磁选机

磁选机概述

1．磁选机基本工作原理

磁选的实质：磁选是利用磁力和机械力对不同磁性矿粒的不同作用来实现的。

１.1磁选的基本条件和方式

磁选是在磁选设备的磁场中进行的。被选矿石给入磁选设备的选分空间后，受到磁力和机械力（包括重力，离心力，水流动力，等等）的作用。磁性不同的矿粒受到不同的磁力作用，沿着不同的路径运动。由于矿粒运动的路径不同，所以分别接取时就可得到磁性产品和非磁性产品（或是磁性强的产品和磁性弱的产品）。进入磁性产品中的磁性矿粒的运动路径由作用在这些矿粒上的磁力和所有机械力合力的比值来决定。进入非磁性产品中的非磁性矿粒的运动路径由作用在它们上面的机械力的合力来决定。因此，为了保证把被选分的矿石中的磁性强的矿粒和磁性弱的矿粒分开，必须满足以下条件：

f1磁f机f2磁

式中 f1磁：作用在磁性强的矿粒上的磁力；

f2磁：作用在磁性弱的矿粒上的磁力；

Σf机：与磁力方向相反的所有机械力的合力。

f磁>f机保证了磁性矿粒被吸到磁极上，在分离磁性差别较大的易选矿石时，能够顺利的分出磁性

部分，但在分离磁性差异小的难选矿石时，如要获得高质量的磁性部分 ，就需要很好的调整各种磁性矿粒的磁力和机械力关系，使之能有选择性的分离，才能得到良好的效果。

1.2与磁选有关的磁场的基本概念和磁量

（一） 磁场、磁感应强度、磁化强度、磁化率

磁场是物质的特殊状态，并显示在载电导体或磁极的周围。磁选时在磁场中作用有吸引力（对顺磁性和铁磁性颗粒）和排斥力（对逆磁性或同极性的硬磁性颗粒）。

磁感应强度B0用来描述磁选设备选分空间某点的磁场（在SI单位制中单位为Wb/m2或T）。

任何物质都存在有分子电流。分子电流和被它包围面积的乘机叫做分子电流的磁距，即

miis

式中 mi：磁距，A·m2；

i：分子电流，A；

△s：电流包围的面积，m2。

某一体积物质的合成磁距m等于分子电流磁距mi的矢量和，即m＝∑mi

单位体积物质的磁距叫做物质的磁化强度，即

dm A/mdV

M式中 m：物质的合成磁距，A/m2；

V：物质的体积，m3；

M：磁化强度，A/m。

磁化强度是描写物质磁化程度的物理量。

H0、 B 和M之间存在如下的关系

BH0 TMkH0 A/m

式中 H0：磁化场的磁场强度，A/m。

B：物质内的磁感应强度；

μ0：真空的磁导率4107 Wb/m或H/m0

μ、k物质的磁导率（或物质的导磁系数系数，H/m）和物质的体积磁化率。

k是一个和物质性质有关的重要的磁性系数，它是表示物质被磁化难易程度的物理量。k值愈大，

表明该物质愈易被磁化。对于大多数物质如弱磁性矿物，k是一个常数，只有少数物质如强磁性矿物，

k不是常数。

物质的体积磁化率与其本身的密度之比值，叫做物质的质量磁化率（或物质的比磁化率），即

kx m3/kg

式中δ物质的密度

（二）在无电流的自由空间内矢量H的旋度

HyxrotHHx0y

（三）在无电流的自由空间的磁感应强度B的散度

divB0divHo

因此，在没有磁量也没有电流的磁场中，磁场的基本方程是

rotH0

和 divH0

所以这种场是无旋场和无散场。

1.3回收磁性矿粒所需磁力的计算

磁场有均匀场和非均匀场。如果磁场中各点的磁场强度相同，则此磁场是均匀磁场，否则就是非均匀磁场。磁场非均匀性是通过磁极的适当的磁场强度、形状、尺寸和排列产生。磁场的非均匀性用

dH导数dl表示，它指出在某点沿l方向上磁场强度H对距离的变化率。如磁场强度H方向相同，则这

个量在H变化最大的方向上叫做磁场梯度，用gradH表示。

矿粒在不同磁场中受到不同的作用。在均匀磁场中它只受到转矩的作用，转矩使它的最长方向取

向于磁力线的方向（稳定）或垂直于磁力线的方向（不稳定）；在非均匀磁场中它除受转矩外，还受磁力的作用（顺磁性和铁磁性矿粒受引力作用）；逆磁性矿粒受排斥力作用。正是由于这种力的存在，才有可能将磁性矿粒从实际上认为是无磁性的矿粒中分出。

作用在磁选机磁场中磁性物质颗粒（磁性矿物颗粒）上的磁力，可由它在磁化时所获得的位能来确定，而磁性物质颗粒磁化时所获得的位能用下式求出

U0kH22VdV

式中 U 被磁化颗粒的磁位；

μ0 真空的磁导率；

k 颗粒的物质体积磁化率；

dV颗粒的体积元；

H 颗粒体积中的磁场强度（即决定颗粒磁化状态的磁场强度，在SI单位制中单位为A/m， 1A/m=4π×10-3Oe）

根据力学定律，作用在颗粒上的力可用带负号的U的梯度表示，因此作用在颗粒上的磁力又可写成

f磁gradUgrad0kH22VdV

式中负号表示磁力f磁吸引颗粒所做的功导致位能的降低。

将符号grad括在积分式中，并假定体积磁化率在颗粒所占的范围内是常数，则得

f磁0kHgradHdVV

颗粒尺寸不大时，可假定在它所占据的体积内HgradH的变化不大。这样，HgradH可以移到积分号外，于是磁力将等于

f磁0kVHgradH

式中 V 颗粒的体积。

51N10dyn。 单位为牛顿，

如果所有单位都采用SI单位制，则磁力f磁

对于强磁性物体颗粒来说，它进入磁场（或称外磁场）后，物体颗粒本身也产生磁场，方向和外磁场方向相反，致使物体颗粒内部的磁场强度低于外磁场强度。降低程度与物体颗粒的磁性和形状等因素有关。

因此，作用在磁性物体颗粒上的磁力不同于上式，应是

f磁0k0VH0gradH0

δ式中 f磁 作用在磁性物体颗粒上的磁力，N；

k0 物体的体积磁化率（或物体的体积磁化系数），无因次；

H0 外磁场强度，A/m；

在磁场研究中经常用比磁力。它是作用在单位质量颗粒上的磁力，即

f磁mF磁0k0VH0gradH00x0H0gradH0 N/kgV（111）

式中 m 颗粒的质量，kg；

δ 颗粒的密度，kg/m3；

x0k0 颗粒的物体比磁化率（或物体质量磁化系数），m3/kg；

f磁0k0VH0gradH0f机

矿石通过磁选机时，不仅受到磁力作用，还受到机械力的作用（湿选时还要考虑水力的作用）。

根据矿石（或矿浆）通过磁选机磁场的运动形式，所有磁选机可以分成两类：

（1） 上面给矿，矿粒做曲线运动的磁选机，如上面给矿的筒式和辊式磁选机等；

（2） 下面给矿，矿粒做直线或曲线运动的磁选机，如下面给矿的带式、盘式、筒式和辊式磁选机，等等。

磁选机圆筒上（或圆辊）上吸住磁性矿粒所需要的磁力

给矿筒慢速运动矿粒受力情况

上面给矿，矿粒做曲线运动，所需要的磁力决定于矿粒的磁性和圆筒的旋转速度以及磁选机的磁极排列方式。

在磁场中作用在单位质量磁性矿粒上的力有：

（1） 垂直筒面指向筒轴的磁力。将此力看成常数，F磁0x0HgradHC；

（2） 重力g。垂直于筒面的分力gcosa和与筒面相切的分力gsina（矿粒在圆筒面上的位置）；

v2F离＝R（m单位质量，v（3） 垂直于筒面指向外的离心力。如矿粒尺寸、筒皮厚度小时，离心力

圆筒的旋转速度，R圆筒半径）。

（4） 磁性矿粒和圆筒表面的摩擦力F摩 。

为了使磁性矿粒不滑动，圆筒表面不应太光滑且磁性矿粒应受到足够大的比磁力作用。此力可通过以下条件求出

v2F磁gcosaRtggsinav2sina由此得F磁gRsin （a）

式中 tgΦ：矿粒和圆筒表面的摩擦系数。

从上式看出，当v、R、φ已知时，所需要的比磁力F磁只决定于a。

求F磁的最大值。

sinasin0da

dF磁dg由 da得 a＝90°＋φ 时，吸住磁性矿粒所需要得磁力最大。

将a带入公式（a）得

v2gF磁Rsin

1.4磁选机工作原理

以永磁筒型磁选机为例介绍磁选机的工作原理。

传统筒式磁选机具有经营费用低，运行稳定可靠等适合现场生产的优点，因此在磁选中占据着不可替代的地位。筒型结构功能多、处理能力大、回收率高、运行平稳可靠，操作维护简便，耗能低。

筒式磁选机主要由磁系、滚筒、槽体、机架、传动装置等五部分组成。磁系在滚筒内轴上呈下垂位置（磁系固定，有一定偏角，可调节）通过轴两端支承固定在机架上。滚筒可单独转动，电机通过减速机、链条、链轮带动滚筒转动。当来料进入给料箱后，将大块物料过滤并均匀地分配来料。通过磁滚筒工作场时将介质颗粒吸在滚筒表面，由连续转动的滚筒运输到精矿排料口脱料。尾矿由液流口和两个口组成，进入机内的大颗粒非磁性物流入口后，定期排出，其它液体尾矿经液流口排出。磁选机的磁系将采用永磁磁路，漏磁少、磁场强度高、作用深度大、不易退磁。槽体采用筒型结构，功能多、处理能力大、回收率高、运行平稳可靠，操作维护简便，耗能低。

对于筒式磁选机的有效作业，只有径向作用力才是有效的，因为它们把颗粒吸到筒面。颗粒一旦被吸引到筒面，依靠筒面的摩擦力得以沿切向输送出排矿口而成为磁性产品。磁力切向分力会干扰磁性颗粒向排矿口平稳移动，因而，强烈减低径向磁场强度（即降低高的径向力），且保持筒的周边的磁场尽可能均匀，（低切向力）是很重要的。

2．磁选机应用领域

磁选是在不均匀磁场中利用矿物之间的磁性差异而使不同矿物实现分离的一种选矿方法。磁选法广泛地应用于黑色金属矿石的选别，有色和稀有金属矿石的精选，重介质选矿中介质的回收，从非金属矿物原料中除去含铁杂质，排出铁物保护破碎机和其他设备，从冶炼生产的钢渣中回收废钢以及从生产和生活污水中除去污染物等。

磁选是处理铁矿石的主要选矿方法。按用磁选法选别磁铁矿石的规模来说，磁选法在我国、苏联、美国、加拿大、瑞典和挪威等国家占有重要地位。我国铁矿石资源丰富，目前保有的铁矿石探明储量居世界前列， 但贫矿占80％左右，富矿仅占20％左右，而富矿中又有5％由于含有害杂质不能直接冶炼。因此，铁矿石中的80％以上需要选矿。就世界范围来说也大体如此。铁矿石经过选矿以后，提高了品位，降低二氧化硅和有害杂质的含量，给以后的冶炼过程带来许多好处。根据我国的生产实践统计，铁精矿品位每提高1％，高炉利用系数可增加2～3％，焦炭消耗量可降低1.5％，石灰石消耗量可减少2％。

许多有色和稀有金属矿物具有不同程度的磁性，而另一些则没有。采用单独的重选法和浮选法不能获得合格精矿，需要结合磁选和其他方法才能获得合格精矿。例如，钨矿重选所得黑钨粗精矿中，一般含有锡和其他一些有用成分。锡在钨的冶炼过程中是有害杂质。利用黑钨矿具有弱磁性和锡石无磁性这一特点采用磁选法进行处理后，可除去含锡杂质，获得合格的钨精矿。

在重介质选矿中使用磁铁矿和硅铁作为介质，它们在重介质选矿过程中有—部分进入轻、重产品的洗水中，通过磁选法可回收它们并使之再用。

非金属矿物原料的选矿中，在许多情况下都伴随有除铁的问题，磁选成为一个重要的作业。例如，高岭土中铁是一种有害杂质。含铁高时，高岭土的白度、耐火度和绝缘性都降低，严重影响制品的质量。一般若将含铁杂质除去l～2％时，白度可提高2～4个单位。世界各国对高岭土进行了研究，并应用高梯度磁分离装置除去含铁杂质获得了良好的效果。

蓝晶石、石英、红电气石、长石、霞石闪长岩等选别很早以来就用干式磁选法。例如苏联、美国、加拿大、印度等国的霞石闪长岩的选矿，为了除去强磁性矿物，使用了弱磁场磁选机，并用强磁选机除去非磁性产品中的弱磁性矿物(如赤铁矿)。

进人选矿厂中的矿石常含有铁物，它易损坏细碎破碎机。为了保护破碎机不受损坏，在破碎机的给矿皮带上方装有悬吊磁铁以吸出矿石中的铁物。

冶炼生产的钢渣中含有大量钢渣，通过干式磨矿和干式弱磁选可以回收钢渣，在国外有生产实例。

应用高梯度磁分离或结合其他一些方法处理生产和生活污水以除去其中的污物。目前世界各国正在进行广泛深入地研究，有的已应用到工业中去。比较常见的要算是用高梯度磁分离器处理钢厂废水以除去其中的磁性铁杂质。

3．磁选机国内外研究概况

近年来，国外磁选设备发展很快，在设备规模上向大型化发展；在结构形式上向多样化发展；在产品规格上向系列化发展；在控制方式上很多己采用了程序控制、模块电路和自动监控等，并己走进了高科技领域。目前各类型磁选设备均取得了新发展。

弱磁场磁选机：瑞典在磁选设备的研制和磁选工艺的运用方面有较长的历史和丰富的经验。自10年世界第一台筒式磁选机在瑞典萨拉公司问世，弱磁场磁选机经历了漫长的纷争时期，到本世纪60年代进入统一发展阶段。随着永磁材料的研制和应用，实现了弱磁场磁选设备的永磁化、系列化、大型化，并向多筒高效发展。美国埃利兹磁力公司是大型磁选设备制造公司，比较重视磁系的研制工作。筒径1220mm、筒长3050mm的大型磁选机，改进了磁系磁路，磁系的间隙中装有反斥磁铁，其极性与相邻磁铁相同；圆筒外部也附加了一组磁极，其极性与圆筒内相对应的磁极极性相反，从而能大大减少漏磁，提高磁场作用强度和深度，提高分选效率。芬兰科恩公司研制的弱磁场磁选机新设

计筒体可使磁场的吸附作用集中在距离筒体表面0~30mm外，筒体表面的磁感应强度为0.18~0.2T，而距离筒体表面 50m m处场强下降到0.06~0.07 T，形成梯度较高的筒体，其吸附能力可提高40％，不仅提高了处理能力，而且有较高的回收率。俄罗斯生产的大型磁选机，有ЛBM-120/300和ЛBM-l50/400等型号。筒径达1500mm，筒长4000mm。生产能力达400t/h。其传动机构装在筒内，设备定位容易，安装方便，结构紧凑，节省了占地面积。乌拉尔选矿研究设计院研制的旋转磁场磁选机，能有效地破坏磁团聚，提高精矿的质量。 冶金部马鞍山矿山研究院研制的直径1050型永磁磁选机，采用稀土复合磁系，由少量钕铁硼和铁氧体磁块复合而成，钕铁硼用于尾矿扫选区。使筒体表面磁感应强度从精矿卸矿端至尾矿排矿口逐渐增强，即从精矿端的200mT到尾矿扫选区280mT，距离筒表50mm处平均磁感应强度仍在100mT以上。磁系位置可调，根据生产需要可调整工作间隙和精矿排矿间隙。为防止筒皮磨损，并加强对磁性矿物的携带作用，在筒表刷一层耐磨材料。传动装置安装方便，传动可靠。

磁力滚筒：国外磁力滚筒主要有电磁磁力滚筒和永磁磁力滚筒两类，其材质、精度及性能均有较大进展。磁力滚筒己向大型化发展、磁感应强度己有很大程度提高。瑞典萨拉公司研制的磁力滚筒有速度可调的，不同直径的、不同场强的、不同磁极的，用户可根据流程要求进行选配。最大滚筒直径达1500 m m，处理物料最大粒度为 300 m m。美国埃利兹公司研制的磁力滚筒采用永磁－电磁复合磁系，滚筒直径 1800mm，筒长2000 m m筒表磁感应强度 250~260 m T，处理能力500~600t/h，入选粒度上限350mm。这种复合磁系磁力滚筒的优点在于有较高的磁场强度，取得更好的选分效果。冶金部马鞍山矿山研究院研制的磁力滚筒己形成CTDG系列在全国较多的大中型选厂己有 100多台设备使用。滚筒直径由500ｍｍ到1500 m m，带宽500~1600 m m，筒表分选区场强160~260 m T，处理矿石粒度 75~350 m m，台时处理量50~600 t，机重0.4~5.4 t。北京矿冶研究总院研制的 CT1416型磁力滚筒处理矿石最大粒度 350 m m，台时处理能力为450 t。鞍山冶金设计研究院研制了电磁磁力滚筒，筒表场强270 m T，带表场强 240 m T，处理最大粒度 350 m m，处理能力达 450t/h。

中场强磁选机多采用筒式结构，筒内采用高效能钕铁硼永磁材料，磁路和磁系结构设计合理，最

大限度地提高工作区的磁场强度和磁场力以获得优良的磁选效果。为减少磁极间隙漏磁，往往在磁极间隙处加入辅助磁极，多用开路磁系，结构简单，加工方便，使用可靠，管理方便。80年代中期高磁能积钕铁硼永磁材料的出现，促进了中场强磁选机的进展。

高梯度磁场是在包铁螺线管所产生的均匀磁场中，设置聚磁介质，使之磁化后，在径向产生高度不均匀磁场，即高梯度磁场。70年代瑞典萨拉公司研制成功第一台高梯度磁选机，使细颗粒弱磁性矿物的分选技术达到一定高度，是磁选设备发展历程的一个飞跃。这种磁场背景场强并不太高，但可产生较高的磁场力。顺磁性物料在这种磁场中受到一个与外加磁场和磁场梯度的乘积成比例的磁引力。可分选细粒及微细粒的弱磁性矿物。

强磁选机：1963年琼斯湿式强磁选机首先从英国发展起来，并取得专利。这是强磁场磁选机的一个重要突破。这种磁选机在两原磁极间隙中成功的利用了多层的聚磁介质板，大大增加了选别空间，因而处理能力大大提高。处理微细粒弱磁性铁矿石的有效而经济的湿式强磁选机目前主要是德国生产的琼斯型强磁选机，现有十多个型号，其中应用最多的是 DP－317型。近年来，德国洪堡·韦达格公司对该设备做了大量研究改进工作，使之在结构性能上取得了新的进展：（l）用超导磁系取代常规磁系将低温超导磁体开放磁系安装在分选转盘内，其他结构不变。获得了低能耗、高场强、大处理量、材料消耗少和重量轻等优点；（2）增加磁极头：两个分选环的磁极头由4个增至8个，处理量增加一倍；（3）增加分选环，在不改变线圈绕制方式的基础上，增加到8个分选环，降低了单环能耗；（4）将实心铁质转子改为空心铁转子，减轻重量，缩短磁路，减少电耗；（5）改进聚磁分选介质，提高了精矿品位。

80年代中期开始，国外制造永磁磁选机的主要有五家，它们是美国的Eriez磁力公司、英国的Boxing－Rapid公司、英国的Master磁体公司、德国的KHD公司、澳大利亚的IFE．Industrie－ Einrichtungen Fertigungs Aktiengesellschaft AG，但目前制造筒式中磁场磁选机的主要是Eriez和KHD两家公司。在国内，利用NdFeB永磁材料研究和生产永磁磁选机的单位也有十来家。

80年代后期，磁分离技术及设备的主要发展趋势是：（l）粗粒（~50 m m）弱磁性矿物的分选设备的研制，包括适合于干式和湿式分选。（2）减少单位物料的处理费用（包括电耗、水耗、磁介质消耗，减少维修和简化操作），其主要方向是永磁代电磁（电磁磁选机选别指标不稳定、有环境污染、结构复杂、散热困难、耗费电能），机型以圆筒型为代表。

由干NdFeB永磁材料的问世，导致近年来世界性的研究永磁磁选机热，目前主要研究和生产的磁选机有三种机型。（1）永磁辊式磁选机：钕铁硼永磁材料投入工业生产后，首先投入研究的就是辊式破碎机。辊径从开始的75m m增大到了现在的300m m，长度为250~1000 m m。目前磁体表面磁场己达到 2 T。国外主要将这种磁选机用干一些粒度较均匀的弱磁性颗粒物料。但这种机型存在一定的局限性，因为磁体的磁极是轴间交替变化，物料在分选过程中没有磁翻滚，因而选别效率低；由干磁体是裸露的，容易受潮氧化而降低磁场；由于橡胶或尼龙传送带厚度不到lmm，很难适用于工业生产。（2）圆筒型永磁磁选机：国外永磁筒式磁选机，在以下几方面有了较大发展：实现设备大型化，提高了处理能力；应用辅助磁极，出现了复合磁系和高梯度磁系；提高磁感应强度，研制出可调永磁磁系；强化分选过程，提高了分选效率；多筒串联使用，提高了磁选能力。筒型磁选机是一种较有发展前景的磁选机，国内外研究得也较多。（3）高梯度磁选机 ：高梯度磁选机实现永磁化具有重要的意义，因为对于回收铁矿物，它所需的背景磁场低，0.5 T左右的磁场就够了，国外己用于生产。国内有几家己作了不少工作，样机也己用于生产，并且还正在作进一步的工作。不过对于用来除铁的高梯度磁选机来说，由干背景场强很难提高，目前还难于永磁化。另外，由干高梯度磁选机的磁介质在分选空间中的充填率低，一般低干10％，因而介质吸附量有限，设备处理能力小，加上细粒铁矿本身含量少，因此，高梯度磁选机即使永磁化后用来选铁，经济效益仍会较低。

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