超導磁分離綜述論文

復雜體系分離與分析期中論文題冃：超導磁分離技術(shù)組號：8姓名，嚴儀旳學號：101415121382015/11/21摘要：超導磋分離技術(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，并著重闡述了超導觸分離技術(shù)的技術(shù)原理和設備，及其在污水處理等各領域的實際應用情況，分析了超導饌較之傳統(tǒng)礪分離技術(shù)的優(yōu)越性。關(guān)鍵詞：超導饌分離技術(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、強磁選、常規(guī)高梯度磁選以及超導磁選階段。超導磁分離技術(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。磁體的磁場強度是影響磁分離效率的重要參數(shù)，隨著超導技術(shù)的發(fā)展，采用超導材料繞制的超導磁體可獲得高磁場，磁場強度很容易達到3T?至更高，而且能在較大的空間范I制內(nèi)提供強磁場及高梯度磁場，用于磁分離可顯著提高處理量。因此，超導磁分離技術(shù)有著更為廣泛的研尤和應用范圍，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用。作為一種能夠發(fā)揮巨大經(jīng)濟效益的、潔凈節(jié)能的新興技術(shù)，超導磁分離技術(shù)的應用研究具有重大社會意義。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，其光學性質(zhì)、導電率、介電常數(shù)、粘度、化學反應及表面張力和吸附、凝聚作用及電化學效應等方面的特性都產(chǎn)生了可測量的變化，并且當撤掉磁場后，這種變化能保持數(shù)小時或數(shù)天，具有記憶效應。由于這些現(xiàn)象的存在，多年來磁技術(shù)一直是研究熱點。磁分離技術(shù)是將物質(zhì)進行磁場處理的一種技術(shù)，該技術(shù)的應用已經(jīng)滲透到各個領域，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)進行磁場處理，從而達到強化分離過程的一種新興技術(shù)。隨著強磁場、高梯度磁分離技術(shù)的問世，磁分離技術(shù)的應用己經(jīng)從分離強磁性大顆粒到去除弱磁性及反磁性的細小顆粒，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用，顯示出許多優(yōu)點。磁分離利用廢水中雜質(zhì)顆粒的磁性進行分離，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、設備簡單緊湊等一系列優(yōu)點，它不但已成功應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)。被選物料在磁選機中成功分選的必耍條件是：作用在較強磁性顆粒上的磁力F］必須大于所有與磁力方向相反的機械力尸2(包括慣性力、重力、摩擦力、顆粒間作用力等)的合力，同時，作用在較弱磁性顆粒上的磁力F；必須小于相應機械力之和F；。在磁選中被選顆粒所受磁力可表示為：幾=^kVHgradH (1)其中，“°為真空磁導率，k為比磁化率，V為顆粒的體積，HgradH為磁場強度與其梯度的乘積。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備的磁場性質(zhì)HgradHo在實際磁選過程中，往往通過提高磁選設備的磁場強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雜，需要進行不同礦石的分選，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)分選法比較復雜，回收率差，而且對于弱磁性和微細顆粒難以實現(xiàn)有效分選。常規(guī)磁分離裝置也受其磁力限制，對某些弱磁性和細小的物質(zhì)無法分選出來。只有利用超導磁體的高磁場才能提供足夠的磁力對礦物質(zhì)進行富集分選，M至可以利用超導磁分離技術(shù)將常規(guī)磁選處理后的殘余細末也再次回收起來。超導磁分離技術(shù)在礦石分選領域已經(jīng)達到了工業(yè)應用階段，英國曾采用MK-IV型磁選機對用作陶瓷原料的花崗石進行了分選，分選效果良好；我國有色金屬研究院對石英砂、鋁土礦、活性炭等進行過除鐵提純研究：此外，超導磁選機也可對黃金和金剛右進行處理，并能取得良好效果。磁選技術(shù)長期以來主要應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地位。同時，磁選技術(shù)還廣泛應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、石棉礦的預選等。此外，藍晶石、石英、紅電氣石、長石、霞石、閃長巖等都在不同程度上應用磁選作業(yè)進行分選。2高嶺土提純高嶺土提純屬于礦物分選的一個小分支，超導磁分離技術(shù)最初在礦物分選尤其是高嶺土提純方面應用廣泛。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用范圍。因此，運用相關(guān)技術(shù)對高嶺土進行提純研究相當重要。六十年代后期，開始興起利用磁分離設備進行高嶺土提純的應用研究。1969年，美國Huber粘土公司正式投入運行第一臺高梯度磁分離裝置工業(yè)樣機，取得了良好的應用效果，磁分離技術(shù)的應用在這一領域充分展示了其優(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，隨著超導磁體技術(shù)的發(fā)展，超導磁分離設備逐漸發(fā)展成熟并應用到高嶺土提純工業(yè)中。超導磁分離技術(shù)能產(chǎn)生極高的場強，使得其在應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)濟價值。在高嶺土提純實踐工作中，美國Eriez公司出產(chǎn)的超導磁分離設備在最初的兩年礦山服務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值。國內(nèi)方面，中國科學院電工研究所自1985年起即開始研究超導磁分離技術(shù)及其應用；1987年研制成功一臺超導高梯度磁分離裝置。在高嶺土提純方而，中國科學院于1987年起開始了高嶺土提純用超導高梯度磁分離工業(yè)樣機的科研項目。4.3燃煤脫硫煤中含有的硫分主要有硫鐵礦、硫酸鹽和有機硫三種形態(tài)。這三種形態(tài)的硫都會造成嚴重的大氣環(huán)境污染。其中，有機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。應用超導磁分離技術(shù)進行燃煤脫硫的典型案例主要有：1980年美國MCA公司用超導高梯度磁分離裝置進行了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；英國帝國理工學院E.Cohen和CCL公司J.A.Good設計了開梯度和四極型超導磁選機，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制的超導磁分離裝置對我國西南地區(qū)高硫煤進行了脫硫脫灰樣品試驗。超導磁分離技術(shù)在燃煤脫硫方面的應用口益廣泛和成熟，帶來了極大的經(jīng)濟和環(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、反應時間長、投資大、效率低、能耗高等問題。而磁選技術(shù)運用在污水處理中時具有簡單方便、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)具有很大的潛在應用價值。超導磁分離技術(shù)應用在高嶺土提純、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用：但由于污水中的有機和無機污染物缺乏磁性，很難僅僅依靠磁場的作用進行分離處理，因此早期時該技術(shù)在污水處理領域還很少涉及。近年來，隨著斗等磁種添加和回收技術(shù)的發(fā)展，超導磁分離技術(shù)逐漸在污水處理領域中興起。

D本大阪大學自1987年開始進行超導磁分離污水處理的基礎研究，目前己研制出超導高梯度場磁分離污水的原型樣機進行實驗室規(guī)模的試驗，經(jīng)磁分離處理的污水其COD值從1000mg/L降到20mg/L。除雜率達到了約80%；利用超導磁分離技術(shù)進行污水處理時在污水中加人了卩色。4“磁種子”和絮凝劑，實現(xiàn)污水中有害物質(zhì)的絮凝，從而實現(xiàn)污水中污染物的磁分離。2005年，中國科學院電工研究所在其研制的傳導冷卻高溫超導磁體系統(tǒng)上對鋼廠的污水進行了磁分離凈化試驗，試驗結(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超導磁0肉工￡流兇起&逬分鬲器⑴超導磁0肉工￡流兇圖2口本工業(yè)化的超導磁高梯度分離器4.5超導磁分離技術(shù)的優(yōu)越性隨著科技進步和工業(yè)實踐的發(fā)展，超導磁分離技術(shù)在高嶺土提純、礦石選礦、燃煤脫硫、污水處理等領域表現(xiàn)出了越來越多的優(yōu)越性。在礦物分選領域，應用常規(guī)分選法存在處理方法復雜、回收率低，難以分選微細顆粒而導致其最終隨尾礦排出：應用常規(guī)磁分離法存在磁場強度的限制，對弱磁性物質(zhì)無法有效分選；而超導磁分離則利用超導磁體的高磁場可有效分選微細顆粒、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末。燃煤脫硫方面，利用超導磁分離技術(shù)對煤進行脫硫，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，超導磁分離技術(shù)對造紙、化學制品制造紡織、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，可實現(xiàn)污水處理后的循環(huán)使用，在減輕環(huán)境污染的同時還可節(jié)約水資源，丈現(xiàn)環(huán)境效益與社會效益的和諧統(tǒng)一。5小結(jié)超導磁分離技術(shù)目前是磁分離技術(shù)中一個重耍的發(fā)展方向，超導體在一定溫度下的超導性能大大提升了分離效果和處理最。因此超導磁分離技術(shù)在礦石選礦、燃煤脫硫和污水處理等領域都已有了廣泛的研究和應用。作為一種能夠發(fā)揮巨大經(jīng)濟效益的、潔凈節(jié)能的新興技術(shù)，超導磁分離技術(shù)將有著更加廣闊的發(fā)展和應用前景。參考文獻：何莉娜.超導磁分離技術(shù)的應用研究.低溫與超導2014-01-02陳顯利，焦雨紅，張浩，徐向東，龔領會，李來風.超導磁分離工業(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，龔領會，李來鳳.超導