（濰坊新力超導磁電科技有限公司/王兆連等）1 前言
20世紀60年代末，美國J.D.Bannister發(fā)明了第一臺超導磁選機，此后的20多年間，世界上掀起了研制超導磁選機的熱潮，美國、英國、德國、日本、捷克、前蘇聯(lián)等國先后研制了不同類型的工業(yè)用或試驗用超導磁選機。但是，由于超導磁選設(shè)備技術(shù)含量高、制造工藝復雜、難度大，尤其是研制成本高，售價昂貴，致使不少研制者半途而廢。現(xiàn)在只有美國等極少數(shù)發(fā)達國家能夠生產(chǎn)超導磁選機。
2012年6月13日，由濰坊新力超導磁電科技有限公司、中國科學院高能物理研究所和山東華特磁電科技股份有限公司共同研制的工業(yè)生產(chǎn)用零揮發(fā)5.5T低溫超導磁選機成功下線！這標志著中國迎難而上取得的又一項具有國際先進水平的重大科研成果誕生了！
6月30日，由三位院士主持的零揮發(fā)5.5T低溫超導磁選機鑒定會，得到的結(jié)論是：該項目在國內(nèi)外首次采用閉式循環(huán)制冷技術(shù)制成5.5T超導磁體及磁選機。該磁選機結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計先進，制造工藝合理；屬國內(nèi)外首創(chuàng)，整機技術(shù)性能達到國際領(lǐng)先水平。
在零揮發(fā)5.5T低溫超導磁選機的研發(fā)過程中，曾遇到不少問題，但是，在團隊的共同努力下問題都一個一個的解決了，而且每個問題的解決都是能力的一次提升。目前，已在超導磁選機研究和制造方面積累了大量經(jīng)驗，培養(yǎng)了一批專業(yè)技術(shù)人才，成為國內(nèi)超導磁選領(lǐng)域的先行者。
在零揮發(fā)5.5T低溫超導磁選機的研發(fā)過程中，共申報了六項專利，其中包括一項發(fā)明專利，5項實用新型專利，以便知識產(chǎn)權(quán)不受侵犯。
2 5.5T低溫超導磁選機的結(jié)構(gòu)
5.5T低溫超導磁選機的外形示于圖1，其結(jié)構(gòu)由磁體系統(tǒng)、分選系統(tǒng)、往復運動系統(tǒng)和電控系統(tǒng)四個部分組成（圖2），其中磁體系統(tǒng)是超導磁選機的核心部分，其背景場強及安全穩(wěn)定性對整機性能起到關(guān)鍵作用。
磁體系統(tǒng)由磁體和鐵鎧組成，超導磁體是核心部件，為磁選機提供強背景磁場，且能耗極小，鐵鎧是屏蔽磁場的部件，由端板、內(nèi)端板、支板及零部件組成，既能加強中心場強，又能將漏磁降低在允許范圍，防止對其他部件的干擾，減少安全隱患。
分選系統(tǒng)包括分選腔和管道循環(huán)部分，其中分選腔由三個無效分選筒和兩個有效分選筒組成。有效分選筒內(nèi)裝有聚磁介質(zhì)（一般是鋼毛），中間用壓軸壓緊。
往復運動系統(tǒng)由從動輪支架、主動輪支架、同步帶、導軌基座、托架、底座、電機等部件組成。該系統(tǒng)完成分選腔的往復運動。
電控系統(tǒng)包括微電腦和各種控制、檢測用的儀器、儀表，用于生產(chǎn)控制和質(zhì)量檢測及控制。
總之，該磁選機結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計先進，制造工藝合理；特別是國內(nèi)外首次采用閉式循環(huán)制冷技術(shù)制成了5.5T超導磁體，將磁體分為多段進行失超保護，采用一臺1.5W/4.2K制冷機將氣化的氦氣再冷凝為液氦的閉式制冷系統(tǒng)，大大減少氦的消耗。
圖1 5.5T低溫超導磁選機外形
圖2 5.5T低溫超導磁選機結(jié)構(gòu)示意圖
超導磁選機利用低溫（4.2K）下超導線圈電阻為零的特性，由大電流通過浸泡在液氦中的超導線圈并利用一個外部直流電源激勵，使超導磁選機達到5.5T背景磁場強度，導致分選筒內(nèi)導磁不銹鋼磁介質(zhì)表面產(chǎn)生巨大的高梯度磁場。
分選機構(gòu)由兩個分選筒和三個無效筒組成，設(shè)置無效筒的目的是與分選筒達到磁力平衡，從而使分選機構(gòu)能在較小的外力作用下在磁場內(nèi)移動。
圖3 超導磁選機分選原理示意圖
在磁選作業(yè)中，有時要加入必要的藥劑，例如分散劑，使聚成團的微小礦粒分散開來，以達到更好的分選效果。藥罐便是盛這種藥劑的容器。
4 5.5T低溫超導磁選機的技術(shù)參數(shù)
目前，僅研制出分選筒直徑為300mm的5.5T低溫超導磁選機，并且已成功地進行了工業(yè)性選礦試驗。現(xiàn)在，正在研制分選筒直徑為500mm的低溫超導磁選機，這種大規(guī)格超導磁選機將于2013年初面世，供廣大用戶選用，那時就會滿足更多用戶的不同需求。
低溫超導磁選機的主要技術(shù)參數(shù)列于表1。
表1 低溫超導磁選機的主要技術(shù)參數(shù)
|
名稱
|
φ300型
|
φ500型
|
|
分選筒直徑（mm）
|
300
|
500
|
|
礦漿流速（cm/s）
|
0.6-2.5
|
0.6-3.8
|
|
背景場強（T）
|
≥5.5
|
≥5
|
|
距磁場屏蔽體1m處的磁場（Gs）
|
≤50
|
≤50
|
|
勵磁功率（kW）
|
＜1.5
|
＜1.5
|
|
工作制
|
連續(xù)
|
連續(xù)
|
|
超導線工作溫度（K）
|
4.2
|
4.2
|
|
處理干礦量（kg/h）
|
4000左右
|
15000左右
|
|
總功率（kW）
|
≤11
|
≤20
|
5 5.5T低溫超導磁選機的技術(shù)特點
（1）磁場強度高。低溫超導磁選機采用Nb-Ti超導材料制作線圈，中心磁場強度達到5.5T。
（2）磁場力大。在5.5T磁場強度下，分選筒內(nèi)的導磁介質(zhì)表面產(chǎn)生很強的磁力，能有效分選出細顆粒弱磁性雜質(zhì)，大幅度提高非金屬礦產(chǎn)品的質(zhì)量，使之達到更高的品級。
（3）液氦零揮發(fā)。1.5W/4.2K制冷機能持續(xù)制冷，將少量揮發(fā)的液氦重新液化，使液氦不向磁體外部揮發(fā)，保證了液氦總量不變，3年內(nèi)不需要補充液氦，使維護更容易，費用降低。
（4）能耗少。超導磁選機采用低溫超導技術(shù)，線圈達到超導狀態(tài)后電阻為零，線圈一次勵磁后切斷電源，線圈內(nèi)的電流形成閉合回路，不消耗電能。此時只有維持磁體低溫狀態(tài)的制冷機工作，與常導磁體相比節(jié)電90％。
（5）磁體壽命長（在20年以上）。
（6）雙筒交替分選、沖洗?？稍诓煌舜诺那闆r下連續(xù)運行，提高了生產(chǎn)效率。處理高嶺土的能力高達每天100t,約為同效率電磁磁選機的5～10倍。
（7）采用高溫超導電流引線，降低熱損耗 。
（8）全程微電腦控制，參數(shù)可實時采集，有利于生產(chǎn)控制和質(zhì)量控制。
（9）整機重量僅15t，為同效率電磁磁選機重量的1/6左右。
（10）該磁選機結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計先進，制造工藝合理。
（11）該磁選機經(jīng)運行測試，運行穩(wěn)定可靠、效率高、效果好，具有良好的經(jīng)濟和社會效益，有很好的市場應用前景。
6 5.5T低溫超導磁選機工業(yè)試驗
5.5T低溫超導磁選機研制成功后，已經(jīng)對多種高嶺土礦進行了工業(yè)試驗。試驗結(jié)果表明，該超導磁選機在高嶺土原礦含鐵雜質(zhì)1％左右時，可使鐵雜質(zhì)降低到0.40％左右，而高梯度電磁磁選機只能使鐵降低到0.7%。因此，高嶺土礦經(jīng)超導磁選機分選后能使其精礦提高幾個品級，每噸精礦的售價能提高300～350元，按年處理量3萬噸計，可為企業(yè)額外提供利潤900～1000萬元。
例如江西贛州瑞紅高嶺土礦原礦含鐵約0.9％，過去多次強磁選試驗都只能將鐵降到0.7％，因此難以開采利用，這次經(jīng)5.5T低溫超導磁選機磁選后，所得到的高嶺土精礦鐵含量第一段磁選下降到0.40％，第二段磁選下降到0.31%，白度也大幅度提高，因此，高嶺土精礦的售價也將大幅度提高。又如淮北金巖高嶺土有限公司的高嶺土原礦含鐵1.112%，經(jīng)第一段磁選后高嶺土精礦鐵含量下降到0.508%，在第二段磁選后則下降到0.447%，同樣可獲得良好的經(jīng)濟效益。
7 結(jié)論
（1）經(jīng)過華特和中國科學院高能所科研人員的共同努力，在較短時間內(nèi)，研制成功先進的低溫超導磁選機，中國成為世界上少有的超導磁選機生產(chǎn)國，華特則成為中國唯一的、世界少有的低溫超導磁選機生產(chǎn)企業(yè)。
（2）團隊科研人員在研制零揮發(fā)5.5T低溫超導磁選機的過程中，同心協(xié)力，用集體的智慧，克服了一個個難題，在一年零九個月的時間里成功地研制出國內(nèi)外首次采用閉式循環(huán)制冷技術(shù)制成的5.5T低溫超導磁體及磁選機。經(jīng)專家們鑒定，一致認為該磁選機結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計先進，制造工藝合理，屬國內(nèi)外首創(chuàng)，整機技術(shù)性能達到國際領(lǐng)先水平。
（3）該磁選機經(jīng)運行測試，運行穩(wěn)定可靠，效率高，效果好，具有良好的經(jīng)濟和社會效益，有很好的市場應用前景。
（4）該磁選機用高嶺土礦做了選礦工業(yè)試驗，結(jié)果良好。例如一種高嶺土原礦含鐵約0.9％，經(jīng)超導磁選后，高嶺土精礦含鐵降到0.3％左右，成為優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，銷售價格可大幅度提高，若年處理礦量3萬t，則一年可增加利潤1000萬元左右，不到一年就可以收回購買超導磁選機的費用。
（5）該磁選機的銷售價格比國外同類產(chǎn)品低。大約十年前，廣西北海市兗礦北海高嶺土有限公司從美國購買了一臺分選筒直徑為500mm的超導磁選機，迄今運行正常，但我國一直沒有買第2臺。原因是它價格太貴了，合計總價達2000萬元以上。我們生產(chǎn)的超導磁選機，肯定要比它質(zhì)優(yōu)價廉，但是，為了更好地服務于我國各個行業(yè)的礦山企業(yè)，我們一定要想法設(shè)法、千方百計降低超導磁選機的生產(chǎn)成本，讓越來越多的企業(yè)都能用上價廉質(zhì)優(yōu)的國產(chǎn)超導磁選機。
（6）售后服務方便、及時、周到、效果好、收費低。進口技術(shù)含量高的設(shè)備一般都由廠家派人來檢修，路途遙遠，來一次很不容易，且不說花費很多，還往往不能及時到達，致使停工延誤了生產(chǎn)，完不成任務。同時，國外廠商檢查、維護、維修費用很高，令人難以承受。而國產(chǎn)超導磁選機的用戶，可以享受便捷的服務，一旦需要，我們可以立即派人為用戶服務，保證用戶滿意，而且收費很低。同時我們可以開通遠程診斷服務，隨時在線為用戶查清故障原因，迅速幫助用戶恢復正常生產(chǎn)。
（7）超導磁選機應用廣泛，將會面對不同的用戶，處理各種不同性質(zhì)的礦物，因此，在今后的推廣應用過程中，不可避免地會遇到不同的難題。但是，隨著科學技術(shù)的不斷進步，尤其是在實力強大的科研團隊----中科院高能物理研究所和山東華特磁電科技股份有限公司及其全資子公司濰坊新力超導磁電科技有限公司面前，將不再成為不可克服的困難，我們一定會在科研過程中不斷地學習、掌握、運用新技術(shù)、新方法、新材料，使我們的超導磁選機變得更完善、更完美，用它把我國的非金屬礦選礦提高到新的水平，徹底改變其“一流資源，二流產(chǎn)品”的不利局面。同時，我們要把超導磁選機逐步推廣應用到處理金屬礦物如錳、鎢、鈦、鐵等弱磁性礦物，在開發(fā)、利用我國貧（品位很低）、細（粒度很細）、雜（礦物性質(zhì)復雜）礦物的道路上走出一條金光大道。
(桂林非金屬礦加工與應用技術(shù)交流會,發(fā)表于中國粉體技術(shù)雜志） |
