第卷第期年月·绿色化学与技术专栏·化工冶金高梯度磁分离铬盐浸出浆液中的铬渣一理论分析官月平,刘会洲,安振涛,柯家骏中国科学院化工冶金研究所分离科学与工程青年实验室,北京摘要提出了将铬渣从铬盐浸出浆液中去除的高梯度磁分离方法,建立了高梯度磁分离器的分离能力与设备参数、操作参数和物料性质参数之间关系的理论模型,定量讨论了磁场强度和操作温度对有效分离时间的影响关键词高梯度磁分离铬盐浸出浆液铬渣理论模型有效分离时间中图分类号文献标识码文章编号一一刁前言从生产源头预防资源浪费和环境污染的绿色化学过程是跨世纪的重大研究课题,张豁等开发的熔盐液相氧化铬铁矿生产铬盐的清洁生产新工艺,已成功地实现了全流程“三废”零排放和资源综合利用,被称为“铬盐生产的革命”该过程中,铬铁矿液相氧化一水稀释形成的铬盐浸出浆液是一种高浓介质的固液混合物,其中,固形物是以非晶态氧化铁和晶态氢氧化镁为主要组份的多孔状铬渣,具弱铁磁性,比饱和磁化强度、在铬酸钠结晶分离之前,需要在、“的操作温度下,将其中的固形物一铬渣除去,由于上述铬盐浸出浆液具有固相颗粒细小、液相粘度大以及操作温度高等特点,采用传统固液分离方法,效果往往不甚理想,难以在工业上有效使用高梯度磁分离是近年来迅速发展的一种强磁力分离技术,已有较多的文献报道一,主要集中在顺磁性或抗磁性颗粒含量极低的稀悬浮液在室温条件下的磁分离,例如含金属元素及化合物的废水处理,而对于弱铁磁性铬渣颗粒含量高、液相粘度大的铬盐浸出浆液及其类似体系在较高温度条件下的磁分离研究工作在国内外尚未见报道本文在现有磁分离理论的基础上,针对铬盐浸出浆液中弱铁磁性铬渣的实际特点,推导出高梯度磁分离器的分离能力与设备参数、操作参数和物料性质参数之间关系的数学表达式,进而定量讨论了磁场强度和操作温度对有效分离时间的影响,以期为高梯度磁分离过程的设计放大提供理论指导理论模型首先考虑铬盐浸出浆液中弱铁磁性铬渣颗粒与均匀外磁场中单个铁磁介质丝之间的相互作用因为铬渣颗粒直径很小,作用在铬渣颗粒上的重力和惯性力与粘滞阻力相比可以忽略,则铬渣颗粒的运动方程可以从磁力名刀与粘滞阻力凡之间的平衡关系名凡建立收稿日期一,修回日期基金项目中国科学院院长择优基金国家杰出青年基金资助编号作者简介官月平一,男,陕西省西安市人,博士,化学工艺专业期官月平等高梯度磁分离铬盐浸出浆液中的铬渣在横向流构型中,】在上述假定条件下首次推导出了顺磁性或抗磁性颗粒的运动方程,方程的数字解给出了不同初始坐标颗粒的运动轨迹,如图所示当颗粒运动的初始坐标满足一。三三。时,颗粒被铁磁介质丝捕获,否则颗粒不被捕获被称为标准捕获半径,它是磁速度与流体表观流速比值的函数,在较小的层流条件下,二蛛,其中,磁速度的经典定义是拼。一似瑞刀对于弱铁磁性铬渣颗粒来说,由于铬盐浸出浆液中的液相磁化率很小,与铬渣颗粒的磁化率相比可以忽略不计,铬渣颗粒的磁化强度可以近似表达为妈朴岛义一,将其代入磁速度定义式得到磁速度的近似表达式为拼亩叮式中为铁磁介质丝半径,为磁性颗粒半径,拼。为真空磁导率等针对强磁性颗粒也提出了类似的磁速度表达式图颗粒运动轨迹和捕获半径图颗粒聚集轮廓和积聚半径创立的理论模型有一个重要前提是假定磁性颗粒在向铁磁介质丝表面两侧不断聚集的整个过程中铁磁介质丝的半径保持不变,这对于磁性颗粒含量极低的稀悬浮液在初始聚集时是适用的,而对于铬渣颗粒含量很高的铬盐浸出浆液来说,铁磁介质丝的实际半径随聚集时间延长而增大的因素就不得不考虑,图显示了颗粒向铁磁介质丝两侧聚集一段时间之后的断面轮廓和积聚半径由于铬渣颗粒的饱和磁化强度比铁磁介质丝小近两个数量级,积聚半径的增加不会引起介质丝周围磁场变化,只会导致介质丝周围流场的连续变化,用积聚半径替代介质丝半径修正颗粒运动方程中的粘滞阻力凡项,等’针对类似情况首先从中推导出了在较小的层流条件下,标准捕获半径。的准确表达式一、一百丽戈而获得其中在轴向流构型中,铬渣颗粒积聚半径随时间变化的关系可以由捕获断面颗粒守恒方程等和等从不同角度给出的表达式是誓‘一会‘系数二口,颗粒聚集因子口一般...
