一、国内外非金属矿的现状
我国非金属矿石世界上少数几个资源丰富的国家之一，已探明88种，4700多个矿产地。以高岭土为例，我国高岭土矿资源丰富。在全国21个省(区)208个矿区探明有高岭土矿，总保有储量矿石14.3亿吨，居世界第7位。
近年来，非金属矿工业发展迅速，在国民经济中发挥重要作用。但由于深精加工技术装备水平低，导致产品档次低、产业规模小，处于资源密集型的粗放状态。
磁选是应用最为广泛，技术最为成熟的工艺之一。从20世纪70年代就开始研制的高梯度磁选机，所产生的背景磁场只能达到2t左右，接近铁轭的饱和磁场。这种高梯度磁选机面对高纯度要求的非金属矿市场，在除杂能力、能耗等方面已经远远不能满足市场需求。而改用超导材料制造的高梯度磁选机，可以使设备的生产能力大大提高，节能90%以上，整机设备重量大大降低。
由于分选效果的明显提高，高梯度超导磁分离装置用于非金属矿除铁、钛等杂质极为有效，在高岭土领域中的应用已产生了极大的效益。如美国的outokumpu公司生产的磁选机hgms5t／500、德国洪堡公司descos超导筒式磁选机、英国io的小型介质型超导磁选机等，已在实际生产中得以应用。
与国外比较，我国超导磁分离研究是有差距的，但需求上更为迫切。2010年高岭土市场需求量达到88万砘，并且每年持续高速增长，而国内生产的高岭土一般只能用来满足中低档纸品的要求。我国每年进口高档造纸涂布用高岭土20万砘以上，中国高档高岭土市场潜力极大。
国内高岭土生产厂家由于缺乏高场强磁分离设备，只能在市场低端打拼，很难进入高端市场。目前超导磁选机产品绝大多数由美国等少数发达国家生产，昂贵的价格（每台单价约为2000万人民币）和服务不便限制了其在我国国内的应用。
随着国家“十二五”战略新型产业发布和建设节约型社会发展，拥有自主知识产权的低温超导磁选机将得到更广泛的使用。提高高岭土、钾钠长石等非金属矿的除铁降杂能力和综合利用率，加快非金属矿产业深加工、精加工能力的步伐，提升产品的品位和附加值。打破国外对我国高端磁选设备的垄断，有效转变我国进口高附加值高岭土、出口低价值的原产的局面，使国内高岭土生产厂家从单一的、粗放型生产向深加工、高附加值转变。
超导磁选机作为具有强磁场的磁电设备，也可在污水处理和海水净化等领域拓展使用。
二.超导磁选机的发展及现状
1970年班尼特 (j.d.bannister)发明超导磁选机后，美、英、德等国也先后开展了超导磁选机的研制，并已投入工业应用。
超导磁选机一般分为开梯度超导磁选机和高梯度超导磁选机两类。
开梯度超导磁选机没有聚磁介质，而是利用磁体线圈适当的形状和排列产生磁场梯度，磁力范围较大，能分选较粗的颗粒，可避免堵塞，结构较简单，能连续作业，代表机型有三种：
(1).英国mk-4型机。mk-4型超导磁选机磁体和制冷器的垂直断面如图1所示。其结构是两个尺寸大小相同的螺线管线圈处在同一垂直轴上，两线圈以不同方向绕制，相邻端极性相同，两极间空隙处的磁力线被迫以散射状挤出，向圆柱状容器密集，制冷器外部最大磁感应强度为3.3～3.5t，最大磁场梯度为0.5t／cm。分选时，矿浆从切线方向给入，磁性颗粒被磁力吸向内壁在矿浆流推动下沿内壁流出，成为磁性产品，非磁性颗粒沿管外壁流出，成为非磁性产品。磁体在恒稳状态下可连续工作。mk一4型机对铬铁矿一石英和钛铁矿一石英混合料进行了一系列试验，效果良好。
图1 磁体和制冷器的垂直断面
（2）德国descos筒式超导磁选机。为洪堡一韦达格公司研制，其结构如图2。
图2 descos筒式超导磁选机结构示意图
1-线圈；2-辐射屏；3-真空槽；4-转筒；5-滑动轴承；6-供氦管路；7-真空管路；8-供电导线
由d形线圈组成的超导磁系、冷却系统(包括供氦管路、真空管路、真空槽、辐射屏等)、分选筒三大部分组成，超导磁系的主要特点是：（1）无铁轭；（2）磁系可以绕轴旋转，因而可调节磁偏角；（3）可用于干、湿分选作业。它综合了超导技术和筒式磁选机的优点，分选过程与一般筒式磁选机相同，圆筒表面最高磁感应强度加磁轭时为5.23t，不加磁轭时为4.25t。该机已在土耳其图特卢卡(tutluca)菱镁矿用于弱磁性蛇纹石和非磁性菱镁矿的分离，以除去硅、铁杂质。原矿被筛分成100～4mm粒级，该粒级约含sio220％和fe2034％，在磁感应强度为3.2t的条件下，经一段干选，当处理量为100t／h以上时，获得菱镁矿粗精矿，其含sio2<1.5％、fe203
（3）英国cryofos glf直线型机。其结构如图3所示，其线圈为跑道形状，克服了圆柱形磁体分隔器难以调整和磁体利用率低的弊端，简化了分选通道。物料由给矿漏斗通过可调闸门贴着磁体壁下落，经过高场强区时，其中的磁性颗粒则偏移。因磁力作用形成的粒团，在凸缘作用下散开，其中磁性颗粒受下部磁场力作用再偏移，最后通过分离板将料流分为磁性和非磁性产品。
图3 cryofos glf直线型超导磁选机
高梯度超导磁选机 利用超导磁体的高场强和聚磁介质产生的高梯度磁场来分选物料。工业应用的机型有三种：
(1)埃利兹型超导磁选机。该机是美国埃利兹(eriez)磁力公司设计制造的，周期式作业，采用液氮和液氦双重制冷，克服了往复式机磁体励磁、退磁时间长的缺陷，其工业型机规格为3.9m×3.9m×2.1m，重208t，磁感应强度2t，分选罐直径2134mm，长508mm，充填6％～7％不锈钢毛作磁介质。与相同规格的常导磁选机相比，电耗减少80％～90％，体积减小34％，质量减轻47％，并相应减少所需厂房面积和基础安装费用。该机因具有快速励磁和退磁能力，工作周期一般为20～30分钟，设备处理能力也随之提高。美国佐治亚州胡伯(j.m.}tuber)公司的雷恩(wren)高岭土选厂用此设备从高岭土中除去微粒含铁杂质，生产白度高的高岭土产品。
(2)捷克往复串罐式超导磁选机。结构如图4，有两个容积为0.18m3的分选罐(内填不锈钢毛)和三个磁力平衡罐。工作时分选罐总有一个处在低温恒温器与超导磁体内，此时磁性物质被捕集在罐内不锈钢毛介质上，而另一个分选罐则处在铁磁屏及冲洗室中，它原在超导磁体内所捕集的磁性物质在此处被冲洗出，使介质可重新使用。磁力平衡罐平衡了分选罐出入超导磁体时所受的磁力，因而整个系统轴向力较小，借着冲洗水的冲力可驱动分选罐往复移动进行分选。该机磁感应强度在磁场区中心为5t，在铁磁屏蔽的冲洗室则仅为o.02t。处理量为5t／h。用于捷克某高岭土选厂从高岭土中除去fe2o3和ti02杂质。
图4捷克往复串罐式超导磁选机1铁磁屏及冲洗室；2一低温恒温器和超导磁体3一磁力平衡罐；4一分选罐
(3)英国cryofilter高梯度超导磁选机。是为降低励磁和退磁时间而设计的。该机采用两个活动的分选罐交替地从磁场移进和移出。当一个分选罐在分选时，另一个分选罐则在清洗。超导线圈被铠装以减少磁体外部漏磁，使吸附在介质堆上的磁性物料能在紧靠磁体的地方冲洗下来，还采用径向给矿代替轴向给矿，使给矿量增加80％。工作区中心场强为5t，分选美国佐治亚高岭土，处理量为12t／h
三、国产低温超导磁选机的特点及应用前景
图4潍坊新力零挥发低温超导磁选机
潍坊新力超导磁电科技有限公司联合中科院高能所自2010年开始进行低温超导磁选机的研制，2012年6月研制成功，通过省科技厅组织的技术鉴定，该机属国内外首创，整机技术性能达到国际领先水平。结构如图5所示，该机由零挥发低温超导磁体、分选系统、往复运动系统及矿浆循环系统等组成，该机采用两个活动的分选腔交替地从磁场移进和移出进行选矿和冲洗。
该机具有如下优点：（1）在国内外首次采用闭式循环制冷技术，利用一台制冷机持续制冷，将气化的氦再冷凝为液氦，使氦不向磁体外部挥发，保证液氦总量不变，液氦零挥发，极大地降低了维护和运行成本。（2）采用nb-ti超导材料制作的超导线圈，背景磁场强度达到5.5t。（3）采用低温超导技术，线圈在4.2k（-268.8℃）低温下超导状态，此时线圈电阻为零。gm制冷机仅需维持超导磁体处于这种低温状态即可，能耗极低，与常导磁体相比节电90%。（4）磁系从零励磁到5.5t所需时间小于1小时。（5针对不同的非金属矿物，在选矿时可据磁选最佳效果，在0--5.5t之间任意选择磁场强度。 （6）双筒交替分选、冲洗，可在励磁状态下连续运行，有利于提高生产效率。5.5t/300 cgc处理高岭土等非金属矿的干矿能力高达100吨/天，5t/500型的可达300吨/天，约为同效率常导磁选机的5～10倍。（7）重量轻、体积小、使用寿命长整机重量仅为15吨，磁体寿命大于20年。（8）全程自动化控制，可实现一键操作，一键励磁、一键退磁、一键自动运行，并实时采集、监控温度、压力、电流、真空度等运行参数，提高设备可靠性，有利于生产管理和质量控制。
该机已经在福建泉州投入使用一年，运行良好，质量稳定，效果显著，得到了用户的赞誉。
低温超导磁选机的应用前景
磁选设备经历了永久磁铁磁系、电磁磁系的发展，目前，磁选的主要发展趋向是解决细粒弱磁性矿物的分离和回收问题。以钢毛或钢网为聚磁介质的具有高梯度和低温超导磁体具有的高强度为主要特征的低温超导磁选机将逐步代替常导设备，为磁分离弱磁性矿物和回收细粒提供更佳的技术设备平台。
四、低温超导磁选设备系列
1.实验室用低温超导磁选机
面向大学、科研院所定向研发设计的低温超导磁选装备，具有超导、高场强、体积小、重量轻、易于操作等多种技术优势。其小巧的磁分离室和可连续调节的背景场强，可研究在不同场强下对矿物杂质磁分离的特性。
该型装备我公司已经完成调试，可满足实验室的科研装备需求，为非金属矿领域的新工艺探索提供平台，也将为超导磁选装备在非金属矿行业的规模化推广提供依据。
2.直接导冷超导磁选机
目前，低温和超导技术在国外已发展成为一种基础工业技术，以低温和超导工程技术为基础的企业已成为美欧日国民经济的重要支柱之一。在我国低温超导技术迅猛发展，但受制于液氦资源的匮乏，限制了超导技术的研究和推广。
我公司紧跟超导技术发展步伐，努力向无液氦超导领域实现跨越，直接导冷超导磁选机已完成初步技术验证，正在紧张有序的试制。若能取得成功，将积累更多的技术经验，推动超导技术向更深层次发展，也将向市场推出更好用、维护更方便的超导装备。
3.工业化低温超导磁选机
面对非金属矿市场高技术装备的迫切需求，我公司已向市场推广了300型和500型两款超导磁选机，因超导技术的应用，较目前使用的常导装备在能耗、场强、磁分离除杂能力等方面均体现出巨大的优势，深化非金属矿加工能力，低温超导磁选机成为提升非金属矿品位、价值的新一代技术装备。
五、结束语
超导磁选机国际上于上世纪70年代开始研制，同时开始半工业化、工业应用。我国于80年代开始研制实验室型超导磁选机，但工业应用进展缓慢，直到近10年前引进美国工业型超导磁选机，在兖矿北海高岭土厂应用。
国内近年来开始研制工业型超导磁选机，如潍坊新力超导磁电科技有限公司与科学院高能物理所合作研制往复串罐超导磁选机及筒式超导磁选机，在工业应用上取得初步成果。超导磁体的明显优势，及超导磁体和高梯度磁选介质的结合，使得超导磁选机在对细粒矿物的选别能力大大提升，同时获得较高的回收率。
超导技术的进步和应用，推动了磁选装备的技术升级，也必将推动非金属矿产业的快速升级，因此，我们期待超导磁选装备在建设低碳经济和和谐社会的进程中贡献更多力量。
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