磁选是非金属矿除铁应用最广泛和最有效的方法，广泛应用于高岭土、钾钠长石、高纯石英等的选矿提纯。常用的磁选机有永磁筒式磁选机、干式磁选机、电磁感应辊式强磁选机、Shp系列强磁选机、SLon立环脉动高梯度磁选机等。
常规磁选设备对非金属矿中嵌布粒度较细、比磁化系数较低、共生现象严重的铁磁性矿物的去除效果不理想，而且大都采用电磁铁或者螺线管作为磁体，其激磁功率和磁场强度的平方成正比，因此磁选机运转电耗高。同时常规磁体受到铁芯磁饱和以及线圈发热需强制冷却的限制，产生的最大磁场强度一般不会超过1600kA/m（20000Oe）。
1、什么是超导磁选机
超导磁体是利用Nb-Ti或者Nb3-Sn等超导材料绕制的线圈和长时间保持低温的容器的总称。超导磁体具有产生的磁感应强度高、励磁功率小、设备重量轻、耗能少等优势。超导磁选机就是采用超导磁体对矿物进行选别的设备，超导磁选机的关键技术在于通过低温技术来处理线圈，使线圈达到超导状态，以提高磁体所产生的背景场强。
图1 低温超导磁选机
2、超导磁选机应用现状
近十多年来，国内外对超导磁选机的研究已经取得了突破性的进展，研制出多种类型的超导磁选机，对各种矿物的选别及提纯均取得了较好的效果，并已开始在工业上应用。
表1 国外超导磁选机
| 国家 |
产品 |
磁感应强度/T |
用途 |
| 德国 |
AMS-400型磁选机 |
4 |
高岭土、碳酸盐、滑石、云母及其矿物 |
| 美国 |
埃利兹超导磁选机 |
2 |
周期式作业，采用液氦和液氮双重制冷，用于除去高岭土中的微粒含铁杂质，生产白度高的高岭土产品 |
| 捷克 |
往复串罐式超导磁选机 |
5 |
用于高岭土除铁，通过两个分选罐在超导磁选区的移进移出，实现了往复式连续生产 |
| 英国 |
我国超导磁选机大多采用水平式往复串罐式运转，缺点是控制系统复杂、处理量较低、磁介质易堵塞。近年来，随着制冷与超导磁体技术的发展，我国已经成功研制出液氦零挥发5.5T高梯度超导磁选机，并开始应用于工业生产。
图2 往复式超导磁选机原理
3、高梯度超导磁选设备
（1）高梯度超导磁选机的工作原理
高梯度超导磁选机是利用钛、铌三锡等超导材料制作的超导线，通过后期加工，将超导线环绕成特种线圈置于密闭良好的低温杜瓦中。采用液氦浸泡及制冷系统传导冷却的方式，使超导线圈工作环境温度维持在-268.8℃左右，此时超导线圈电阻为零。由于缠绕线圈电阻为零，电导率为无穷大，可以承载更大的电流，增加超导线圈匝数，以螺旋管的方式进行绕制，最终可获得超高的背景磁场。
图3 高梯度超导磁选分离系统工艺
该磁选机能够接近连续地处理物料。这是利用设备内交替地位于磁场内的两个分选腔段实现的。当一个分选腔段用于分选矿浆时，另一个被清洗并为其下一个工作周期做准备。
（2）高梯度超导磁选机的性能优势
①背景磁场强度高，选别效果好
超导磁体所用线圈采用Nb-Ti超导材料制作，在低温下电阻为零，能够通过更大的电流却不会产生太大的热量，因此可以使线圈产生更大的背景磁场，目前最高可达7.0T。
作用在磁选颗粒上的磁力决定于颗粒的磁性和磁选设备的磁场力。背景磁场越高，磁性颗粒在磁场内所受磁力越强，越容易被磁性介质捕捉。超导磁选机超高的背景磁场可有效提高非金属矿选矿中弱磁性颗粒的选别效果。
②能耗低
采用低温超导技术，超导磁体在-268.8℃低温环境下作业，其线圈电阻为零，通电后实现超导状态，有效杜绝磁体在导电过程中的发热现象，高电流通过时其所产生热值为零。GM制冷机仅需维持超导磁体处于这种低温状态，与常导磁体相比节电90%，完全解决了磁选作业能耗高的问题。
表2 常用的几种选矿设备功率
| 设备名称 |
额定功率（KW） |
额定背景磁场（T） |
| 永磁筒式磁选机 |
3-20 |
0.1-1.2 |
| 湿式立环高梯度磁选机 |
50-180 |
1.0-1.7 |
| 湿式电磁高梯度磁选机 |
80-130 |
1.0-1.8 |
| 低温超导磁选机 |
9-13.5 |
5.0-7.0 |
③适用范围广
在非金属矿选矿中，常规磁选机对磁化率较高的顺磁性矿物或者铁磁性矿物能够较好地去除，选别粒度下限可低至20μm。高梯度超导磁选机拥有极高的背景场强，可以捕捉到矿浆中粒度极细、比磁化率更低的磁性颗粒，除铁效果好。低温超导磁选机对于磁化率在10-8-10-10m3/kg的磁性矿物都能够有效地去除，且分选粒度下限可低至微米级。
④处理量大
超导磁选机实际作业中分选腔可双向交替分选、冲洗作业，可在励磁状态下连续不间断作业运行，分选效率高。如5.5T/300低温超导磁选机（CGC）对高岭土、粉煤灰等非金属矿最大处理量可达100t/d左右，5T/500型低温超导磁选机最大处理量高达350t/d左右，可完全满足目前非金属矿山的生产需求。
⑤自动化程度高
超导磁选机的作业过程可进行自动化控制，并通过实时采集并监控温度、压力、电流、真空度等运行参数，保证了设备运行的可靠性，对生产管理和产品质量的控制提供极大的便利。
4、高梯度超导磁选机在高岭土选矿中的应用
（1）广东某地区高岭土选矿实践
原矿：广东某地高岭土原矿，脉石矿物有石英、白云母、黑云母和长石，有少量的赤、褐铁矿等。石英主要富集在+0.045mm粒级中，云母和长石类矿物的含量在中间粒级富集（0.02-0.6mm），高岭石及少量暗色矿物的含量随着粒度的减小逐渐增加，高岭石在-0.045mm开始富集，在-0.020 mm粒级中明显富集。
该地高岭土原矿含铁量为1.2%左右，经破碎、研磨流程后，控制矿石粒级-0.045mm含量为百分之百，经两段电磁浆料作业后精矿产品无法达到产品要求，当采用5.5T低温超导磁选联合一段电磁选作业后可得含铁量0.40%左右的高岭土精矿，分选效果较为理想。
表3 两段电磁选工艺与电磁+超导磁选工艺成品指标对比
| 样品 |
TFe含量/% |
白度 |
| 原矿 |
1.04 |
69.2 |
| 两段电磁选精矿 |
0.56 |
77.6 |
| 电磁+超导磁选精矿 |
0.40 |
85.3 |
（2）云南某地区高岭土选矿实践
原矿：云南某地高岭土矿属花岗岩蚀变矿床，矿物组成主要为高岭石、钾长石、斜长石和石英，还包含少量锆石、褐铁矿、锐钛矿和黄铁矿。其中高岭石主要赋存在-0.038 mm粒级范围内，矿石粒度组成较细。矿石中铁含量约为0.66%，其主要以独立矿物赋存于褐铁矿中，部分铁以类质同象形式与高岭石伴生，这是造成高岭土精矿自度较低的主要原因。
采用5T/500低温超导磁选机对该地区矿石分选，通过控制分选作业矿石入料粒度、矿浆浓度及流速，合理搭配钢毛，将原矿含铁量为0.66%的高岭土进行一段超导磁选作业，最终获得了铁含量为0.34%的磁选精矿。
表4 云南某地生产现场除铁效果
| 样品 |
TFe含量/% |
白度 |
| 原矿 |
0.66 |
85 |
| 电磁精矿 |
0.42 |
89 |
| 超导磁选精矿 |
0.34 |
92 |
5、结语
超导磁选分离技术是目前国内最先进的高端选矿技术之一，在非金属矿选矿领域对于微细粒级物料的除铁效果要优于常规磁选机。超导磁体在低温条件下实现超导，励磁成功后不再耗能，节能效果显著。随着科技进步和工业实践的发展，超导磁分离技术已广泛应用于高岭土选矿提纯、矿石选矿、燃煤脱硫、污水处理等。
更多精彩！欢迎扫描下方二维码关注中国粉体技术网官方微信（粉体技术网）
|
