顆粒上的磁力，可由它在磁化時(shí)所獲得的位能來(lái)確定，其位能可用下式求出：UV

H202

dV〔1-1-5〕依據(jù)力學(xué)定律，作用在顆粒上的磁力可用顆粒位能的負(fù)梯度值來(lái)表示，即F gradUgrad磁

H20 dV2當(dāng)顆粒粒度不大時(shí)，可假定顆粒的體積磁化率在所占的體積范圍內(nèi)是個(gè)常數(shù)，其所占的體HgradH也近似為常數(shù)，則磁力F磁為：F磁＝μ0kVHgradH在磁選爭(zhēng)論中常用比磁力的概念，它是作用在單位質(zhì)量顆粒上的磁力。運(yùn)用比磁力的概念可消退礦物顆粒中實(shí)際存在的空隙對(duì)磁力計(jì)算的影響。f F磁

VHgradH0V

HgradH0

(1-1-6)磁場(chǎng)力的定義說(shuō)明，磁選時(shí)，僅僅只有一個(gè)適宜的磁場(chǎng)強(qiáng)度是不夠的，這個(gè)磁場(chǎng)還必需有肯定的磁場(chǎng)梯度。這就是在前面強(qiáng)調(diào)的磁選是在一個(gè)非均勻的磁場(chǎng)中進(jìn)展的緣由。磁力或比磁力公式均說(shuō)明，作用在磁選顆粒上的磁力打算于顆粒的磁性和磁選設(shè)備的磁場(chǎng)力HgradH。無(wú)論是提高磁場(chǎng)力或提高顆粒的比磁化率，都可以提高顆粒所受的磁力。礦物的磁性礦物質(zhì)的磁性磁性可看成是物質(zhì)內(nèi)帶電粒子運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，是物質(zhì)的根本屬性之一。自然界中各種物質(zhì)都具有不同程度的磁性，大多數(shù)物質(zhì)的磁性都很弱，只有少數(shù)物質(zhì)才有較強(qiáng)的磁性。就磁性來(lái)講，物質(zhì)可分為三類(lèi)：順磁性物質(zhì)逆磁性物質(zhì)鐵磁性物質(zhì)典型的順磁性、逆磁性、鐵磁性物質(zhì)的磁化強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度間的關(guān)系，如下圖?！?〕順磁性物質(zhì)的上述關(guān)系是斜率為正的直線關(guān)系；〔2〕逆磁性物質(zhì)為負(fù)斜率直線關(guān)系；〔3〕鐵磁性物質(zhì)為一漸近曲線，隨磁場(chǎng)強(qiáng)度增大，物質(zhì)磁化強(qiáng)度始變化很快，然后趨于平緩，最終到達(dá)飽和。值得留意的是，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度相當(dāng)小的時(shí)候，磁化強(qiáng)度就趨于飽和值了。磁選中礦物的分類(lèi)磁選中礦物磁性的分類(lèi)不同于物質(zhì)磁性的物理分類(lèi)，通常，按比磁化率大小把全部礦物分成強(qiáng)磁性物、弱磁性礦物和非磁性礦物。強(qiáng)磁性礦物比磁化率χ＞4．0*10-5m3／kg，在磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)80～136kA/m的弱磁場(chǎng)磁選機(jī)中可以回收。弱磁性礦物比磁化率χ=1．26*10-7～7．5*10-6m3／kgH=480～1840kA／m的磁選機(jī)中可以選出。非磁性礦物比磁化率χ=1．26X*10-7m3／kg，是目前難以用磁選法回收的礦物。強(qiáng)磁性礦物的磁性及其影響因素磁鐵礦是典型的強(qiáng)磁性礦物，又是磁選所處理的主要礦石。磁鐵礦的磁性特點(diǎn)有：①磁鐵礦的磁化強(qiáng)度和磁化率很大，存在磁飽和現(xiàn)象，且在較低的磁場(chǎng)強(qiáng)度下就可以到達(dá)飽和；②磁鐵礦的磁化強(qiáng)度、磁化率和磁場(chǎng)強(qiáng)度間具有曲線關(guān)系。磁化率隨磁場(chǎng)強(qiáng)度變化而變化。磁鐵礦的磁化強(qiáng)度除與礦石性質(zhì)有關(guān)外，還與磁場(chǎng)強(qiáng)度變化歷程有關(guān)；③磁鐵礦存在磁滯現(xiàn)象，當(dāng)它離開(kāi)磁化場(chǎng)后，仍保存肯定的剩磁；④磁鐵礦的磁性與礦石的外形和粒度有關(guān)。1、磁鐵礦的磁化過(guò)程某礦山磁鐵礦的比磁化強(qiáng)度、比磁化率與磁場(chǎng)強(qiáng)度間的關(guān)系如下圖。從磁化曲線J=f(H)H=0J=0。隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的提高，磁鐵礦的比磁化強(qiáng)度J開(kāi)頭緩慢增加，隨后快速增加，接著又緩慢增加，到達(dá)某一特定的值后不再變化，這一特定的點(diǎn)〔3〕JmaxHJ隨之減小，但并不是沿原來(lái)的曲線～～～，而是沿高于原來(lái)的曲線～〕下降。當(dāng)磁0時(shí)，比磁化強(qiáng)度J0，而是保存肯定的數(shù)值，這一數(shù)值稱(chēng)為剩磁，Jr表示。這種現(xiàn)象稱(chēng)為磁滯現(xiàn)象。如要消退剩磁Jr，需要對(duì)磁鐵礦施加一個(gè)反方向的退磁場(chǎng)。消退剩磁Jr所施加的退磁場(chǎng)強(qiáng)Hc表示。2、磁鐵礦的磁化本質(zhì)磁鐵礦的磁化本質(zhì)，可以用磁疇理論解釋。從磁疇在磁化過(guò)程中的變化規(guī)律看，在磁化前期，以磁疇壁移動(dòng)為主，后期以磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)為主。磁疇壁移動(dòng)所需的能量較小，磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)所需的能量較大。3、顆粒性質(zhì)對(duì)磁性的影響除了磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)礦物磁性的影響外，顆粒的外形、顆粒的粒度、強(qiáng)磁性礦物的含量和礦物的氧化程度等對(duì)磁性也有影響。顆粒外形的影響如下圖，組成一樣、含量一樣而外形不同的磁鐵礦的比磁化強(qiáng)度、比磁化率與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系。不同外形的礦粒，在一樣的磁場(chǎng)中被磁化時(shí)顯示的磁性不同。顆粒粒度的影響磁鐵礦的比磁化率、矯頑力與其粒度的關(guān)系如下圖。隨粒度的減小，礦粒的比磁化率也隨之變小，矯頑力隨之增大。礦物氧化程度的影響磁鐵礦在礦床中經(jīng)長(zhǎng)期氧化以后，局部或全部變成假象赤鐵礦。隨著磁鐵礦氧化程度的增加，磁性減弱，比磁化率顯著減小。強(qiáng)磁性礦物含量的影響磁鐵礦與脈石礦物的連生體，在生產(chǎn)過(guò)程中極簡(jiǎn)潔混入磁性精礦中，影響精礦的質(zhì)量。連生體的磁性與連生體的構(gòu)造、磁疇強(qiáng)度和分選介質(zhì)有關(guān)。連生體的比磁化系數(shù)與其中磁鐵6－1－8所示。弱磁性礦物的磁性及其影響因素與強(qiáng)磁性礦物相比，弱磁性礦物的磁性有明顯的不同：①比磁化率?。虎诒却呕蚀笮≈慌c礦物組成有關(guān)，與磁場(chǎng)強(qiáng)度及礦物本身的外形、粒度等因素?zé)o關(guān)；③弱磁性礦物沒(méi)有磁飽和現(xiàn)象和磁滯現(xiàn)象，它的磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度間為直線關(guān)系；④假設(shè)弱磁性礦物中混入強(qiáng)磁性礦物，即使量少也會(huì)對(duì)磁特性產(chǎn)生較大的影響。由弱磁性的礦物與非磁性礦物構(gòu)成的連生體，其比磁化率大致與弱磁性礦物的含量成正比，連生體的比磁化率等于各礦物比磁化率的加權(quán)平均值。對(duì)于弱磁性鐵礦物，可以通過(guò)磁化焙燒的方法人為地提高它們的磁性。礦物磁性的測(cè)量礦物磁性的測(cè)定礦物磁性的測(cè)量方法可分成三大類(lèi)：有質(zhì)動(dòng)力法、感應(yīng)法和間接法。選礦中常用的是有質(zhì)動(dòng)力法。對(duì)一般狀況，承受磁力天平就可以滿足要求。有質(zhì)動(dòng)力法可分成古依〔Gouy〕法和法拉第〔Faraday〕法。A古依〔Gouy〕法測(cè)礦物的比磁化率此法是直接測(cè)量比磁化率的方法，適用于強(qiáng)磁性礦物和弱磁性礦物的比磁化率測(cè)定。B法拉弟法測(cè)量礦物的比磁化率法拉第法一般用來(lái)測(cè)定弱磁性礦物的比磁化率。該法與古依法的主要區(qū)分是樣品的體積較小，因此可近似認(rèn)為在樣品所占的空間內(nèi)磁場(chǎng)力是個(gè)恒量。即f 磁f

〔1-1-10〕