高岭土用双筒式超导磁选机的研制

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1、密级：博士学位论文作者姓名：室玉鹏指导教师：昌垩盘硒塞虽虫国科堂瞳直能物理硒塞伍筮自塞砑塞员生国科堂院直能物理巫塞所学位类别：理堂墟±学科专业：趋王塑堡皇厦王接物理研究所：虫国型堂睦直能塑堡班塞压2013年4月ByNingFeipengAdissertationsubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofScienceInstituteofHighEnergyPhysics，C

2、hineseAcademyofSciencesApril，2013研究生学位论文声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均己在文中以明确方式标明。关于学位论文使用授权的说明本人完全了解中国科学院高能物理研究所“关于中国科学院高能物理所研究生论文及研究成果使用权的规定”(2001)高发研生字第315号文件，即：高能物理研究所拥有在著作权法规定范围内学位论文的使用权，其中包

3、括：(1)己获学位的研究生必须按规定提交学位论文，高能物理研究所可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的学位论文；(2)为教学和科研目的，高能物理研究所可以将公开的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所供科研人员阅读，或在所内网站供科研人员浏览部分内容；(3)根据《中华人民共和国学位条例暂行实施办法》，向国家图书馆等相关部门报送可以公开的学位论文。摘要高岭土是一个白色硅铝矿物，在自然界中以细粒分散体的形态存在，生产陶瓷和造纸是高岭土的主要用途，其价值与自度有关，白度取决于其中染色体的含量，铁、钾、钛是影响高岭土白度的主要染色质。高岭

4、土用超导高梯度磁选机(CGC)是用来减少高岭土中染色的铁杂质的含量，提高高岭土的白度，来提升高岭土矿的经济价值。与化学除铁和永磁除铁相比有着不可比拟的巨大优势。在80年代末90年代初，英国牛津仪器公司与Outokumpu科技有限公司合作生产了一台用于高岭土的超导磁选机。其室温孔径500mm，中心磁场强度为5．0T，这种系统在全球有大概30套。因为只有美国等极少数发达国家能够生产，昂贵的价格和维护费用以及服务不便限制了其在国内的应用，目前国内只有广西北海兖矿有一台进口的超导磁选机在运行。但是我国高岭土矿藏丰富，高品质的矿少。为了打破发达国家对

5、我国在高新技术方面的垄断，填补我国工业用高梯度超导磁选机的空白，为此决定研制一台中心场强高达5．5T的零挥发超导磁选机。其室温孔径为300mill，由于体积小、重量轻、安装方便、价格低，可以被国内大部分的企业应用。本文详细介绍了室温孔径为300mm、中心磁场强度为5．5T的高岭土用双筒式超导高梯度磁选机的研制过程。磁选机分为两个部分：超导磁体系统和分选系统。我们研制的超导磁选机的磁体由两个创新点：1，磁场高，中心磁场强度高达5．5T；2，零挥发，磁体运行期间没有液氦的泄露。论文中的超导系统主要围绕这两个创新点来完成。首先介绍了磁选机的超导磁

6、体部分，要实现中心场为5．5T的高场强，需要最线圈细致的物理设计和线圈与绑扎线的应力设计与分析。物理设计包括参数的理论估算、有限元的模拟分析、铁屏的形状设计与改进；应力分析包括超导线和绑扎线的绕制预应力的选择和线圈在绕制、降温和励磁过程中的应力变化等。磁选机采用的是一台1．5W@4．2K的制冷机，要实现液氦的零挥发，需要详细分析承载超导磁体的低温杜瓦的各部分热负荷，改进机械设计中漏热较大的部分，提出漏热较小的加工工艺。分选系统中，由于磁选机场强高，分选腔在运动过程中要受到很大的电磁力，因此需要对分选腔进行受力分析，并设计无效腔的填充方式来平

7、衡掉一部分的电磁力，减小分选系统运动给磁体吊挂系统带来的影响。最后简要介绍了零挥发低温杜瓦的组成结构、双筒式分选腔系统、磁体的控制和分选腔的控制系统以及超导磁选机的组装调试和实验过程等。l高岭土用超导高梯度磁选机磁体在2012年3月15日在中国科学院高能物理研究所励磁成功，中间没有经过锻炼，整机在2012年6月13日在山东潍坊励磁成功，并于2012年6月30日在山东省潍坊市通过了专家委员会的技术鉴定。关键词：高梯度、磁选机、热负荷、双筒式分选腔IIAbstractKaolinisasoftwhitemineralwhichhasalarge

8、arrayofuses．Itismostcommonlyfoundintheformofkaolinclay,fineclaywhichwasoriginallyproduced