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| 零挥发5.5T低温超导磁选机 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2013-09-20 09:20:44 浏览次数： |
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（潍坊新力超导磁电科技有限公司/王兆连等）1 前言
20世纪60年代末，美国J.D.Bannister发明了第一台超导磁选机，此后的20多年间，世界上掀起了研制超导磁选机的热潮，美国、英国、德国、日本、捷克、前苏联等国先后研制了不同类型的工业用或试验用超导磁选机。但是，由于超导磁选设备技术含量高、制造工艺复杂、难度大，尤其是研制成本高，售价昂贵，致使不少研制者半途而废。现在只有美国等极少数发达国家能够生产超导磁选机。
2012年6月13日，由潍坊新力超导磁电科技有限公司、中国科学院高能物理研究所和山东华特磁电科技股份有限公司共同研制的工业生产用零挥发5.5T低温超导磁选机成功下线！这标志着中国迎难而上取得的又一项具有国际先进水平的重大科研成果诞生了！
6月30日，由三位院士主持的零挥发5.5T低温超导磁选机鉴定会，得到的结论是：该项目在国内外首次采用闭式循环制冷技术制成5.5T超导磁体及磁选机。该磁选机结构紧凑，设计先进，制造工艺合理；属国内外首创，整机技术性能达到国际领先水平。
在零挥发5.5T低温超导磁选机的研发过程中，曾遇到不少问题，但是，在团队的共同努力下问题都一个一个的解决了，而且每个问题的解决都是能力的一次提升。目前，已在超导磁选机研究和制造方面积累了大量经验，培养了一批专业技术人才，成为国内超导磁选领域的先行者。
在零挥发5.5T低温超导磁选机的研发过程中，共申报了六项专利，其中包括一项发明专利，5项实用新型专利，以便知识产权不受侵犯。
2 5.5T低温超导磁选机的结构
5.5T低温超导磁选机的外形示于图1，其结构由磁体系统、分选系统、往复运动系统和电控系统四个部分组成（图2），其中磁体系统是超导磁选机的核心部分，其背景场强及安全稳定性对整机性能起到关键作用。
磁体系统由磁体和铁铠组成，超导磁体是核心部件，为磁选机提供强背景磁场，且能耗极小，铁铠是屏蔽磁场的部件，由端板、内端板、支板及零部件组成，既能加强中心场强，又能将漏磁降低在允许范围，防止对其他部件的干扰，减少安全隐患。
分选系统包括分选腔和管道循环部分，其中分选腔由三个无效分选筒和两个有效分选筒组成。有效分选筒内装有聚磁介质（一般是钢毛），中间用压轴压紧。
往复运动系统由从动轮支架、主动轮支架、同步带、导轨基座、托架、底座、电机等部件组成。该系统完成分选腔的往复运动。
电控系统包括微电脑和各种控制、检测用的仪器、仪表，用于生产控制和质量检测及控制。
总之，该磁选机结构紧凑，设计先进，制造工艺合理；特别是国内外首次采用闭式循环制冷技术制成了5.5T超导磁体，将磁体分为多段进行失超保护，采用一台1.5W/4.2K制冷机将气化的氦气再冷凝为液氦的闭式制冷系统，大大减少氦的消耗。
图1 5.5T低温超导磁选机外形
图2 5.5T低温超导磁选机结构示意图
超导磁选机利用低温（4.2K）下超导线圈电阻为零的特性，由大电流通过浸泡在液氦中的超导线圈并利用一个外部直流电源激励，使超导磁选机达到5.5T背景磁场强度，导致分选筒内导磁不锈钢磁介质表面产生巨大的高梯度磁场。
分选机构由两个分选筒和三个无效筒组成，设置无效筒的目的是与分选筒达到磁力平衡，从而使分选机构能在较小的外力作用下在磁场内移动。
图3 超导磁选机分选原理示意图
在磁选作业中，有时要加入必要的药剂，例如分散剂，使聚成团的微小矿粒分散开来，以达到更好的分选效果。药罐便是盛这种药剂的容器。
4 5.5T低温超导磁选机的技术参数
目前，仅研制出分选筒直径为300mm的5.5T低温超导磁选机，并且已成功地进行了工业性选矿试验。现在，正在研制分选筒直径为500mm的低温超导磁选机，这种大规格超导磁选机将于2013年初面世，供广大用户选用，那时就会满足更多用户的不同需求。
低温超导磁选机的主要技术参数列于表1。
表1 低温超导磁选机的主要技术参数
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名称
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φ300型
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φ500型
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分选筒直径（mm）
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300
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500
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矿浆流速（cm/s）
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0.6-2.5
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0.6-3.8
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背景场强（T）
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≥5.5
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≥5
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距磁场屏蔽体1m处的磁场（Gs）
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≤50
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≤50
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励磁功率（kW）
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＜1.5
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＜1.5
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工作制
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连续
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连续
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超导线工作温度（K）
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4.2
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4.2
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处理干矿量（kg/h）
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4000左右
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15000左右
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总功率（kW）
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≤11
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≤20
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5 5.5T低温超导磁选机的技术特点
（1）磁场强度高。低温超导磁选机采用Nb-Ti超导材料制作线圈，中心磁场强度达到5.5T。
（2）磁场力大。在5.5T磁场强度下，分选筒内的导磁介质表面产生很强的磁力，能有效分选出细颗粒弱磁性杂质，大幅度提高非金属矿产品的质量，使之达到更高的品级。
（3）液氦零挥发。1.5W/4.2K制冷机能持续制冷，将少量挥发的液氦重新液化，使液氦不向磁体外部挥发，保证了液氦总量不变，3年内不需要补充液氦，使维护更容易，费用降低。
（4）能耗少。超导磁选机采用低温超导技术，线圈达到超导状态后电阻为零，线圈一次励磁后切断电源，线圈内的电流形成闭合回路，不消耗电能。此时只有维持磁体低温状态的制冷机工作，与常导磁体相比节电90％。
（5）磁体寿命长（在20年以上）。
（6）双筒交替分选、冲洗。可在不退磁的情况下连续运行，提高了生产效率。处理高岭土的能力高达每天100t,约为同效率电磁磁选机的5～10倍。
（7）采用高温超导电流引线，降低热损耗 。
（8）全程微电脑控制，参数可实时采集，有利于生产控制和质量控制。
（9）整机重量仅15t，为同效率电磁磁选机重量的1/6左右。
（10）该磁选机结构紧凑，设计先进，制造工艺合理。
（11）该磁选机经运行测试，运行稳定可靠、效率高、效果好，具有良好的经济和社会效益，有很好的市场应用前景。
6 5.5T低温超导磁选机工业试验
5.5T低温超导磁选机研制成功后，已经对多种高岭土矿进行了工业试验。试验结果表明，该超导磁选机在高岭土原矿含铁杂质1％左右时，可使铁杂质降低到0.40％左右，而高梯度电磁磁选机只能使铁降低到0.7%。因此，高岭土矿经超导磁选机分选后能使其精矿提高几个品级，每吨精矿的售价能提高300～350元，按年处理量3万吨计，可为企业额外提供利润900～1000万元。
例如江西赣州瑞红高岭土矿原矿含铁约0.9％，过去多次强磁选试验都只能将铁降到0.7％，因此难以开采利用，这次经5.5T低温超导磁选机磁选后，所得到的高岭土精矿铁含量第一段磁选下降到0.40％，第二段磁选下降到0.31%，白度也大幅度提高，因此，高岭土精矿的售价也将大幅度提高。又如淮北金岩高岭土有限公司的高岭土原矿含铁1.112%，经第一段磁选后高岭土精矿铁含量下降到0.508%，在第二段磁选后则下降到0.447%，同样可获得良好的经济效益。
7 结论
（1）经过华特和中国科学院高能所科研人员的共同努力，在较短时间内，研制成功先进的低温超导磁选机，中国成为世界上少有的超导磁选机生产国，华特则成为中国唯一的、世界少有的低温超导磁选机生产企业。
（2）团队科研人员在研制零挥发5.5T低温超导磁选机的过程中，同心协力，用集体的智慧，克服了一个个难题，在一年零九个月的时间里成功地研制出国内外首次采用闭式循环制冷技术制成的5.5T低温超导磁体及磁选机。经专家们鉴定，一致认为该磁选机结构紧凑，设计先进，制造工艺合理，属国内外首创，整机技术性能达到国际领先水平。
（3）该磁选机经运行测试，运行稳定可靠，效率高，效果好，具有良好的经济和社会效益，有很好的市场应用前景。
（4）该磁选机用高岭土矿做了选矿工业试验，结果良好。例如一种高岭土原矿含铁约0.9％，经超导磁选后，高岭土精矿含铁降到0.3％左右，成为优质产品，销售价格可大幅度提高，若年处理矿量3万t，则一年可增加利润1000万元左右，不到一年就可以收回购买超导磁选机的费用。
（5）该磁选机的销售价格比国外同类产品低。大约十年前，广西北海市兖矿北海高岭土有限公司从美国购买了一台分选筒直径为500mm的超导磁选机，迄今运行正常，但我国一直没有买第2台。原因是它价格太贵了，合计总价达2000万元以上。我们生产的超导磁选机，肯定要比它质优价廉，但是，为了更好地服务于我国各个行业的矿山企业，我们一定要想法设法、千方百计降低超导磁选机的生产成本，让越来越多的企业都能用上价廉质优的国产超导磁选机。
（6）售后服务方便、及时、周到、效果好、收费低。进口技术含量高的设备一般都由厂家派人来检修，路途遥远，来一次很不容易，且不说花费很多，还往往不能及时到达，致使停工延误了生产，完不成任务。同时，国外厂商检查、维护、维修费用很高，令人难以承受。而国产超导磁选机的用户，可以享受便捷的服务，一旦需要，我们可以立即派人为用户服务，保证用户满意，而且收费很低。同时我们可以开通远程诊断服务，随时在线为用户查清故障原因，迅速帮助用户恢复正常生产。
（7）超导磁选机应用广泛，将会面对不同的用户，处理各种不同性质的矿物，因此，在今后的推广应用过程中，不可避免地会遇到不同的难题。但是，随着科学技术的不断进步，尤其是在实力强大的科研团队----中科院高能物理研究所和山东华特磁电科技股份有限公司及其全资子公司潍坊新力超导磁电科技有限公司面前，将不再成为不可克服的困难，我们一定会在科研过程中不断地学习、掌握、运用新技术、新方法、新材料，使我们的超导磁选机变得更完善、更完美，用它把我国的非金属矿选矿提高到新的水平，彻底改变其“一流资源，二流产品”的不利局面。同时，我们要把超导磁选机逐步推广应用到处理金属矿物如锰、钨、钛、铁等弱磁性矿物，在开发、利用我国贫（品位很低）、细（粒度很细）、杂（矿物性质复杂）矿物的道路上走出一条金光大道。
(桂林非金属矿加工与应用技术交流会,发表于中国粉体技术杂志） |
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