基于ANSYS的高梯度磁选机介质截面形状影响研究

磁介质的截面形状对介质的磁场特性影响很大,合适的介质截面形状有利于提高微细粒磁性矿物的回收率并降低选矿能耗。利用ANSYS仿真软件分析了圆形截面、椭圆截面、菱形截面等3种不同截面形状磁介质在不同的背景场强下表现出的磁场特性。结果表明：在整个背景场强变化范围内,长短轴比为2∶1的椭圆截面介质产生的磁场力大于圆形截面介质和菱形截面介质的磁场力,相同背景场强下产生的磁场力约为圆形截面介质的1.5～2倍;菱形截面介质产生的磁场力在背景磁感应强度小于0.8 T时大于圆形截面介质,在背景磁感应强度大于0.8 T时小于圆形截面介质,产生这种结果的主要原因是菱形截面介质端部较尖锐,在较小的背景磁感应强度下介质端部就达到磁饱和。     

基于ANSYS有限元电磁仿真的菱形磁介质感应磁场分布特性研究

采用ANSYS数值模拟软件对不同特征参数的菱形介质表面感应磁场分布特性进行了研究。单根菱形介质的感应磁场数值模拟结果表明：磁介质迎磁面方向为磁性颗粒吸附区,垂直于磁场方向为磁性颗粒排斥区;随着磁介质长轴尺寸的增加,感应磁场分布范围增大,介质表面磁感应强度降低,磁介质有效吸附面积减小,当长轴尺寸为2.6 mm时,介质表面磁场梯度和磁场力较高。多根菱形介质复合体系的感应磁场数值模拟结果表明：随着介质长轴尺寸的增加,磁介质间感应磁场的交互作用增强,介质长轴尺寸越大,磁介质表面的磁感应强度、磁场梯度及磁场力越小;随着介质间隙的减小,磁介质间的交互作用增强,磁介质表面的磁感应强度增大,但感应磁场的磁场梯度和磁场力均降低;磁介质间的交互作用对磁性颗粒排斥区和吸附区大小没有明显影响。     

磁介质饱和磁化强度对高梯度磁选机磁场性能的影响

为研究高梯度磁选机磁介质的饱和磁化强度对磁介质聚磁性能的影响,进而为高梯度磁选机磁介质材料的选择提供理论依据,利用ANSYS软件模拟了不同背景磁场下4种饱和磁化强度的磁介质周围的磁场分布。结果表明：在小于0.8T的较低背景磁感应强度下,4种磁介质都未达到磁饱和,其周围的磁场强度、磁场梯度和磁场力基本是一样的;在大于1.1 T的较高背景磁感应强度下,4种磁介质都达到磁饱和,高饱和磁化强度磁介质周围的磁场强度、磁场梯度和磁场力都要比低饱和磁化强度磁介质周围的大。     

基于ANSYS的高梯度磁选机中聚磁介质排布结构优化

为了分析介质截面尺寸、排列方式、充填率等对磁场特性的影响情况,结合颗粒捕集机理,给出几种常规聚磁介质在强磁选中的最优排列结构。使用ANSYS有限元仿真技术模拟聚磁介质周边的磁场特性分布,明显看出在磁场中聚磁介质表面处的曲率越大,产生的磁感应强度值越大,梯度也越高,得出了合理的磁介质截面尺寸、间距对磁性矿物的捕集有重要作用;在竖直磁场中,磁介质棒上下对齐排列与上下交错排列对磁场强度和梯度的作用情况基本相同,但介质棒上下交错排列的方式更有利于介质棒与矿物的充分接触,可增强对磁性颗粒的捕集力度。     

高梯度磁场中多根磁介质捕集磁性微粒的数值模拟

在分析高梯度磁场中磁性颗粒动力学行为的基础上，以FLUENT软件为计算工具，采用Euler-Lagrange方法对高梯度磁场中多根磁介质捕集磁性颗粒的过程进行了数值模拟。模拟结果表明：磁介质在捕集磁性微粒时，直径为150 μm的单根磁介质捕捉直径为10 μm颗粒的作用半径约为1 mm；当磁场中填充介质的横向间距为4 mm，并按多层交错方式排列时，磁介质捕集磁性微粒的数量和效率随填充介质数量的增加而提高，但介质达到一定数量后，再增加介质数量，捕集效率变化不明显。     

SLon强磁机磁介质尺寸优化试验

为改善司家营铁矿选厂强磁选作业对微细粒铁矿的回收效果,以现场强磁选给矿为研究对象,进行试验研究。结果表明,磁介质介质棒直径为1.5 mm和2.0 mm时比介质棒直径为3.0 mm时对现场强磁给矿的回收效果好。在此基础上进行的Φ1.5 mm和Φ2.0 mm介质棒数量比分别按1∶2和1∶1配比组成的混合磁介质磁选效果对比试验表明,配比为1∶1较1∶2时分选效果好。对Φ1.5 mm和Φ2.0 mm按数量比1∶1配比组成的混合磁介质进行现场工业试验,获得了铁品位为27.19%、作业回收率为72.23%、-0.045 mm粒级铁回收率为72.22%的精矿产品。ANSYS有限元分析结果表明：圆柱介质棒磁介质截面半径越小所产生的磁感应强度越强,但其作用的深度较浅,衰减速度快;Φ1.5 mm和Φ2.0 mm按数量比1∶1配比形成的混合磁介质可以合理分配磁场空间,同时具有磁场梯度高、分布均匀和不易堵塞的优点,可以提高强磁场磁选机对微细粒嵌布赤铁矿的分选指标。试验结果对提高司家营铁矿微细粒难选铁矿石的强磁选工艺回收率具有重要意义。     

菱形磁介质参数对磁场特性的影响

为考察菱形磁介质表面的磁场特性随其顶角α的变化趋势,采用ANSYS软件模拟了不同顶角角度下的菱形磁介质在不同背景磁感应强度下的磁场特性。结果表明：背景磁感应强度为0.2 T时,菱形聚磁介质表面产生的磁场强度、磁场梯度和磁场力均随α的增加而降低;背景磁感应强度大于0.2 T时,菱形磁介质表面产生的磁场强度、磁场梯度和磁场力均随α的增加呈先提高后降低的趋势,并且在达到极值前随α的增加缓慢提高,达到极值后随α的增加快速降低。磁介质顶角α增加使得介质有效迎磁面积增大,这有利于提高介质的聚磁能力,表现为磁场强度、磁场梯度和磁场力的提高,但有效迎磁面积太大会使磁力线分布更为分散,导致磁场强度、磁场梯度和磁场力的降低。在低背景磁感应强度下,聚磁能力始终小于分散磁场力的作用,表现为磁场强度、磁场梯度、磁场力随介质顶角的增加先缓慢下降后快速下降;在高背景磁场强度下,α小于某角度时,聚磁作用大于分散磁场力作用,α大于这个角度时,聚磁作用小于分散磁场力作用,表现为磁场强度、磁场梯度、磁场力随介质顶角的增加先缓慢提高后快速下降。     

磁场力的数值解法

在直角坐标系中,首先导出磁场力分力计算式,借助微机求出高梯度分选过程中圆形及矩形截面单丝聚磁介质的磁场力及其坐标分量值,计算结果用等值曲线在屏幕上绘出,并形成图形文件。计算分析和试验观察证明单丝聚磁介质表面上方与外磁场垂直及平行的方向上皆有引力和斥力分区,且两向的分区范围不同。该结论与试验观察结果相符,并能较好地说明文献中圆截面单丝分选过程的聚集现象。     

圆柱形导磁介质端面的二次磁场特性

为进一步研究开发新型高梯度磁选设备,对圆柱形导磁介质在外磁场中因磁化而在端面产生的二次磁场特性进行了研究。推导出圆柱形导磁介质端面产生的二次磁场分布公式;分析了影响该二次磁场力的各因素,得出了圆柱形导磁介质端面半径R与作用距离r的特征关系,以及最大磁场力随作用距离的变化关系式;指出圆柱形导磁介质的最大磁场力力程仅取决于圆柱形导磁介质的磁化状态。     

聚磁介质对高梯度磁选效果的影响

为了给高梯度磁选机聚磁介质的选择提供参考,以国外某微细粒赤铁矿石和广东某褐铁矿石的强磁扫选尾矿为对象,在SSS-II型水平磁场周期式高梯度磁选机上研究了棒状聚磁介质的形式和直径对高梯度磁选效果的影响。介质形式试验结果显示：表面具环状尖突起的异形棒介质与普通圆棒介质相比,可使国外矿样的精矿回收率提高3.17~6.17个百分点,说明异型棒介质对磁性颗粒的吸引力更强。介质直径试验结果显示：Φ4 mm异型棒介质与Φ3 mm和Φ5 mm异型棒介质相比,可使国外矿样的精矿回收率提高1.18~5.52个百分点,使广东矿样的精矿回收率提高2.14~2.98个百分点,说明适当增大介质直径有利于磁性物的回收,但介质直径过大时反而会降低对磁性物的捕捉能力。     

浅析聚磁介质在磁选机中的应用

高梯度磁选机是在其他强磁选机的基础上发展起来的一种新型强磁选机。通过整个高梯度磁选机工作体积的磁化场是均匀的,即工作体积中的任何一个颗粒受到的力相同,且磁化场中的磁介质被均匀磁化,同直径的磁介质在磁化空间的任何位置,其梯度的数量级是相同的,与一般磁选机相比较,磁场梯度大大提高,从而为磁性颗粒的选别提供强大的磁力克服流体阻力和重力,使微细粒弱磁性颗粒可以得到有效的回收。高梯度磁选是在能产生高梯度的聚磁介质上进行的,而高梯度的产生与聚磁介质的材质、形状、放置方式、相对尺寸及充填率等参数有密切关系,对磁选机的磁选指标有较大的影响。     

基于ANSYS的高梯度磁选机磁场特性影响因素分析

利用ANSYS模拟了不同的磁介质排列组合方式下磁介质周围的磁场特征。结果表明:磁介质上下对齐排列与上下交替排列对磁场强度和磁场梯度基本没影响,但磁介质上下交替排列更有利于对磁性颗粒的捕集;一定程度增大磁介质充填率有利于改善分选效果,但磁介质充填率过高不仅阻碍矿浆的正常流动,而且会降低磁场强度和磁场梯度,影响磁性颗粒的捕集;采用横截面积更小、截面形状合适、饱和磁化强度更高的磁介质都有利于提高磁介质周围的磁场强度及磁场梯度。     

磁性衬板磁场强度对吸附层厚度影响的数值模拟

利用Ansoft有限元软件详细分析了金属磁性衬板表面磁感应强度、磁场力分布以及磁感应强度对吸附层厚度的影响。研究结果表明,磁性衬板表面的磁感应强度和受力分布具有相似的形貌,呈现两极中间强、极中心弱的特点;磁感应强度与距磁块表面距离呈e指数衰减关系;拟合公式和数据点拟合程度较好。     

A realistic description of influence of the magnetic field strength on high gradient magnetic separation

The magnetic field strength is a very important parameter in high gradient magnetic separation (HGMS). It was usually thought that the increase of magnetic field strength will lead to the decrease of the minerals’ susceptibility and the matrices’ surface area available for the buildup of the magnetic particles, which was responsible for the decrease of the mineral recovery in high magnetic field. But the detailed influence of the magnetic field strength on the behavior of the particles of different characteristics in HGMS is still not clear. A very important factor was usually ignored in the process of HGMS, namely the behavior of the low grade intergrowths. In this article, the influence of magnetic field strength on the behavior of the magnetic monomers and intergrowths in HGMS was investigated with the particle buildup model and the particle capture model. The buildup profile of the magnetic monomers increases with the increase of the magnetic field strength despite the decrease of the minerals’ susceptibility. The low grade intergrowths can hardly accumulate on the matrices in a low magnetic field but can largely accumulate on the matrices in a high magnetic field. In a high magnetic field, there exists the competitive accumulation between the low grade intergrowths and the fine monomers. Coarse intergrowths may have larger buildup profile and shorter capture time than the fine monomers and will accumulate preferentially on the matrices. In some circumstances, the competitive accumulation of the particles will lead to the decrease of the recovery in a high magnetic field. A moderate high magnetic field can ensure a high recovery. For a magnetic product of high grade and recovery, high monomer dissociation degree is necessary and the over grinding of the minerals should be avoided, and classifying the minerals to handle the coarse fraction and the fine fraction separately can also be considered.     

周期式高梯度磁选机线圈的计算机模拟分析

周期式高梯度磁选机所用磁介质激磁线圈长度与分选空间高度的关系对分选空间磁场强度的分布影响很大,合适的激磁线圈长度与分选空间高度的比例可以提高磁性矿物回收率、降低选矿能耗。采用ANSYS软件分析了长线圈、短线圈对分选空间磁场强度、磁场梯度、磁场力的影响,结果表明：长线圈所产生的磁场强度分布不均匀,短线圈所形成的磁场强度较均匀;当背景磁感应强度小于1.0 T时,长线圈产生的磁场梯度大于短线圈,当背景磁感应强度大于1.0 T时,两种线圈的磁场梯度都趋于稳定;背景磁感应强度相同时,长线圈产生的磁场力大于短线圈。长线圈产生的磁场有利于弱磁性矿物的选别,短线圈产生的磁场有利于非金属矿物的除杂。长线圈产生的磁场强度较强的区域集中在筒柱的中间位置以及距离分选空间较近的磁极头处;短线圈产生的磁场强度较强区域集中在筒柱与线圈交汇处,短线圈分选空间的磁场强度云图中磁场强度分布较均匀,与测得的磁感应强度变化趋势相一致。     

高梯度磁选机聚磁介质的研究概况及发展趋势

对高梯度磁选机聚磁介质的分类情况进行了简单介绍,详述了国内外对高梯度磁选机聚磁介质的材质、形状、磁场特性及颗粒捕集机理等方面的研究情况,结合当前研究中存在的不足提出了聚磁介质的发展方向。