基本介紹
- 中文名：超導磁選
- 外文名：superconducting magnetic separation
- 方法：磁分離方法
- 體積：小
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
簡介,磁選力,超導磁體的幾何形狀,往復技術,超導磁體的冷卻系統,超導磁力系統的優點,總結,
簡介
勵磁現象及材料的不同磁性能使得磁選方法成功用於工業生產中。諸多不同種類的磁性分選系統多年來廣泛套用於工業實踐。利用礦物磁感應值的不同，產生不同類型的磁場，使得一種礦物優先於其它礦物提升、捕捉或偏轉.有幾種形式的磁特性存在，但對於超導磁體所產生的高磁場來說，最重要的則是被定義為“順磁性”的群體。許多元素及無極化合物在外界磁場中表現出微弱的正效應，為了使這些物料在磁場中反應強烈，就需要很高的磁力。磁選最成功的工業套用之一就是利用高梯度磁選(HGMS)對高嶺土脫色。在過去的幾十年間，諸多大型磁力系統用來脫除這種雜色的高嶺土中的污染物以便提高其白度，從而增加它的商業價值。最初，電力短缺不利於大的磁力系統的使用，但隨著與此相關的超導科學與技術的不斷發展，這些與電力相矛盾的磁力系統逐漸被超導磁力系統取代。由於原線圈型磁力系統的耗電極大，超導磁力系統正在得到加速套用。用最新超導系統裝備的磁選機電力消耗可以由300-400kV降至80kV 。
由於這種系統的外形尺寸要求以及導磁用的沉重的鐵愷的需要，它必須按開/關模式操作，以便使捕捉於不鏽鋼分選介質上的磁性物料卸掉.隨著持續模式開關技術以及相關卡普科往復技術的出現(磁力捕捉區脫離磁場完成磁性物料的卸除)，一種能力更強、場效率更高的設計，Cryofilter HGMS系統出現了，它僅需要少於1 OkW的電力。超導磁體及往復技術已成功套用於高嶺土工業，這可以由該系統的不斷銷售及來自廠商的各國訂單得到證明。在巴西的熱帶雨林地區，4套這樣的Gryofilter系統目前正在使用。這個新近開發出來的高嶺土生產區表明超導技術完全可以套用在甚至偏遠的地區。
磁選力
為了實現磁性分選，目標物料必須受到一定的偏轉或捕捉力.對於順磁性顆粒來說，該磁場力F與背景場強及背景場梯度的乘積成正比。
Fax·∆B
式中X—物料的比磁化係數;
B—背景場強;
∆B—背景場梯度.
從該等式可以看出，右邊參數增大，則最終磁揚力按比例增大.由於特定的物料X是固定的，所以系統的主要參數是背景場強及其梯度。增大場強或磁場梯度便可以增加作用在磁性物料上的磁場力。效率高及能力強的分選系統可以通過提高這兩個參數而實現。
超導磁體的幾何形狀
任何磁性分選系統的一個非常重要的方面是其實際磁體的設計及幾何形狀。通過利用一個狹長的磁體，無需巨大的愷裝鐵磁扼就可產生均勻且強度很高的磁場(如ST的卡普科Cryofilter)，而如果採用短而寬的磁體，則需要巨大的鐵磁扼導磁，以便達到分選區內所要求的磁場強度及均勻度。在採用超導技術之前，一個短而寬的磁體可產生1.8 T的磁場.而在採用超導技術之後則同樣的設計可產生2.5T的磁場，將背景場對磁性捕捉力的影響作一比較，我們可以看到，由一個狹長形的磁體所產生的ST磁場具有明顯優點。上述磁力系統均是用來產生一封閉磁場，磁場區內設計有充滿不鏽鋼的選介質的分選區。
另外一種幾何形狀是線圈末端所產生的磁場形狀，永磁棒末端可見的閉合磁場.在此情形下，一個短線圈所產生磁場的不均勻性可以作為優點利用，在這種磁體末端的快速變化的磁場可以用做偏轉性磁性分選。藉助於該磁體的幾何形狀，可以產生一個高梯度，高場強的開放式偏轉磁場，它產生的是一種偏轉力而不是捕捉力。這種開梯度磁分離技術(OGMS )特別適合於乾料的分選。
往復技術
為了充分利用超導磁體的磁能，採用一超導開關來“短路”供電電源，它一方面可以斷開動力源，另一方面使磁體幾乎可以無限地保留在預置磁場中。然而，這意味著磁體總在磁場中且任何分選區內被捕捉的磁性物料總處於被捕捉狀態。可見，分選區必須從磁場區撤出，在該系統中，通過一驅動裝置操縱磁性平衡嫂來實現這一點，罐中容納有多個分離的分選區。該往復技術是由卡普科創造並可靠套用於加工高嶺土的Cryofilter系統中。
超導磁體的冷卻系統
為了保證超導磁體的正常使用，它必須冷卻至臨界溫度以下。在該臨界溫度以上，超導材料具有電阻，其有效零電阻的優點表現不明顯。冷卻超導磁體的最常見方法是將其浸人溫度為4.2K ( - 269℃)的液氦中，液氦貯存在一採用真空絕緣的容器中或帶有超低溫保護層的容器中。容器的真空層可以減少外界熱里進人液氦從而延長其使用壽命及系統的使用時間。該時間可以通過設計隔熱超低溫保液氮池包圍液氦實現，也可以利用機械冷卻裝置護層進一步延長。該設計可以通過溫度為77k(-196℃)的實現。冷卻裝置是通過少量高純氦氣在一個密閉環體中被迫膨脹所產生的冷卻效果來進行致冷的。通過綜合利用液氮池及機械冷卻裝置(將熱童在達到液氦前阻斷)，一台工業型Cryofiltei系統能夠保證大約一年的磁體使用。超導材料的發展使得一些材料能夠在更高一些的溫度下具有超導性。這些材料目前也經常用來製造將電力傳輸給超低溫保護層中磁體的導線，它們具有比傳統導線(黃銅或青銅)更低的熱傳導性，因而也進一步減少了由導線傳給液氦的熱量。材料的進步與機械冷卻裝置的改進使沒有液氦或液氦冷卻池的超導磁體成為現實。在1996年間，已有兩套這樣的系統由卡普科套用於礦物分選。
超導磁力系統的優點
超導磁力系統較常規磁力系統有幾個主要優點。導線的零電阻大大減少了所需激磁的電力且能夠獲得更高的場強。在導線零電阻的基礎上採用有效的線圈設計(長而窄的)可以產生均勻的磁場，從而在分選區內不需要巨大的鐵扼來聚磁。Cryofilter中的鐵扼是用來減少漏磁以便減少裝置尺寸的影響。傳統的HGMS系統需要大約625t的純鐵，而Cryofilter 5T/460僅需要24 t左右。另外，與設備相關的基建費用也隨之降低。
總結
利用超導磁體處理難選弱順磁性礦物的套用及其強大的分選能力已經得到公認。曾經局限於研究領域的超導技術近年來獲得的進步已從真正意義上使其跨人工業套用領域。諸多可供選擇的成熟的冷卻系統可以確保設備在不影響其靈活性及可靠性的前提下套用於特定的工作環境。由於超低溫技術已成功套用於該領域，所以進一步施展這一技術的強大力量就己成為現實。卡普科的試驗結果可以充分表明，該類系統的價值及其在完成詳細測試流程中的價值。
