高梯度磁分离器和磁分离系统的制作方法

本实用新型涉及高温高压条件下磁分离领域，具体涉及高梯度磁分离器和磁分离系统。

背景技术：

在化工领域，经常会遇到液固物料体系分离的问题，目前普遍采用沉降、过滤和离心的方法进行分离。当固体颗粒尺寸较大时，采用以上方法可以得到很好的分离效果，而且设备简单、能耗低。但是随着颗粒尺寸减小，分离设备的复杂程度和能耗也越来越高，当面临高温、高压等苛刻工艺条件时，设备成本将大大增加。

高梯度磁分离技术兴起于上个世纪60年代末，它利用电或永磁体产生背景磁场，再通过充填聚磁介质从而可产生10⁵t/m数量级的高磁场梯度，适用于捕集细微弱磁性颗粒。目前高梯度磁分离主要应用于矿选、高岭土提纯、废水处理和煤脱硫等，但以上所处理物料的温度和压力都较低，多数在常温条件下操作。但是化工领域，高温、高压条件是普遍存在的，如何将高梯度磁分离应用于高温、高压条件是一个难题。

cn201592023u公开了一种高梯度磁过滤器，由容器罐体、套在容器罐体外面的外磁场和装在容器罐体内部的过滤芯子组成，外磁场中有励磁线圈；过滤芯子中有导磁基体；在容器罐体两端有与外部管路相连接的进、出水管。但是该装置由于外磁场采用励磁线圈，本身放热需要冷却，容器罐体与外磁场之间没有考虑隔热，给装置稳定运行带来隐患，无法处理更高温度的物料。

cn203245039u公开了一种湿式高梯度电磁除铁器，包括支撑架，设置在支撑架上的除铁器本体，和连接在除铁器本体上的管道及阀门，其中：除铁器本体内设置有由介质盒，分别设置在介质盒上、下端的上铁芯、下铁芯，及绕制在介质盒外的线圈组成的磁选装置；除铁器本体上方连接振动电机，并设置有进料管、冲洗管道与磁选装置内部相通；除铁器本体下方设置回收管道分别连通磁选装置内部至精矿回收池或弃铁池；物料依次通过进料管、碟阀一、上铁芯、介质盒、下铁芯、回收管道和碟阀二至精矿回收池形成吸铁及精矿回收线；振动电机开启冲洗水依次通过冲洗管道、橡胶球、上铁芯、介质盒、下铁芯、回收管道和碟阀三至弃铁池形成除铁及弃铁回收线。但该设备只适用于常温、常压条件。

因此，需要开发出应用于高温、高压条件下的能够分离细微弱磁性颗粒的高梯度磁分离方法。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决如何在高温、高压条件下应用高梯度磁分离进行细微弱磁性颗粒的分离问题，提供了高梯度磁分离器和磁分离系统。

为了实现上述目的，本实用新型第一方面提供一种高梯度磁分离器，其中，该分离器包括：

分离腔，用于含有磁性颗粒的浆液通过；

加热件，设置缠绕在分离腔的外部，用于加热分离腔；

隔热层，设置包裹在加热件的外部，用于防止加热件产生的热量向外扩散；

冷却层，设置在隔热层的外部，用于吸收隔热层传递出的热量；

励磁线圈，设置在冷却层的外部，用于向分离腔内提供磁场；以及

磁极，设置在分离腔的两端，用于防止漏磁。

优选地，所述分离腔的内部的0.5-10体积％设置为放置聚磁介质空间。

优选地，所述冷却层的内部设置第一冷却通道，并且所述冷却层的外部设置冷却介质的出口和入口。

优选地，所述磁极包括：内磁极，设置在所述分离腔的内部，且设置有流道用于含有磁性颗粒的浆液通过；和外磁极，设置在所述分离腔的外部。

优选地，在所述励磁线圈内设置第二冷却通道。

本实用新型第二方面提供一种磁分离系统，其中，该系统包括：

本实用新型提供的高梯度磁分离器，

设置在所述高梯度磁分离器的上游和下游的进料单元和冲洗单元，以及

控制单元；

其中，所述控制单元电连接所述进料单元和冲洗单元所包括的阀，以及高梯度磁分离器，控制实现磁分离系统对含有磁性颗粒的浆液进行磁性颗粒吸附分离，和对高梯度磁分离器的冲洗。

优选地，所述进料单元包括原料罐、浓液罐和进气源，且所述高梯度磁分离器的入口管道与原料罐、浓液罐、进气源之间，分别通过带有分离进料阀、冲洗出料阀和进气阀的管线连通；

所述冲洗单元包括清液罐、冲洗液源、放空管，且所述高梯度磁分离器的出口管道与清液罐、冲洗液源、放空管之间，分别通过带有分离出料阀、冲洗进料阀和放空阀的管线连通。

优选地，所述磁分离系统包括以下两个工作状态：

吸附状态：设置高梯度磁分离器中的加热件和励磁线圈通电，设置分离进料阀和分离出料阀打开；设置冲洗出料阀、进气阀、冲洗进料阀和放空阀关闭；

冲洗状态：设置加热件通电，励磁线圈断电，设置分离进料阀和分离出料阀关闭；设置冲洗出料阀、进气阀、冲洗进料阀和放空阀交替关闭。

优选地，所述冲洗状态的工作方式包括：设置冲洗进料阀和冲洗出料阀为打开，高梯度磁分离器连通冲洗液源和浓液罐，用于冲洗液冲洗高梯度磁分离器，产生的浓液进入浓液罐。

优选地，所述冲洗状态的工作方式包括：设置进气阀和放空阀为打开，高梯度磁分离器连通进气源，用气体对高梯度磁分离器进行气体冲洗，然后放空；然后设置进气阀和放空阀为关闭，且设置冲洗进料阀和冲洗出料阀为打开，用冲洗液对高梯度磁分离器进行液体冲洗，产生的浓液进入浓液罐。

通过上述技术方案，本实用新型提供的分离器和系统相比于现有技术具有：1)可以处理高温、高压液固分离体系；2)可以分离微米级固体颗粒；3)冲洗效果好，残留量低；4)流程简单，设备投资低。

附图说明

图1是本实用新型提供的磁分离系统的流程示意图；

图2是本实用新型提供的高梯度磁分离器的结构剖面简图；

图3是本实用新型提供的线圈壳体和冷却层的结构剖面简图；

图4是本实用新型提供的第一冷却通道的一种实施方式的结构剖面简图。

附图标记说明

1、下部接管2、加热件3、下部外磁极

4、分离腔5、隔热层6、励磁线圈

7、线圈壳体8、上部外磁极9、上部接管

10、上部内磁极11、聚磁介质12、下部内磁极

e1、原料罐e2、高梯度磁分离器e3、清液罐

e4、浓液罐v1、分离进料阀v2、分离出料阀

v3、冲洗进料阀v4、冲洗出料阀v5、进气阀

v6、放空阀101、第二冷却入口104、第二冷却通道

105、第二冷却出口106、第一冷却出口107、第一冷却通道

108、第一冷却入口109、隔板

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本实用新型第一方面提供一种高梯度磁分离器e2，如图2和图3所示，该分离器包括：

分离腔4，用于含有磁性颗粒的浆液通过；

加热件2，设置缠绕在分离腔的外部，用于加热分离腔4；

隔热层5，设置包裹在加热件2的外部，用于防止加热件2产生的热量向外扩散；

冷却层，设置在隔热层5的外部，用于吸收隔热层5传递出的热量；

励磁线圈6，设置在冷却层的外部，用于向分离腔4内提供磁场；以及

磁极，设置在分离腔4的两端，用于防止漏磁。

本实用新型提供的具体实施方式中，优选地，所述分离腔4的内部的0.5-10体积％设置为放置聚磁介质空间。分离腔的材质为非导磁材料，如奥氏体型不锈钢06cr19ni10、022cr19ni10、06cr17ni12mo2、022cr17ni12mo2等。聚磁介质优选导磁钢毛，直径在0.01-1mm之间，优选0.05-0.5mm之间。导磁钢毛的材料为铁素体或马氏体不锈钢，如10cr17、12cr12、10cr17mo等。

本实用新型提供的具体实施方式中，所述冷却层具有图3所示的结构。优选地，所述冷却层的内部设置第一冷却通道107，并且所述冷却层的外部设置冷却介质的第一冷却出口106和第一冷却入口108。更进一步地如图4所示，第一冷却通道107内设置隔板109，可以用于实现引导冷却介质在第一冷却通道107内沿相同方向并行流动，增加了换热面积，更好地实现吸收来自所述隔热层5的热量。

本实用新型提供的具体实施方式中，如图3所示，优选地，所述励磁线圈6内设置第二冷却通道104。所述励磁线圈6被放置于线圈壳体7内。在线圈壳体7的外部设置第二冷却入口101和第二冷却出口105。所述励磁线圈6包括多组线圈，优选第二冷却通道104设置在多组线圈之间，以加强换热，冷却介质带走所述励磁线圈6工作时产生的热量，保证磁场的工作效果。

本实用新型提供的具体实施方式中，优选地，所述磁极包括：内磁极，设置在所述分离腔的内部，且设置有流道用于含有磁性颗粒的浆液通过；和外磁极，设置在所述分离腔的外部。相应地，如图2中所示，在分离腔的入口端，内磁极为下部内磁极12，外磁极为下部外磁极3；在分离腔的出口端，内磁极为上部内磁极10，外部磁极为上部外磁极8。优选地，在分离腔的入口端和出口端，分别内磁极与外磁极对应安装且在相同的水平高度，防止漏磁。

本实用新型提供的具体实施方式中，优选地，在所述磁极上还设置与所述分离腔相连通的外接管道。如图2所示，在高梯度磁分离器的下部入口设置下部接管1，在高梯度磁分离器的上部出口设置上部接管9。

本实用新型提供的具体实施方式中，所述加热件可以是电加热丝，还可以用蒸汽盘管或其他热介质来提供热量，但材料必须为非导磁材料；隔热保温材料必须为非导磁材料。

本实用新型第二方面提供一种磁分离系统，其中，该系统包括：

本实用新型提供的高梯度磁分离器e2，

设置在所述高梯度磁分离器e2的上游和下游的进料单元和冲洗单元，以及控制单元；

其中，所述控制单元电连接所述进料单元和冲洗单元所包括的阀，以及高梯度磁分离器e2，控制实现磁分离系统对含有磁性颗粒的浆液进行磁性颗粒吸附分离，和对高梯度磁分离器e2的冲洗。

本实用新型提供的具体实施方式中，优选地，所述进料单元包括原料罐e1、浓液罐e4和进气源，且所述高梯度磁分离器e2的入口管道与原料罐e1、浓液罐e4、进气源之间，分别通过带有分离进料阀v1、冲洗出料阀v4和进气阀v5的管线连通；

所述冲洗单元包括清液罐e3、冲洗液源、放空管，且所述高梯度磁分离器e2的出口管道与清液罐e3、冲洗液源、放空管之间，分别通过带有分离出料阀v2、冲洗进料阀v3和放空阀v6的管线连通。

本实用新型提供的具体实施方式中，优选地，所述磁分离系统包括以下两个工作状态：

吸附状态：设置高梯度磁分离器e2中的加热件2和励磁线圈6通电，设置分离进料阀v1和分离出料阀v2打开；设置冲洗出料阀v4、进气阀v5、冲洗进料阀v3和放空阀v6关闭；

冲洗状态：设置加热件2通电，励磁线圈6断电，设置分离进料阀v1和分离出料阀v2关闭；设置冲洗出料阀v4、进气阀v5、冲洗进料阀v3和放空阀v6交替关闭。

优选地，所述冲洗状态的工作方式包括：设置冲洗进料阀v3和冲洗出料阀v4为打开，高梯度磁分离器e2连通冲洗液源和浓液罐e4，用于冲洗液冲洗高梯度磁分离器e2，产生的浓液进入浓液罐e4。

优选地，所述冲洗状态的工作方式包括：设置进气阀v5和放空阀v6为打开，高梯度磁分离器e2连通进气源，用气体对高梯度磁分离器e2进行气体冲洗，然后放空；然后设置进气阀v5和放空阀v6为关闭，且设置冲洗进料阀v3和冲洗出料阀v4打开，用冲洗液对高梯度磁分离器e2进行液体冲洗，产生的浓液进入浓液罐e4。

图1提供了实现本实用新型的一种方式：

1)吸附分离：给高梯度磁分离器e2的励磁线圈6通电激发磁场，加热件2通电加热分离腔4，打开分离进料阀v1和分离出料阀v2，待分离的含磁性颗粒的浆液从原料罐e1引出，进入高梯度磁分离器e2，在磁场作用下，浆液中的磁性颗粒被吸附在分离腔4内的聚磁介质表面，过滤后的清液进入清液罐e3；

2)冲洗：分离腔4内吸附的颗粒饱和后，需要进行冲洗。关闭分离进料阀v1和分离出料阀v2停止分离过程，给励磁线圈6断电消除磁场，颗粒不再受磁力作用，此时打开进气阀v5向分离腔内通入惰性气体，同时打开放空阀v6，通入一定时间后，关闭进气阀v5和放空阀v6；再打开冲洗进料阀v3和冲洗出料阀v4，冲洗液进入高梯度磁分离器e2，将固体颗粒带走，含固体颗粒的浓液进入浓液罐e4。气、液交替冲洗可以重复进行1至10次，优选2至5次，冲洗时间为0.1-5min。冲洗过程结束后，关闭冲洗进料阀v3和冲洗出料阀v4，给高梯度磁分离器e2励磁线圈通电激发磁场，开始下一轮吸附分离过程。

其中，第一冷却通道107和第二冷却通道104中通入冷却介质，如水、油、空气、氮气等惰性介质，实现吸热，使励磁线圈6正常工作，不降低产生磁场的强度。

图2-4提供了一种可适用于高温高压物料的高梯度磁分离器的结构简图。在分离腔4外部缠有加热件2，并包裹有隔热保温材料形成隔热层5，可以使分离腔4维持在高温状态；隔热层可以使线圈的温度不超过80℃，保证设备长周期运行。在隔热层5的外部设置冷却层，冷却层中设置第一冷却通道107，并在第一冷却通道107中设置多个隔板109，通过第一冷却入口108、第一冷却出口106，实现冷却介质通过冷却层，将隔热层5传递出的热量换热取热，不传热到励磁线圈6。在励磁线圈6内设置第二冷却通道104，经第二冷却入口101和第二冷却出口105，实现冷却介质通过励磁线圈6加强换热效果。在分离腔4和线圈壳体7之间设有下部外磁极3和上部外磁极8，外磁极固定在线圈壳体7上；在分离腔4的两端的内部设有上部内磁极10和下部内磁极12，内磁极有供物料通过的上下贯通的孔道，外磁极和内磁极的水平高度保持一致，以保证磁场分布均匀，减少漏磁。分离腔4内部填充聚磁介质11；在电磁场作用下，聚磁介质(如导磁钢毛)表面产生非常大的高梯度磁场，可以吸附磁性颗粒，当表面逐渐被颗粒覆盖后，磁性力衰减，不能再吸附磁性颗粒，则达到饱和状态。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。