选矿工艺中磁选技术中捕集作用机理的研究

磁选工艺技术在国内外对捕集作用机理的研究，基本是基于对上述力的分析研究之上，建立颗粒运动方程，并借助高速摄影法研究颗粒运动轨迹和磁捕集过程，最终建立捕集过程数学模型。在这方面具有代表性的有力平衡模型、运动轨迹模型、载荷聚集模型、滞留模型和DLVO理论模型。

1.运动轨迹模型(Trajeetoy model)

运动轨迹模型是Bean提出，Matsom发展和完善的。该模型以动力学过程为基础，描述了磁性颗粒在均匀磁场中磁化后相对于单丝聚集钢毛的运动轨迹。一些学者利用计算机对运动轨迹进行模拟计算，来测某一特定情况下磁性颗粒的运动轨迹和钢毛磁捕集半径Re。基于对理论模型分析，Matson提出了“磁速度”这一概念，V_m为：

式中：x—磁性颗粒的磁化率；

R—颗粒半径；

δ—颗粒密度；

B₀—背景磁感应强度；

η—矿浆粘滞系数；

M—磁介质磁化程度；

α一磁介质半径。

磁速度表示球形颗粒在磁力和竞争力(斯托克斯阻力)不变时达到的速度。

从磁力与阻力平衡的关系出发，Watson并提出磁速度与流体速度的比值如下：

磁速度与流体速度之间的比值是衡量分离过程中磁力与阻力关系的度量，V_m/V₀是捕获颗粒的基本条件，比值越大，颗粒运动轨迹离磁介质越远，即捕获半径越大，捕获几率也越高。反之，若颗粒运动轨迹离磁介质越近，则捕获半径越小，捕获几率越低。式中可以定性的了解磁性颗粒、钢毛的磁场特性及磁选工艺参数对磁捕集过程的影响。

2.聚集模型(Buildup model)

磁选过程包含了磁性颗粒被聚磁介质捕获和颗粒在介质上粘附并积聚成层的两个过程。之前的运动轨迹模型研究的是颗粒被聚磁介质捕获的过程，而聚集模型研究的是颗粒在介质上粘附并积聚的过程。湿式磁选过程中，磁介质捕获磁性颗粒的能力实际不变，全部磁性颗粒基本上在介质饱和前都能被捕获。因此，一般情况下，不用颗粒在磁选装置中的轨迹来验证颗粒的捕获，在确定了小型或工业型高梯度磁选机工艺特征时，主要考虑的因素不是颗粒的运动轨迹，而是颗粒的聚集。

假设颗粒被磁介质捕获并粘附在其表面，若磁力、流体粘滞力和重力的合力指向较大的引力区，颗粒则保留在磁介质表面，故这些作用力保持平衡的位置将确定颗粒在磁介质表面满载时分布的边界。

Nesst于1979年提出磁性颗粒在单丝钢毛上聚集的理论数学模型，并利用模拟计算可绘出在某一特定条件下颗粒在单丝钢毛介质上聚集的轮廓曲线。同年，Friedlamde佣显微录象系统进行了微观的单丝捕集研究，成功地摄取了纯磷酸锰(Mn2p2o7)细粒在单根镍丝上聚集图像，见图，证实了Nesst的载荷聚集模型。

(a)一流体速度2.9cm/s；(b)一流体速度7.9cm/S；(c)一流体速度23.3cm/s。通过分析，满载荷分布的相对载荷(聚集)半径与称之为载荷数的参数有关。

载荷数N_L：

式中，载荷数NL是一个无因次数，是作为载荷过程的量度，载荷数的物理意义相当于满载荷时的聚集半径，平衡状态下磁力与流体剪切力的比值。随磁力的增大，比值增大，相对满载(聚集)半径也非线性增大。单位长度丝介质上的颗粒聚集的体积，称为载荷：

3.滞留模型(Retentionmodel)

这也是研究聚集状态的模型，在颗粒流入长度为L的单位断面积的过滤介质层中，其聚集体积为：Y=N/N_T。

4.DLVO理论模型

以上理论主要研究的是颗粒在聚磁介质上的捕集，而颗粒在聚磁介质表面解吸的研究方面，Svoboda基于DLVO理论建立了一个模型，并从能量关系出发，利用这个模型对颗粒在聚磁介质表面解吸的作用力进行了分析。提出了在有磁场存在时，液体介质中两颗粒相互作用的总势能：。

以上四种理论模型中，运动轨迹模型和聚集模型都是从微观本质研究分离过程，都以作用在磁性颗粒上的主导力和其反方向的竞争力达到平衡为基础而建立模型的。它们分别揭示了磁性颗粒捕获到钢毛表面和牢固吸附在钢毛上后形成聚集层的两个先后阶段的实质。滞留模型研究粒群和介质层在液流中的相互作用，但有待深入研究。

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