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立環脈動高梯度磁選機等。
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管作為磁體，其激磁功率和磁場強度的平方成正比，因此磁選機運轉電耗高。同時常規磁體受到鐵芯磁飽和以及線圈發熱需強制冷卻的限制，產生的最大磁場強度一般不會超過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圈和長時間保持低溫的容器的總稱。超導磁體具有產生的磁感應強度高、勵磁功率小、設備重量輕、耗能少等優勢。超導磁選機就是采用超導磁體對礦物進行選別的設備，超導磁選機的關鍵技術在于通過低溫技術來處理線圈，使線圈達到超導狀態，以提高磁體所產生的背景場強。
圖1 低溫超導磁選機
2、超導磁選機應用現狀
近十多年來，國內外對超導磁選機的研究已經取得了突破性的進展，研制出多種類型的超導磁選機，對各種礦物的選別及提純均取得了較好的效果，并已開始在工業上應用。
表1 國外超導磁選機
| 國家 |
產品 |
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，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，生產白度高的高嶺土產品 |
| 捷克 |
往復串罐式超導磁選機 |
5 |
用于高嶺土除鐵，通過兩個分選罐在超導磁選區的移進移出，實現了往復式連續生產 |
| 英國 |
我國超導磁選機大多采用水平式往復串罐式運轉，缺點是控制系統復雜、處理量較低、磁介質易堵塞。近年來，隨著制冷與超導磁體技術的發展，我國已經成功研制出液氦零揮發5.5T高梯度超導磁選機，并開始應用于工業生產。
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，通過后期加工，將超導線環繞成特種線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，使超導線圈工作環境溫度維持在-268.8℃左右，此時超導線圈電阻為零。由于纏繞線圈電阻為零，電導率為無窮大，可以承載更大的電流，增加超導線圈匝數，以螺旋管的方式進行繞制，最終可獲得超高的背景磁場。
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內的兩個分選腔段實現的。當一個分選腔段用于分選礦漿時，另一個被清洗并為其下一個工作周期做準備。
?。?）高梯度超導磁選機的性能優勢
?、俦尘按艌鰪姸雀?，選別效果好
超導磁體所用線圈采用Nb-Ti超導材料制作，在低溫下電阻為零，能夠通過更大的電流卻不會產生太大的熱量，因此可以使線圈產生更大的背景磁場，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力。背景磁場越高，磁性顆粒在磁場內所受磁力越強，越容易被磁性介質捕捉。超導磁選機超高的背景磁場可有效提高非金屬礦選礦中弱磁性顆粒的選別效果。
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采用低溫超導技術，超導磁體在-268.8℃低溫環境下作業，其線圈電阻為零，通電后實現超導狀態，有效杜絕磁體在導電過程中的發熱現象，高電流通過時其所產生熱值為零。GM制冷機僅需維持超導磁體處于這種低溫狀態，與常導磁體相比節電90%，完全解決了磁選作業能耗高的問題。
表2 常用的幾種選礦設備功率
| 設備名稱 |
額定功率（KW） |
額定背景磁場（T） |
| 永磁筒式磁選機 |
3-20 |
0.1-1.2 |
| 濕式立環高梯度磁選機 |
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 |
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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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超導磁選機實際作業中分選腔可雙向交替分選、沖洗作業，可在勵磁狀態下連續不間斷作業運行，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，可完全滿足目前非金屬礦山的生產需求。
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超導磁選機的作業過程可進行自動化控制，并通過實時采集并監控溫度、壓力、電流、真空度等運行參數，保證了設備運行的可靠性，對生產管理和產品質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，云母和長石類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粒度的減小逐漸增加，高嶺石在-0.045mm開始富集，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，經破碎、研磨流程后，控制礦石粒級-0.045mm含量為百分之百，經兩段電磁漿料作業后精礦產品無法達到產品要求，當采用5.5T低溫超導磁選聯合一段電磁選作業后可得含鐵量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、鉀長石、斜長石和石英，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，部分鐵以類質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，通過控制分選作業礦石入料粒度、礦漿濃度及流速，合理搭配鋼毛，將原礦含鐵量為0.66%的高嶺土進行一段超導磁選作業，最終獲得了鐵含量為0.34%的磁選精礦。
表4 云南某地生產現場除鐵效果
| 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
超導磁選分離技術是目前國內最先進的高端選礦技術之一，在非金屬礦選礦領域對于微細粒級物料的除鐵效果要優于常規磁選機。超導磁體在低溫條件下實現超導，勵磁成功后不再耗能，節能效果顯著。隨著科技進步和工業實踐的發展，超導磁分離技術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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