周期式水平磁系高梯度磁选机的磁路计算和聚磁介质研究

论文摘要

高梯度磁力分离技术是20世纪60年代末发展起来的选矿分离技术,是一种根据物料磁性差异进行分离的物理选矿方法。它利用电或永磁体在工作隙产生较强的背景磁场,同时通过聚磁介质产生较高的磁场梯度,从而对磁性颗粒的捕集能力大大增强,达到分离物料的目的。目前,对高梯度磁力分离技术的应用已突破传统的矿物加工领域,在环境工程、土壤治理、生物工程、纳米材料等方面均有广阔的前景。但是,国内高梯度磁分离工艺的工业应用比较有限,因此加强对高梯度磁分离技术的开发利用是非常重要的。磁选设备的研究与开发是高梯度磁分离技术工业应用的关键。在设备的研发过程中,磁系设计（包括磁路设计和分选空间磁场分布设计）是重点,而揭示分选空间的磁场分布对分析磁选设备的性能、确定适宜的磁系结构参数、磁极形状和尺寸以及研究磁性颗粒受力情况起着重要的作用。论文在综述国内外高梯度磁选机的发展的基础上,针对研制的周期式水平磁系高梯度磁选机,首先研究圆柱形介质棒的磁场特性-,分析矿物颗粒在聚磁介质附近的吸附和受力；然后是对磁系进行磁路计算；三是利用有限元法数值模拟不同直径介质棒的磁场特性；最后通过研究周期式水平磁系高梯度磁选机背景场强与聚磁介质盒充填率的关系,探讨影响周期式水平磁系高梯度磁选机分选效率的主要因素,并对南京梅山铁矿的强磁给矿进行选别试验。圆柱形介质棒的磁场特性研究表明,当磁介质未达到磁饱和时,作用在磁性矿粒上的磁力Fm与背景场强Ho的平方成比例；当磁介质达磁饱和后,介质的感应磁场强度将不再随背景场强H。的增加而增加,但弱磁性矿粒的磁化强度仍随着的Ho增加而增加,因而作用在磁性矿粒的磁力Fm与背景场强Ho的一次方成比例。矿粒在介质棒附近运动时,受到多种力的作用,如磁力、流体力、重力等。通过矿粒在综合力场下的受力分析可知,介质棒对磁性矿粒的捕收与流体性质、磁介质的特性、磁选过程的工艺参数等有关。磁路计算表明,水平磁系高梯度磁选机由于工作时的背景场强较低,而各部分磁轭的磁感应强度也较低,故可以适当减小轭板的厚度,提高磁选机的机重比。数值模拟不同直径介质棒的磁场特性表明,随着介质棒直径的增加,磁场强度和磁感应强度最大值均是逐渐降低的,但有效捕集面积和作用深度逐渐增大。背景场强与聚磁介质的关系表明,随着介质盒充填率的增加,两相邻介质棒表面和中间的实测场强大体上是增加的；随着励磁电流的增加,所测得的场强无论是介质棒表面还是中间,都是增大的；通过数据还可以发现,对于充填率较高的介质盒,随着棒与棒之间中心距的减小,测得棒的表面与棒中间位置的磁感应强度值变化不大。另外,当介质盒充填率较高时,合理的介质棒组合仍能获得较好的分选效果,但过高的介质充填率对分选并无益处。本课题研制的周期式水平磁系高梯度磁选机的背景场强可以达到0.9T。针对选别梅山铁矿,其最终精矿品位可以达到53.74%,作业回收率为64.61%,高于选厂分选指标。说明磁系设计计算、磁场分析理论公式具有一定的适用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 国内外选矿强磁场磁选机的研究现状
• 1.1.1 高梯度磁选设备
• 1.1.2 其它强磁选机的技术进展
• 1.2 高梯度磁选机磁系比较
• 1.2.1 垂直磁系的优缺点
• 1.2.2 水平磁系的优缺点
• 1.2.3 磁系的选定
• 1.3、磁选机磁系的磁场分布研究
• 1.3.1 磁场的实验研究方法
• 1.3.2 磁场的理论研究方法
• 1.4 本课题研究的目的、意义和内容
• 第二章 水平磁系高梯度磁选机磁选机理分析
• 2.1 磁选基本理论
• 2.1.1 磁学基础
• 2.1.2 磁选基本条件
• 2.1.3 磁力
• 2.2 水平磁场中介质棒的磁场特性
• 2.3 磁性矿粒在水平磁场中综合受力的分析
• 2.3.1 矿粒所受磁力
• 2.3.2 矿粒所受的流体力
• 2.3.3 矿粒所受到的重力
• 2.3.4 矿粒在圆柱形聚磁介质附近综合受力分析
• 2.4 聚磁介质的匹配与排布
• 2.5 本章小结
• 第三章 磁路计算与聚磁介质研究
• 3.1 磁路计算
• 3.1.1 磁路计算二大定律
• 3.1.2 磁头形状的选择
• 3.1.3 磁系设计及计算
• 3.1.4 线圈匝数计算
• 3.2 聚磁介质磁场特性的数值模拟研究
• 3.2.1 聚磁介质的有限元计算模型
• 3.2.2 二维静态磁场ANSYS分析步骤
• 3.2.3 聚磁介质磁场特性的数值模拟结果分析
• 3.3 聚磁介质盒的设计
• 3.4 周期式水平磁系高梯度磁选机的参数测定
• 3.4.1 背景场强与激磁电流的关系测定
• 3.4.2 介质感应强度与背景场强的关系测定
• 3.4.3 冲程和冲次极限参数的测定
• 3.5 本章小结
• 第四章 周期式水平磁系高梯度磁选机选别试验研究
• 4.1 周期式水平磁系高梯度磁选机选别因素探讨
• 4.2 矿样性质
• 4.2.1 试验所用矿石的物理组成研究
• 4.2.2 矿石的化学性质研究
• 4.3 高梯度磁选机选别试验
• 4.3.1 励磁电流调节试验
• 4.3.2 磁介质的选择试验
• 4.3.3 其它因素对周期式水平磁系高梯度磁选机的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的论文及科研成果