1、浅谈高梯度磁选机磁场的影响因素问题摘 要本文主要阐述了立环高梯度磁选机的构造、工作原理，以及影响磁场强度的三个主要因素：线圈安匝数；磁路结构及其材料；磁介质材料及结构。 关键词背景场强；梯度场强；磁路结构及其材料；线圈安匝数；磁介质材料 中图分类号：TD457 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）27-0004-01 1 引言 SDL 系列立环高梯度磁选机是笔者公司结合国内外强磁磁选机的特点， 自行研制开发的一种新型强磁磁选机。 该系列产品是目前国内外性能最好、技术最先进的强磁磁选设备之一。 它具有富集比大、对给矿粒度、浓度和品位波动适应性强、工作可靠、操作维护方便等优点。
2、 同时适用范围广泛，既能对弱磁性矿物进行选矿，例如：赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、钛铁矿、铬铁矿、黑钨矿、钽铌矿等；又能对非金属矿物进行除铁、提纯，例如：石英、长石、霞石、萤石、硅线石、锂辉石、高岭土等。 影响立环高梯度磁选机磁选效果的最主要因素是磁路结构、背景场强、梯度场强的大小及分布。 背景磁场越大，吸附力就越大，其在磁介质中所产生的梯度场强也越大，磁选效果就越好。 如何提高背景磁场及梯度场强， 是本文研究的主要问题。 根据立环磁选机及磁介质盒的结构和特点，主要研究以下几个因素对磁场的影响：线圈安匝数；磁路结构及其材料；磁介质材料及结构。 2 立环磁选机构造及工作原理 2.1 设备构造 SDL
3、磁选机主要由高频振动机构、转环 、励磁线圈 、上下铁轭及各种矿斗、供水装置等组成。 2.2 工作原理 转环内装有导磁不锈钢棒介质盒或不锈钢网磁介质堆。 选矿时，转环作顺时针旋转，矿浆从给矿斗给入，沿上铁轭缝隙流经转环内圆周，磁介质在磁场中被磁化，表面形成高梯度磁场，矿浆中磁性颗粒被吸附在磁介质表面，转环转动时将其带至顶部无磁场区， 被冲洗水冲入精矿斗中， 非磁性颗粒经内圆周流至外圆周沿下铁轭缝隙流入尾矿斗中排出。2.3 磁路构造及原理 磁路（即矿粒分选区）由磁轭、励磁线圈组成日字形，具有磁路短、磁阻小、磁损小，在相同的电耗下能够产生更大的磁场。 磁轭是由上铁轭、下铁轭及密封环板构成的日字形磁路
4、结构。 励磁线圈由方形铜管、热塑管、树脂及不锈钢外壳构成。 根据安培右手定则，当励磁线圈通入直流电流，日字形磁路周围将会产生巨大的电磁场，在上下磁轭构成的 100120的缝隙范围内（装有磁介质的转环通过此缝隙）会形成一个巨大均匀的平行磁场。 磁介质在磁场中被磁化，表面形成高梯度磁场。矿浆中磁性颗粒通过磁介质时将被吸附在磁介质表面。 2.4 磁介质 高梯度磁选机是利用导磁介质在磁场中产生感应磁场而使均匀磁场产生畸变，人为造成磁场的剧烈变化，从而使磁场变化率（梯度）大增，磁性矿物受到的吸力也变大增。 这样提高了分选效果，使比磁率很低的矿物，如赤铁矿、褐铁矿、锰矿等弱磁性矿物也能用磁选的方法进行分选
5、。 3 影响磁场的主要因素 3.1 线圈安匝数的影响 根据安培环路定理 B=0NI/2R（0 为常数） ，磁场 B 与线圈匝数 N 及通过电流 I 成正比。 当线圈匝数增加时，磁场强度也会相应地增加，但磁路空间及设备体积、重量也会大大增加。 在考虑到整个立环高梯度磁选机磁系结构合理的情况下，一般设定线圈匝数小于 150 匝。 而线圈电阻和匝数一定时，根据 Q=I2?R?t，当电流越大时，线圈发热就越大，线圈过热使绝缘及冷却问题难以解决，所以笔者通过参数优化设计，一般将工作电流设定为1500A。 3.2 磁路及其材料 常用磁路材料有 Q235 和 DT4（电工纯铁）两种，磁体材料采用 Q235
6、时， 其最高场强只能达到 11000GS 左右，此时材料的磁通达到饱和； 而磁体材料采用 DT4 电工纯铁时，其最高场强能达到 13000GS 左右，这时磁通才达到饱和。 所以当需要较高磁场时，可以增高电流来提高磁场强度，直到磁通饱和为止，而同样条件时，使用 DT4 材料可以达到更高的饱和磁场。 3.3 磁介质材料及结构的影响 高梯度磁选机是利用导磁介质在磁场中产生感应磁场，使均匀磁场产生畸变，人为造成磁场的剧烈变化，从而使磁场的变化率（梯度）增大，使得磁性矿物受到的磁场吸力更大。矿物如果在均匀磁场中 （大小和方向均无改变） ，即 grad 为零时，所受的磁场力为零。 由于磁力线总是走最短的路
7、程，磁力线是从 N 极先走到介质棒上，然后再到 S 极。那么，感应在介质棒上的磁感应强度 B2 要远远地大于场强 B1。 这样在介质棒附近产生了一个畸变的磁场。 在棒介质的表面磁感应强度很高，也就是说在离开介质棒表面微小的距离时， 磁场的变化会很大；磁场变化率越大，梯度越高。 由于空气的磁阻远远大于铁磁介质的磁阻， 因此磁力线总会在铁磁介质中通过，然后再进入空气中。 磁场的尖角效应是指磁力线都流向尖角处， 尖角处的磁力线密集，因此在尖角处的磁感应强度要高很多。 利用磁介质在磁场中的尖角效应， 通过将磁介质加工成带有菱角和尖角的形状， 可以增加磁介质的表面磁感应强度和提高磁场梯度。 笔者通过实际
8、应用，对于同样比磁率的弱磁性矿物，在有棱角和带尖角的介质（异形介质）中，同样大小的矿粒，异形介质所受到的磁场力比光滑圆面介质大很多，而且其回收细粒级的矿粒要比光滑圆柱面介质的多， 粒级也更高。 也就是说用带有棱角和尖角的异形介质比相同导磁率的光滑圆柱面介质的回收下限要大。 4 结语 根据立环高梯度磁选机的结构和工作原理， 及对影响磁路中的磁场强度的三个因素的分析和研究， 可以发现：（1）当线圈安匝数增加时，立环高梯度磁选机中的磁场也会相应增强（磁轭达到饱和前） ；（2）选用 DT4 电工纯铁作为磁轭材料时， 因为 DT4 电工纯铁的磁饱和度比Q235 要大，所以可以获得更高的磁场强度；（3）在
9、有棱角和带尖角的介质（异形介质）中，所获得的梯度磁场更高，所以矿浆中磁性颗粒通过磁介质时将吸附在磁介质表面。 其受到的磁场力比光滑圆面介质大，而且其回收细粒级的矿粒要比光滑圆柱面介质多，粒级也更高。 特别是在进行非金属矿除铁时，因为要求磁场较高，在进行设计和生产中，更加要注意这几个方面的影响。 参考文献 1 Oberteuffer J A. Magnetic separation： a review of principles devices and applicationsJ. IEEE Trans on Mag，1974（ 1） ： 223-229. 2 杨儒贵. 电磁场与电磁波M. 北京： 高等教育出版社，2007. 3 徐建成. 钢毛磁化状态对磁选的影响 J. 有色金属，1995（ 4） ：38-42. 4 叶代平，张国珍，苏李广. 常用钢材磁特性曲线速查手册M.北京： 机械工业出版社，2003. 5 广东省钢铁研究所. 一种铁钴合金及其强磁介质棒的制备方法：中国，201110229270. 6P.2011-12-28.
