磁選是非金屬礦除鐵應用最廣泛和最有效的方法，廣泛應用于高嶺土、鉀鈉長(cháng)石、高純石英等的選礦提純。常用的磁選機有永磁筒式磁選機、干式磁選機、電磁感應輥式強磁選機、Shp系列強磁選機、SLon立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機等。
常規磁選設備對非金屬礦中嵌布粒度較細、比磁化系數較低、共生現象嚴重的鐵磁性礦物的去除效果不理想，而且大都采用電磁鐵或者螺線(xiàn)管作為磁體，其激磁功率和磁場(chǎng)強度的平方成正比，因此磁選機運轉電耗高。同時(shí)常規磁體受到鐵芯磁飽和以及線(xiàn)圈發(fā)熱需強制冷卻的限制，產(chǎn)生的最大磁場(chǎng)強度一般不會(huì )超過(guò)1600kA/m（20000Oe）。
1、什么是超導磁選機
超導磁體是利用Nb-Ti或者Nb3-Sn等超導材料繞制的線(xiàn)圈和長(cháng)時(shí)間保持低溫的容器的總稱(chēng)。超導磁體具有產(chǎn)生的磁感應強度高、勵磁功率小、設備重量輕、耗能少等優(yōu)勢。超導磁選機就是采用超導磁體對礦物進(jìn)行選別的設備，超導磁選機的關(guān)鍵技術(shù)在于通過(guò)低溫技術(shù)來(lái)處理線(xiàn)圈，使線(xiàn)圈達到超導狀態(tài)，以提高磁體所產(chǎn)生的背景場(chǎng)強。
圖1 低溫超導磁選機
2、超導磁選機應用現狀
近十多年來(lái)，國內外對超導磁選機的研究已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展，研制出多種類(lèi)型的超導磁選機，對各種礦物的選別及提純均取得了較好的效果，并已開(kāi)始在工業(yè)上應用。
表1 國外超導磁選機
| 國家 |
產(chǎn)品 |
磁感應強度/T |
用途 |
| 德國 |
AMS-400型磁選機 |
4 |
高嶺土、碳酸鹽、滑石、云母及其礦物 |
| 美國 |
埃利茲超導磁選機 |
2 |
周期式作業(yè)，采用液氦和液氮雙重制冷，用于除去高嶺土中的微粒含鐵雜質(zhì)，生產(chǎn)白度高的高嶺土產(chǎn)品 |
| 捷克 |
往復串罐式超導磁選機 |
5 |
用于高嶺土除鐵，通過(guò)兩個(gè)分選罐在超導磁選區的移進(jìn)移出，實(shí)現了往復式連續生產(chǎn) |
| 英國 |
我國超導磁選機大多采用水平式往復串罐式運轉，缺點(diǎn)是控制系統復雜、處理量較低、磁介質(zhì)易堵塞。近年來(lái)，隨著(zhù)制冷與超導磁體技術(shù)的發(fā)展，我國已經(jīng)成功研制出液氦零揮發(fā)5.5T高梯度超導磁選機，并開(kāi)始應用于工業(yè)生產(chǎn)。
圖2 往復式超導磁選機原理
3、高梯度超導磁選設備
?。?）高梯度超導磁選機的工作原理
高梯度超導磁選機是利用鈦、鈮三錫等超導材料制作的超導線(xiàn)，通過(guò)后期加工，將超導線(xiàn)環(huán)繞成特種線(xiàn)圈置于密閉良好的低溫杜瓦中。采用液氦浸泡及制冷系統傳導冷卻的方式，使超導線(xiàn)圈工作環(huán)境溫度維持在-268.8℃左右，此時(shí)超導線(xiàn)圈電阻為零。由于纏繞線(xiàn)圈電阻為零，電導率為無(wú)窮大，可以承載更大的電流，增加超導線(xiàn)圈匝數，以螺旋管的方式進(jìn)行繞制，最終可獲得超高的背景磁場(chǎng)。
圖3 高梯度超導磁選分離系統工藝
該磁選機能夠接近連續地處理物料。這是利用設備內交替地位于磁場(chǎng)內的兩個(gè)分選腔段實(shí)現的。當一個(gè)分選腔段用于分選礦漿時(shí)，另一個(gè)被清洗并為其下一個(gè)工作周期做準備。
?。?）高梯度超導磁選機的性能優(yōu)勢
?、俦尘按艌?chǎng)強度高，選別效果好
超導磁體所用線(xiàn)圈采用Nb-Ti超導材料制作，在低溫下電阻為零，能夠通過(guò)更大的電流卻不會(huì )產(chǎn)生太大的熱量，因此可以使線(xiàn)圈產(chǎn)生更大的背景磁場(chǎng)，目前最高可達7.0T。
作用在磁選顆粒上的磁力決定于顆粒的磁性和磁選設備的磁場(chǎng)力。背景磁場(chǎng)越高，磁性顆粒在磁場(chǎng)內所受磁力越強，越容易被磁性介質(zhì)捕捉。超導磁選機超高的背景磁場(chǎng)可有效提高非金屬礦選礦中弱磁性顆粒的選別效果。
?、谀芎牡?/strong>
采用低溫超導技術(shù)，超導磁體在-268.8℃低溫環(huán)境下作業(yè)，其線(xiàn)圈電阻為零，通電后實(shí)現超導狀態(tài)，有效杜絕磁體在導電過(guò)程中的發(fā)熱現象，高電流通過(guò)時(shí)其所產(chǎn)生熱值為零。GM制冷機僅需維持超導磁體處于這種低溫狀態(tài)，與常導磁體相比節電90%，完全解決了磁選作業(yè)能耗高的問(wèn)題。
表2 常用的幾種選礦設備功率
| 設備名稱(chēng) |
額定功率（KW） |
額定背景磁場(chǎng)（T） |
| 永磁筒式磁選機 |
3-20 |
0.1-1.2 |
| 濕式立環(huán)高梯度磁選機 |
50-180 |
1.0-1.7 |
| 濕式電磁高梯度磁選機 |
80-130 |
1.0-1.8 |
| 低溫超導磁選機 |
9-13.5 |
5.0-7.0 |
?、圻m用范圍廣
在非金屬礦選礦中，常規磁選機對磁化率較高的順磁性礦物或者鐵磁性礦物能夠較好地去除，選別粒度下限可低至20μm。高梯度超導磁選機擁有極高的背景場(chǎng)強，可以捕捉到礦漿中粒度極細、比磁化率更低的磁性顆粒，除鐵效果好。低溫超導磁選機對于磁化率在10-8-10-10m3/kg的磁性礦物都能夠有效地去除，且分選粒度下限可低至微米級。
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超導磁選機實(shí)際作業(yè)中分選腔可雙向交替分選、沖洗作業(yè)，可在勵磁狀態(tài)下連續不間斷作業(yè)運行，分選效率高。如5.5T/300低溫超導磁選機（CGC）對高嶺土、粉煤灰等非金屬礦最大處理量可達100t/d左右，5T/500型低溫超導磁選機最大處理量高達350t/d左右，可完全滿(mǎn)足目前非金屬礦山的生產(chǎn)需求。
?、葑詣?dòng)化程度高
超導磁選機的作業(yè)過(guò)程可進(jìn)行自動(dòng)化控制，并通過(guò)實(shí)時(shí)采集并監控溫度、壓力、電流、真空度等運行參數，保證了設備運行的可靠性，對生產(chǎn)管理和產(chǎn)品質(zhì)量的控制提供極大的便利。
4、高梯度超導磁選機在高嶺土選礦中的應用
?。?）廣東某地區高嶺土選礦實(shí)踐
原礦：廣東某地高嶺土原礦，脈石礦物有石英、白云母、黑云母和長(cháng)石，有少量的赤、褐鐵礦等。石英主要富集在+0.045mm粒級中，云母和長(cháng)石類(lèi)礦物的含量在中間粒級富集（0.02-0.6mm），高嶺石及少量暗色礦物的含量隨著(zhù)粒度的減小逐漸增加，高嶺石在-0.045mm開(kāi)始富集，在-0.020 mm粒級中明顯富集。
該地高嶺土原礦含鐵量為1.2%左右，經(jīng)破碎、研磨流程后，控制礦石粒級-0.045mm含量為百分之百，經(jīng)兩段電磁漿料作業(yè)后精礦產(chǎn)品無(wú)法達到產(chǎn)品要求，當采用5.5T低溫超導磁選聯(lián)合一段電磁選作業(yè)后可得含鐵量0.40%左右的高嶺土精礦，分選效果較為理想。
表3 兩段電磁選工藝與電磁+超導磁選工藝成品指標對比
| 樣品 |
TFe含量/% |
白度 |
| 原礦 |
1.04 |
69.2 |
| 兩段電磁選精礦 |
0.56 |
77.6 |
| 電磁+超導磁選精礦 |
0.40 |
85.3 |
?。?）云南某地區高嶺土選礦實(shí)踐
原礦：云南某地高嶺土礦屬花崗巖蝕變礦床，礦物組成主要為高嶺石、鉀長(cháng)石、斜長(cháng)石和石英，還包含少量鋯石、褐鐵礦、銳鈦礦和黃鐵礦。其中高嶺石主要賦存在-0.038 mm粒級范圍內，礦石粒度組成較細。礦石中鐵含量約為0.66%，其主要以獨立礦物賦存于褐鐵礦中，部分鐵以類(lèi)質(zhì)同象形式與高嶺石伴生，這是造成高嶺土精礦自度較低的主要原因。
采用5T/500低溫超導磁選機對該地區礦石分選，通過(guò)控制分選作業(yè)礦石入料粒度、礦漿濃度及流速，合理搭配鋼毛，將原礦含鐵量為0.66%的高嶺土進(jìn)行一段超導磁選作業(yè)，最終獲得了鐵含量為0.34%的磁選精礦。
表4 云南某地生產(chǎn)現場(chǎng)除鐵效果
| 樣品 |
TFe含量/% |
白度 |
| 原礦 |
0.66 |
85 |
| 電磁精礦 |
0.42 |
89 |
| 超導磁選精礦 |
0.34 |
92 |
5、結語(yǔ)
超導磁選分離技術(shù)是目前國內最先進(jìn)的高端選礦技術(shù)之一，在非金屬礦選礦領(lǐng)域對于微細粒級物料的除鐵效果要優(yōu)于常規磁選機。超導磁體在低溫條件下實(shí)現超導，勵磁成功后不再耗能，節能效果顯著(zhù)。隨著(zhù)科技進(jìn)步和工業(yè)實(shí)踐的發(fā)展，超導磁分離技術(shù)已廣泛應用于高嶺土選礦提純、礦石選礦、燃煤脫硫、污水處理等。
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