杂质! 以往用于磁 分 离 的 磁体 大 多 为 普 通 电 磁 体 或永 久 磁
体"所提供的磁场在
! "
左右"磁分离效果不是很明显! 磁体
的磁场强度是影响磁分离效率的重要参数 "随着超导技术的
发展"采用超导材料绕制的 超导 磁 体 可 获 得 高 磁 场 "磁场 强
度很容易达到
# "
甚至更高" 而且能在较大的空间范围内提
供强磁场及高梯度磁场"用于磁分离可显著提高处理量!
采用超导磁 体 分 离 矿 石 #煤#高 岭 土 等 固 体 物 质 中 磁性
杂质"在国内外已得到广泛应 用 "但 废 水 分 离 净 化中 尚 少 采
用! 近年采用超导磁分离技术分离净化钢厂 #铝厂等废水中
磁性金属杂质颗粒 "分离效 果 明显 "但 还 局 限 在 分 离 废 水中
磁性金属污染物! 对于废水中的有机#无机污染物"由于这些
污染物本身没有磁性" 靠磁场产生的磁吸引力无法分离$采
用预先添加磁性颗粒"普通电磁体因磁场强度太低"只有
! "
左右"分离效果不明显"因而 在 污 水 处理 领 域 一 直 未 得 到 应
用! 超导磁分离法与传统的化学法#生物法以及普通电磁体
磁分离不同 "不仅具有投资小#占 地 少 #处 理 周 期短 #处 理 效
果好等优点" 还可达到普通电磁体
$
倍以上的磁场强度"从
而提高磁分离能力"是未来极具潜在应用价值的技术
%$&’(
!
近年超导高梯度场磁分离污水处理技术引起一定关注 !
日本大阪大学自
)*+,
年开始进行超导磁分离污水处理的基
础研究
%-.+(
"
目前已研制出超导高梯度场磁分离污水的原型样
机进行实验室规模的试验"经磁分离处理的污水其
/01
值从
) 234 5678
降到
94 56:8
!
其采用的是液氦冷却低温超导磁
体"磁场强度为
$ "
"%
磁种 &采用的是
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$
0
’
颗粒加聚氯化铝
絮凝剂! 但其存在
9
个问题’
!
液氦为冷源"导致成本增加"
定期灌注液氦带来不便$
"
仍需添加有机絮凝剂 "水中不可
避免残留有机絮凝剂 "带来 二次 污 染 "这 是 较 难 克 服 的技 术
难点! 如何设计%磁种&材料"使其既保持磁性又具有絮凝功
能"是超导磁分离处理污水中无磁性污染物的关键! 纸厂#化
工厂#制药厂等工业污水磁分 离 要 比 选 矿 #钢 厂 废 水直 接 分
离磁性杂质复杂得多
%*.=!(
!
本研究组开展了非磁性污染物磁分离方面的研究"选择
小型造纸厂污水处理为研究对 象 "根 据 污 染 物特 点 "采 用 等
离子表面有机聚合技术在
;<
$
0
’
磁性颗粒镀带官能团的有机
薄膜"研制的%磁种&材料可使本身无磁性的有害物质通过氢
键#范德瓦尔斯力与经表面官能团 修 饰 的 %磁 种 &絮接 "通 过
研制的制冷机直接冷却的 高 温 超 导 磁 体进 行 实 际 污 水 分 离
实验!
!
超导磁分离系统设计
!"!
超导磁分离流程
超导高梯度磁分离造纸厂污水处理的基本过程是"先在
污水中加入磁种 "磁种与污水 中 的 污 染 物 结 合 "形 成 以 磁 种
为核的浆团! 其中部分大颗粒团会直接沉淀"其余废液通过
超导高梯度磁分离设备中的超导磁体 "强磁场产生的磁力将
这些浆团吸附到多重金属筛网"通过筛网的连续更换流程达
到连续净化污水的目的! 最后磁种及吸附的污染物被分离得
到污泥和水"污泥中的磁种可回收利用! 图
!
为利用超导磁
分离处理造纸厂污水系统流程图! 该系统主要包括磁种混合
器和超导磁分离器"混 合 器接 有 入 水 管 "用 于 将 磁 种与 废 水
充分混合"磁分离器的一 端 与 混 合 器 通 过 管道 连 接 "另 一 端
接出水管! 此外还包括与磁分离器连接的回收器"用于将磁
种从污泥中分离并回收磁种循环使用! 回收器由机械振动板
和超声波清洗槽组成"机械振动工序可将磁种颗粒上大部分
污泥去掉"然后磁种进入超声波清洗槽进一步去除表面残留
污染物!
!"#
高温超导磁体设计
超导磁分离污水处理装置中"磁分离器中关键部件是超
导磁体"选择高温超导带 材 绕 制 超 导 磁 体 "为 了满 足 制 冷 机
冷却高温超导磁体磁场强度和冷却需求"首先对磁体采用的
高温超导带材的 各 种 电 磁性 能 进 行 仔 细 研 究 " 包 括各 向 异
性#机械特性(拉伸和弯曲)#均匀性#热稳定性和交流损耗特
性"为制冷机冷却的超导磁体的设计提供重要依据! 其次"完
成高温超导带材绝 缘 材 料的 选 择 和 绝 缘 工 艺 及 半包 叠 机 械
的研制" 完成高温超导磁体的结构设计及绕制工艺的研究"
并且解决磁体的力#热稳定和加固结构新工艺! 实验采用美
国超导公司(
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)
生产的银包套加强
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超导带材"其临
界 超 导 转 变 温 度
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"
临 界 电 流
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B
C=93 >D
最 小 弯 曲 半 径
E4 B5
"
强度
F-3 GHI
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根据高 温 超 导 带 材 的 电 磁性 能 #机 械 性 能 #均 匀 性 及各
向异性"磁体采用饼式线圈结构! 中心磁场为
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其中"
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为磁体外直径与内直径之比 "
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为磁体高度与磁体
图
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超导高梯度磁分离造纸厂污水处理过程示意
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研究论文!
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科技导报
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