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中利用礦物之間的磁性差異而使不同礦物實現(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，有益于冶煉過程。依據(jù)我國的實踐，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，可用磁選結(jié)合其他方法進展分選。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。隨著人類環(huán)境保護意識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程中。醫(yī)學(xué)上還用磁選法來分別血液中的紅血球等。2070年月進展起來的一項磁選工藝，它能有效回收磁性很弱、粒度很細的磁性礦粒。近年來，將高梯度技術(shù)和超導(dǎo)技術(shù)結(jié)合起來，又研制出高梯度超導(dǎo)磁選機。磁流體分選作為磁選的一門興學(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。描述磁場大小和方向的物理量有磁感應(yīng)強度B和磁場強度HB〔Tesla〕1T=10000高斯。磁場強度H的國際單位為安培每米／。磁感應(yīng)強度與磁場強度間存在如下關(guān)系：B=μH 〔1-1-1〕當(dāng)磁介質(zhì)被置于磁場中時，由于磁場的作用而磁化，從而在介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生磁矩。單位體積內(nèi)的磁矩稱為磁化強度，是表征磁介質(zhì)磁化程度的物理量。磁介質(zhì)中某點的磁化強度M與該點的磁感應(yīng)強度成正比，在國際單位制中表示為：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，磁場中任意點處的磁感應(yīng)強度，除了原磁場外，還應(yīng)包括磁介質(zhì)磁化后產(chǎn)生的附加磁場。因此，在有磁介質(zhì)的磁場中，任一點的磁感應(yīng)強度B、磁場強度H、磁化強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中進展的。被選礦石進入磁選設(shè)備的分選空間后，受到磁力和機械力的共同作用，沿著不同的路徑運動，對礦漿分別截取，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械力的合力，同時，作用在較弱磁性顆粒上的磁力F2必需小于相應(yīng)機械力之和。即F1>F機1 ； F2<F機2磁選的實質(zhì)是利用磁力和機械力對不同磁性顆粒的不同作用而實現(xiàn)的。磁力作用在磁性顆粒上的磁力，可由它在磁化時所獲得的位能來確定，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梯度值來表示，即F gradUgrad磁

H20 dV2當(dāng)顆粒粒度不大時，可假定顆粒的體積磁化率在所占的體積范圍內(nèi)是個常數(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。運用比磁力的概念可消退礦物顆粒中實際存在的空隙對磁力計算的影響。f F磁

VHgradH0V

HgradH0

(1-1-6)磁場力的定義說明，磁選時，僅僅只有一個適宜的磁場強度是不夠的，這個磁場還必需有肯定的磁場梯度。這就是在前面強調(diào)的磁選是在一個非均勻的磁場中進展的緣由。磁力或比磁力公式均說明，作用在磁選顆粒上的磁力打算于顆粒的磁性和磁選設(shè)備的磁場力HgradH。無論是提高磁場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)帶電粒子運動的結(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)才有較強的磁性。就磁性來講，物質(zhì)可分為三類：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)的磁化強度和磁場強度間的關(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)為負斜率直線關(guān)系；〔3〕鐵磁性物質(zhì)為一漸近曲線，隨磁場強度增大，物質(zhì)磁化強度始變化很快，然后趨于平緩，最終到達飽和。值得留意的是，當(dāng)磁場強度相當(dāng)小的時候，磁化強度就趨于飽和值了。磁選中礦物的分類磁選中礦物磁性的分類不同于物質(zhì)磁性的物理分類，通常，按比磁化率大小把全部礦物分成強磁性物、弱磁性礦物和非磁性礦物。強磁性礦物比磁化率χ＞4．0*10-5m3／kg，在磁場強度達80～136kA/m的弱磁場磁選機中可以回收。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。強磁性礦物的磁性及其影響因素磁鐵礦是典型的強磁性礦物，又是磁選所處理的主要礦石。磁鐵礦的磁性特點有：①磁鐵礦的磁化強度和磁化率很大，存在磁飽和現(xiàn)象，且在較低的磁場強度下就可以到達飽和；②磁鐵礦的磁化強度、磁化率和磁場強度間具有曲線關(guān)系。磁化率隨磁場強度變化而變化。磁鐵礦的磁化強度除與礦石性質(zhì)有關(guān)外，還與磁場強度變化歷程有關(guān)；③磁鐵礦存在磁滯現(xiàn)象，當(dāng)它離開磁化場后，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、磁鐵礦的磁化過程某礦山磁鐵礦的比磁化強度、比磁化率與磁場強度間的關(guān)系如下圖。從磁化曲線J=f(H)H=0J=0。隨著磁場強度的提高，磁鐵礦的比磁化強度J開頭緩慢增加，隨后快速增加，接著又緩慢增加，到達某一特定的值后不再變化，這一特定的點〔3〕JmaxHJ隨之減小，但并不是沿原來的曲線～～～，而是沿高于原來的曲線～〕下降。當(dāng)磁0時，比磁化強度J0，而是保存肯定的數(shù)值，這一數(shù)值稱為剩磁，Jr表示。這種現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象。如要消退剩磁Jr，需要對磁鐵礦施加一個反方向的退磁場。消退剩磁Jr所施加的退磁場強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。從磁疇在磁化過程中的變化規(guī)律看，在磁化前期，以磁疇壁移動為主，后期以磁疇轉(zhuǎn)動為主。磁疇壁移動所需的能量較小，磁疇轉(zhuǎn)動所需的能量較大。3、顆粒性質(zhì)對磁性的影響除了磁場強度對礦物磁性的影響外，顆粒的外形、顆粒的粒度、強磁性礦物的含量和礦物的氧化程度等對磁性也有影響。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度、比磁化率與磁場強度的關(guān)系。不同外形的礦粒，在一樣的磁場中被磁化時顯示的磁性不同。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)過程中極簡潔混入磁性精礦中，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??；②比磁化率大小只與礦物組成有關(guān)，與磁場強度及礦物本身的外形、粒度等因素?zé)o關(guān)；③弱磁性礦物沒有磁飽和現(xiàn)象和磁滯現(xiàn)象，它的磁化強度與磁場強度間為直線關(guān)系；④假設(shè)弱磁性礦物中混入強磁性礦物，即使量少也會對磁特性產(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。對于弱磁性鐵礦物，可以通過磁化焙燒的方法人為地提高它們的磁性。礦物磁性的測量礦物磁性的測定礦物磁性的測量方法可分成三大類：有質(zhì)動力法、感應(yīng)法和間接法。選礦中常用的是有質(zhì)動力法。對一般狀況，承受磁力天平就可以滿足要求。有質(zhì)動力法可分成古依〔Gouy〕法和法拉第〔Faraday〕法。A古依〔Gouy〕法測礦物的比磁化率此法是直接測量比磁化率的方法，適用于強磁性礦物和弱磁性礦物的比磁化率測定。B法拉弟法測量礦物的比磁化率法拉第法一般用來測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，因此可近似認為在樣品所占的空間內(nèi)磁場力是個恒量。即f 磁f

〔1-1-10〕