一种全自动湿法高梯度磁场磁选设备的制作方法

本发明涉及陶瓷粉体中的痕量金属磁性杂质去除设备，属于高纯陶瓷粉体制备技术领域，具体是一种全自动湿法高梯度磁场磁选设备。

背景技术：

高纯陶瓷粉体具有高纯，良好的分散性，较高的反应活性，完整稳定的晶体结构，优越的声、光、电、磁等性能，是制备高性能新型陶瓷材料的基础，在结构陶瓷、功能陶瓷、生物陶瓷及精细化工材料等高新技术领域得到了广泛的应用。采用化学合成法制备高纯陶瓷粉体，虽然纯度较高、杂质含量少，但是成本高、产量低，且批次稳定性不好，这些问题大大限制了它的应用范围和领域；采用物理和化学提纯方法制备高纯陶瓷粉体，成本低且产量大，可大大拓展高纯陶瓷粉的应用领域。但是，陶瓷粉体中的金属杂质对材料性能影响最大，也是最难去除的杂质，因而，如何有效去除陶瓷粉体中的金属杂质成为采用物理和化学提纯方法制备高纯陶瓷粉体需要首先解决的问题。目前广泛采用的方法是磁选法，利用磁场去除金属杂质，但是，传统磁选机的磁场小，难以去除痕量的金属杂质，且自动化程度低，导致产品批次稳定性差，更重要的是现有磁选机普遍采用水介质，从而无法应用于一些特殊陶瓷粉体的磁选（如氮化铝）。这些问题大大限制了磁选法在制备高纯陶瓷粉体中的应用。针对上述问题，本发明为湿法磁选提供了一种新型结构的磁选机，不仅梯度磁场增大，可去除痕量金属杂质，而且还可以采用水或乙醇作为介质，且解决了磁选设备无法定量控制、不能自动运行的问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种全自动湿法高梯度磁场磁选设备。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种全自动湿法高梯度磁场磁选设备，包括磁选机；所述磁选机包括具有粗矿入口、尾矿出口以及精矿出口的磁选腔，所述磁选腔内设置有依次交替堆叠设置的S极极板和N极极板，所述S极极板包括有由S极环形外壁、S极环形内壁以及S极环形板构成的环形槽，紧贴S极环形内壁的S极环形板上呈放射状的均布有若干S极导流板，相邻S极导流板之间的S极环形板上呈放射状的设置有两块平面磁极，每块平面磁极上均缠绕有励磁线圈；所述N极极板包括有由N极环形外壁、N极环形内壁以及N极环形板构成的环形槽，紧贴N极环形外壁的N极环形板上呈放射状的均布有若干N极导流板，相邻N极导流板之间的N极环形板上呈放射状的设置有两组异形磁极，每组异形磁极均是由若干个柱形磁极排列构成，每个柱形磁极均包括安装于N极环形板上的圆柱形底部、与圆柱形底部一体成型的头部以及缠绕于圆柱形底部上的励磁线圈；

相邻S极极板和N极极板呈密闭对接配合且构成环形腔室，相邻平面磁极与异形磁极呈对应配合且两者之间的磁力线分布为非平行矢量；每个环形腔室上均设置有混合液进口和混合液出口，相邻环形腔室的混合液进口与混合液出口相连通，每个环形腔室内的S极导流板与N极导流板呈交叉设置，以使得混合液从混合液进口进入后在环形腔室需穿过平面磁极与异形磁极之间且避开各导流板，然后逐层穿过各环形腔室。

本发明所述全自动湿法高梯度磁场磁选设备，与现有技术相比，具有如下技术效果：

⑴是可实现自动控制的磁选设备，具有较高的可行性与可靠性，且控制精度高。

⑵该磁选设备的背景磁场和梯度磁场大且可调，最大磁场梯度高于1000T，不仅适用于高含量金属杂质的去除，而且适用于痕量金属杂质的去除。

⑶该磁选设备不仅可以采用水作为介质，而且还可以采用无水乙醇作为介质，因此适用范围更宽。

附图说明

图1为本发明所述磁选机的内部结构示意图。

图2为S极极板的俯视图。

图3为N极极板的俯视图。

图4为平面磁极与异形磁极的配合示意图。图中箭头表示磁力线分布。

图5为混合液在环形腔室内的流向示意图。图中箭头表示混合液的流向。

图6为磁选机与无水乙醇保压罐的连接示意图。

图7为本发明所述全自动湿法高梯度磁场磁选设备的结构示意图。图中箭头表示物料的运行方向。

图中：1-磁选机，2-料斗，3-搅拌罐，4-隔膜泵，5-电磁流量计，6-精矿缓冲罐，7-精矿收集罐，8-压力安全阀，9-自动化控制箱，10-扶梯，11-粗矿入口，12-尾矿出口，121-尾矿排放管，122-尾矿罐，13-精矿出口，14-磁选腔，15-S极极板，151-S极环形外壁，152-S极环形内壁，153-S极环形板，154-S极导流板，155-平面磁极，16-N极极板，161-N极环形外壁，162-N极环形内壁，163-N极环形板，164-N极导流板，165-异形磁极，166-圆柱形底部， 167-头部，17-励磁线圈，18-混合液进口，19-混合液出口，20-清洗口，21-纯水入口，22-无水乙醇保压罐，221-罐体，222-弹簧，223-活塞，23-脉冲调压阀，24-无水乙醇入口，25-机壳，26-乙醇蒸汽报警器，61-出料/循环切换阀，62-循环精选管，63-离心机。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种全自动湿法高梯度磁场磁选设备，包括磁选机1；

所述磁选机1包括具有粗矿入口11、尾矿出口12以及精矿出口13的磁选腔14，所述磁选腔14内设置有依次交替堆叠设置的S极极板15和N极极板16，所述S极极板15包括有由S极环形外壁151、S极环形内壁152以及S极环形板153构成的环形槽，紧贴S极环形内壁152的S极环形板153上呈放射状的均布有若干S极导流板154，相邻S极导流板154之间的S极环形板153上呈放射状的设置有两块平面磁极155，每块平面磁极155上均缠绕有励磁线圈17；所述N极极板16包括有由N极环形外壁161、N极环形内壁162以及N极环形板163构成的环形槽，紧贴N极环形外壁161的N极环形板163上呈放射状的均布有若干N极导流板164，相邻N极导流板164之间的N极环形板163上呈放射状的设置有两组异形磁极165，每组异形磁极165均是由若干个柱形磁极排列构成，每个柱形磁极均包括安装于N极环形板163上的圆柱形底部166、与圆柱形底部166一体成型的头部167以及缠绕于圆柱形底部166上的励磁线圈17；

相邻S极极板15和N极极板16呈密闭对接配合且构成环形腔室，相邻平面磁极155与异形磁极165呈对应配合且两者之间的磁力线分布为非平行矢量；每个环形腔室上均设置有混合液进口18和混合液出口19，相邻环形腔室的混合液进口18与混合液出口19相连通，每个环形腔室内的S极导流板154与N极导流板164呈交叉设置，以使得混合液从混合液进口18进入后在环形腔室需穿过平面磁极155与异形磁极165之间且避开各导流板，然后逐层穿过各环形腔室。

下面对本发明所述S极极板15和N极极板16的结构进一步详细阐述：当然交替堆叠设置的S极极板15和N极极板16可以如图1所示的，最下层是N极极板16，最上层也是N极极板16；但是也可以是最下层是N极极板16，最上层是S极极板15；也可以是最下层是S极极板15，最上层也是S极极板15；也可以是最下层是S极极板15，最上层也是N极极板16。位于首尾的极板仅需要一侧带有磁极和导流板，位于中间的极板需要上下两侧均具有磁极和导流板。

另外，环形腔室的混合液进口18和混合液出口19可以如图2、3、5所示的分别设于N极极板16和S极极板15上，也可以以其他形式设置在环形腔室的其他结构上。为了使得混合液进口18和混合液出口19之间并不相互干扰，可将S极极板15上靠近混合液出口19的S极导流板154设置成连接于S极环形外壁151与S极环形内壁152之间。当然，也可以采用其他形式的结构避免混合液进口18和混合液出口19之间相互干扰。

进一步，本发明要求对应配合的平面磁极155与异形磁极165之间的磁力线分布为非平行矢量，因此本发明所述的异形磁极165的头部167可以是半球体、半椭球体、截面呈抛物线形的半球体或截面呈双曲面形的半球体结构，或者其他可实现磁力线分布为非平行矢量的结构。

为了使得本发明所述全自动湿法高梯度磁场磁选设备不仅可以实现使用纯水溶剂，也能实现使用无水乙醇溶剂，本发明所述磁选腔14上还设置有清洗口20，清洗口20通过三通管路分别与纯水入口21和无水乙醇保压罐22相连接；所述无水乙醇保压罐22包括罐体221、一端连接于罐体221底部的弹簧222，安装于弹簧222另一端且与罐体221内部呈伸缩配合的活塞223；所述无水乙醇保压罐22的进料口上安装有脉冲调压阀23，脉冲调压阀23的入口与无水乙醇入口24相连通。所述磁选机1还包括安装于磁选腔14外部的机壳25，机壳25顶部安装有若干乙醇蒸汽报警器26。

具体实施时，所述设备还包括料斗2，安装于料斗2出口端的搅拌罐3，通过管路连接于搅拌罐3出口端的隔膜泵4，通过管路连接于隔膜泵4出口端的电磁流量计5，电磁流量计5的出口端通过管路连接于磁选机1的粗矿入口11。所述磁选机1的精矿出口13通过管路连接于精矿缓冲罐6的入口端，精矿缓冲罐6的出口端安装有离心机63，离心机63通过管路连接于精矿收集罐7入口，磁选机1的尾矿出口12通过尾矿排放管121连接于尾矿罐122。所述精矿缓冲罐6内部安装有液位传感器，所述磁选机1的精矿出口13通过管路安装有压力安全阀8。所述设备还包括有自动化控制箱9，该自动化控制箱9采集来自电磁流量计5的流速信号，通过PID算法调整隔膜泵4的流量；所述自动化控制箱9采集来自压力安全阀8的压力信号，通过PID算法调整脉冲调压阀23的压力。精矿缓冲罐6与离心机63之间的管路上安装有出料/循环切换阀61，出料/循环切换阀61的出料口与离心机63相连接，出料/循环切换阀61的循环口通过循环精选管62返回至搅拌罐3。

综上，本发明所述的全自动湿法高梯度磁场磁选设备具体使用步骤如下：

①设备起动后，将物料由扶梯10送达到料斗2之后投入到搅拌罐3内；

②装料完成后，向搅拌罐3内加入水或无水乙醇（在使用无水乙醇作介质时应盖好搅拌罐3上的密封盖）；

③通过隔膜泵4将上述水或无水乙醇的悬浊液（以下简称混合液）通过电磁流量计5由粗矿入口11输入磁选机的磁选腔14内，此时电磁流量计5开始统计流量并将数据传至自动化控制箱9；

④混合液进入磁选腔14后，若介质为无水乙醇，则由脉冲调压阀23控制压力，通过无水乙醇保压罐避免压力波动；

⑤进入环形腔室的混合液经由导流板形成迂回曲折的流动路径，使得混合液尽可能的翻转混合，通过高梯度磁场将含有的金属杂质吸附；

⑥经过磁选的混合液通过精矿出口13到达精矿缓冲罐6中，精矿缓冲罐6中的液位传感器将实时液位上传至自动化控制箱9；

⑦根据统计数据，既可以通过出料/循环切换阀61的出料口将混合液输出到离心机63中脱液处理后送到精矿收集罐7内，也可以通过出料/循环切换阀61的循环口，通过循环精选管62返回至搅拌罐3中重新进行循环精选；

⑧将含有磁性物质的废料通过尾矿出口12由尾矿排放管121排放至尾矿罐122中。具体使用时，可通过纯水入口21或无水乙醇入口24提供水或乙醇冲洗的持续压力，通过清洗口20对环形腔室内进行清洗排杂。

另外，本发明中搅拌罐3的搅拌速度、隔膜泵4的流速等均是连续可调的。整个工作过程中，磁场大小、磁选时间、磁选次数均可以由程序自动化运行。

由于本发明在磁选过程中，磁性物质是在带夹角的非平行磁场作用下运动的，这样的夹角矢量力可以使磁性物质快速被分离出来。

实施过程中，无水乙醇保压罐22可设置在磁选机1内部，也可设置在磁选机1外部，因此图7中未将无水乙醇保压罐22画出。

使用过程中，磁选机1管路内的压力由隔膜泵4的供气比例阀控制，为防止失控状态下无水乙醇液体超压，可通过压力安全阀8进行泄压排放。乙醇蒸汽报警器26可检测磁选过程中机壳25内的乙醇蒸汽浓度，超标时可触发报警器并中止磁选过程。

进一步，所述磁选机1的磁选腔14内壁是由氧化铝材料制成的内衬腔壁，第一可避免对混合液造成二次污染，第二其硬度高。

另外，本发明所述平面磁极155和异形磁极165均是由高导磁率铁钴合金材料制成的。

具体应用时，所述精矿收集罐7为具有聚四氟乙烯或陶瓷材料内衬的不锈钢罐体。