课程名称：《磁电选矿》第2 次讲摘要第一章磁选的基本原理授课题目（章、节）第五节矿物按磁性分类第六节强磁性矿物的磁性第七节影响强磁性矿物和矿石磁性的因素本讲目的要求及重点难点：【目的要求】通过本讲课程的学习，了解物理学中物质按磁性的分类和磁选中矿物按磁性分类及其二者的关系，重点掌握强磁性矿物的磁性（以磁铁矿为代表来讨论）和它的磁化过程、磁化本质和磁性特征。掌握影响强磁性矿物和矿石磁性的因素主要有：颗粒形状、矿粒粒度、强磁性矿物含量、矿物氧化程度。掌握弱磁性矿物的磁性特点，主要以赤铁矿，锰矿物为例进行介绍；掌握矿物磁性对磁选过程的影响。【主要内容】1、矿物按磁性分类（按物理学、磁选中）2、强磁性矿物的磁性3、影响强磁性矿物和矿石磁性的因素【重点】强磁性矿物磁化过程、磁化本质和磁性特征、矿粒粒度的影响、矿物氧化程度的影响；强磁性矿物含量的影响【难点】强磁性矿物磁化过程、磁化本质和磁性特征。内容S15矿物的磁性矿物：地壳中具有固定化学组成和物理、化学性质的单质或化合物。矿石：由一种或几种矿物组成的岩石，具有经济价值时则可开采加工，此时岩石就变为矿石。一。物理学中物质按磁性的分类：磁性的起源：按现代物理学观点，磁起源于电荷的运动，而圆满地解释要借助量子力学（1)抗磁质（dia-magneticmaterials）一一在外加磁场作用下，物质分子内的电子发生运动，从而产生附加分子磁矩，这些附加分子磁矩的方向与外磁场方向相反，因而表现出抗磁性。(2)顺磁性（para-m.m.）一一分子固有磁矩不为零，加外磁场后在一定程度上有序排列起来，总磁矩与外磁场方向相同，因而表现顺磁性
课程名称：《磁电选矿》 第 2 次讲 摘要 授课题目（章、节） 第一章 磁选的基本原理 第五节 矿物按磁性分类 第六节 强磁性矿物的磁性 第七节影响强磁性矿物和矿石磁性的因素 第八节 弱磁性矿物的磁性 第九节 矿物磁性对磁选过程的影响 本讲目的要求及重点难点： 【目的要求】通过本讲课程的学习，了解物理学中物质按磁性的分类和磁选中矿物按磁性分类及其二者的关 系，重点掌握强磁性矿物的磁性（以磁铁矿为代表来讨论）和它的磁化过程、磁化本质和磁性特征。掌握影 响强磁性矿物和矿石磁性的因素主要有：颗粒形状、矿粒粒度、强磁性矿物含量、矿物氧化程度。掌握弱磁 性矿物的磁性特点，主要以赤铁矿，锰矿物为例进行介绍；掌握矿物磁性对磁选过程的影响。 【主要内容】1、矿物按磁性分类（按物理学、磁选中） 2、强磁性矿物的磁性 3、影响强磁性矿物和矿 石磁性的因素 【重 点】强磁性矿物磁化过程、磁化本质和磁性特征、矿粒粒度的影响、矿物氧化程度的影响；强磁性 矿物含量的影响 【难 点】强磁性矿物磁化过程、磁化本质和磁性特征。 内容 §1－5 矿物的磁性 矿物：地壳中具有固定化学组成和物理、化学性质的单质或化合物。 矿石：由一种或几种矿物组成的岩石，具有经济价值时则可开采加工，此时岩石就变为矿石。 一．物理学中物质按磁性的分类： 磁性的起源：按现代物理学观点，磁起源于电荷的运动，而圆满地解释要借助量子力学 ⑴抗磁质(dia-magnetic materials）――在外加磁场作用下，物质分子内的电子发生运动，从 而产生附加分子磁矩，这些附加分子磁矩的方向与外磁场方向相反，因而表现出抗磁性。 ⑵顺磁性（para-m.m.）――分子固有磁矩不为零，加外磁场后在一定程度上有序排列起来，总 磁矩与外磁场方向相同，因而表现顺磁性
(3)铁磁性（ferro-m.m.）一一由于晶格节点上原子之间的交换作用，使相邻的原子磁矩趋向于同向平行排列，在没有外加磁场中就自发地产生磁化小区域，称为磁畴（domain）（约为10-15m含大约1015个原子）磁畴的磁矩比单个原子磁矩大的多，加外磁场后磁畴的磁矩在一定程度上定向排列起来，故表现出很强的磁性。除此之外，还有两种物质：(4)亚铁磁质一一与铁磁质的结构相似，不同点在于磁畴内相邻原子的磁矩是反方向平行排列的，但因大小不等，它们的作用相互抵消一部分，故磁畴的磁矩比铁磁质小。此类物质的磁特性类似于铁磁质。(5)反铁磁质一一亦具有与铁磁质相似的结构。不同的是：磁畴中相邻原子的磁矩反方向平行排列且作用完全抵消，整个磁畴磁矩为零，外加的磁场对它几乎不起任何影响。2.涅耳温度一一磁畴结构在低于某一温度时才存在，超过此温度，磁畴结构即会破坏，物质就会变成一般顺磁性物质，这个临界温度称为涅耳温度。各物质的涅耳温度各不相同，一般说来：铁磁质约在摄氏几百度，亚铁磁质约在摄氏几百度，反铁磁质低于-200℃。故常温下反铁磁性物质不存在，这类物质在常温下为顺磁性物质（如赤铁矿）。二、磁选中矿物按磁性分类磁选中按比磁化率分：1.强磁性矿物（用弱磁场磁选机回收）×值SI制×>3.8×10m/kg；Gs制×>3×10cm/g。2.弱磁性矿物（用强磁场磁选机回收）×值SI制7.5×10°~1.26×10㎡/kg；Gs制6X×104~10×10*°cm/g。3.非磁性矿物（磁选不能回收）×值：SI制×<1.26×10m/kg：Gs制×<10×10*m/kg。三.磁选中矿物按磁性分类和物理学中物质按磁性分类的关系强磁性矿物一一大多属于亚铁磁质弱磁性矿物一一一般为顺磁性物质非磁性矿物一一一般为磁性很弱的顺磁性质或抗磁质。S1--6强磁性矿物的磁性常见强磁性矿物：磁铁矿Fes0，r-赤铁矿（r一Fe20，），磁黄铁矿等。IX以磁铁矿为代表来讨论：一，磁铁矿的磁性：磁化过程、磁化本质和磁性特征1.磁化过程：置磁铁矿于外加磁场H（方向可变大小可调）中，对每一个给定的H值测出磁-铁矿内的比磁化强度J=M/8的一系列对HH
⑶铁磁性（ferro-m.m.）――由于晶格节点上原子之间的交换作用，使相邻的原子磁矩趋向于 同向平行排列，在没有外加磁场中就自发地产生磁化小区域，称为磁畴（domain）(约为 10-15 m 3 含大约 1015 个原子)磁畴的磁矩比单个原子磁矩大的多，加外磁场后磁畴的磁矩在一定程度上定 向排列起来，故表现出很强的磁性。 除此之外，还有两种物质： ⑷亚铁磁质――与铁磁质的结构相似，不同点在于磁畴内相邻原子的磁矩是反方向平行排列的， 但因大小不等，它们的作用相互抵消一部分，故磁畴的磁矩比铁磁质小。此类物质的磁特性类 似于铁磁质。 ⑸反铁磁质――亦具有与铁磁质相似的结构。不同的是：磁畴中相邻原子的磁矩反方向平行排 列且作用完全抵消，整个磁畴磁矩为零，外加的磁场对它几乎不起任何影响。 2.涅耳温度――磁畴结构在低于某一温度时才存在，超过此温度，磁畴结构即会破坏，物质就 会变成一般顺磁性物质，这个临界温度称为涅耳温度。各物质的涅耳温度各不相同，一般说来： 铁磁质约在摄氏几百度，亚铁磁质约在摄氏几百度，反铁磁质低于-200℃。故常温下反铁磁性 物质不存在，这类物质在常温下为顺磁性物质（如赤铁矿）。 二、磁选中矿物按磁性分类 磁选中按比磁化率 分： 1.强磁性矿物（用弱磁场磁选机回收） 值 SI 制 >3.8×10-5 m 3 /㎏；Gs 制 >3×10-3㎝ 3 /g。 2.弱磁性矿物（用强磁场磁选机回收） 值 SI 制 7.5×10-6～1.26×10-7 m 3 /㎏；Gs 制 6×10-4～ 10×10-6 ㎝ 3 /g。 3.非磁性矿物（磁选不能回收） 值：SI 制 <1.26×10-7 m 3 /㎏；Gs 制 <10×10-6 m 3 /㎏。 三．磁选中矿物按磁性分类和物理学中物质按磁性分类的关系 强磁性矿物――大多属于亚铁磁质 弱磁性矿物――一般为顺磁性物质 非磁性矿物――一般为磁性很弱的顺磁性质或抗磁质。 §1-6 强磁性矿物的磁性 常见强磁性矿物：磁铁矿 Fe3O4 ， r－ 赤铁矿（ r－Fe2O3 ），磁黄铁矿等。 以磁铁矿为代表来讨论： 一.磁铁矿的磁性：磁化过程、磁化本质 和磁性特征 1.磁化过程： 置磁铁矿于外加磁场 H（方向可变大小 可调）中，对每一个给定的 H 值测出磁 铁矿内的比磁化强度J=M/δ的一系列对
应值，绘出J=f(H)曲线实验测得曲线如图所示0-1-2—3是H增大时的曲线3一4是H减小时的曲线4一5是退磁曲线，即加反向磁场时的曲线由曲线可看出：(1)曲线0一1一2一3大体分为三段：0-1较平缓，1-2段较陡，2-3段越来越平缓，过3点后趋于水平。(2)磁滞现象（hysteresis）-一H减小时J赶不上H的变化，两线不重合，即34与0-1-2一3不重合。(3)剩磁：4点H=0，此处的J=J.称为剩余比磁化强度，简称剩磁（4）矫顽力：5点J=0.=H是消除剩磁所加的反向磁场，称矫顽力，同理，对于每一H值，测出磁铁矿的比磁化率的对应值，画出=f(H)如图所示。由曲线可以看出：①×不是一个常数②曲线开始是上升的，达到一最大值后，则转而下降2.磁化本质一一以磁畴理论解释：（1)H=0时，磁畴磁矩的排列是无序的。此时J=0，对应于原点：(2)由0逐渐增大，磁矩方向与H方向相同或相近的磁畴壁向外缓慢移动，体积扩张，而磁矩方向与H方向相反或大致相反的磁畴则缩小，此时J缓慢增加，对应于曲线0一1段。此过程所需能量较小，过程是可逆的。(3)H继续增大，磁矩方向与H方向相同或相近的磁畴壁由缓慢移动变为跳跃式运动，它们的体积迅速扩张，直至磁矩与H方向不同的磁畴被“吞并”。此时J迅速增加。对应于曲线1一2段，因磁畴壁的跳跃，曲线不是平滑的而是锯齿状的，称之为巴克好森阶梯，故这段过程是不可逆的。(4)再增大H，磁畴磁矩的方向逐渐完全转向外磁场方向。当全部完全转向后，则J达饱和。对应于曲线的2一3段，此段需要相当大能量。(5)H减小时，磁畴壁因摩擦力及其它原因不能恢复到原来的位置，要使磁畴壁再恢复原状需另加能量。故产生磁滞现象。3.磁铁矿的磁性特点(1)磁铁矿易磁化，外加磁场H值不大时其磁化强度M（或J）和比磁化率x就很大，继续增大H则其磁化强度将趋于饱和。（2)磁铁矿反复磁化时存在磁滞现象。当离开外加磁场时，仍保留一定的剩磁，要消除此剩磁
应值，绘出 J=f(H)曲线 实验测得曲线如图所示 0－1－2－3 是 H 增大时的曲线 3－4 是 H 减小时的曲线 4－5 是退磁曲线，即加反向磁场时的曲线 由曲线可看出： ⑴曲线 0－1－2－3 大体分为三段：0－1 较平缓，1－2 段较陡，2－3 段越来越平缓，过 3 点后 趋于水平。 ⑵磁滞现象（hysteresis）――H 减小时 J 赶不上 H 的变化，两线不重合，即 3－4 与 0－1－2 －3 不重合。 ⑶剩磁：4 点 H＝0，此处的 J=Jr 称为剩余比磁化强度，简称剩磁. ⑷矫顽力：5 点 J=0,H=Hc 是消除剩磁所加的反向磁场，称矫顽力，同理，对于每一 H 值，测出 磁铁矿的比磁化率 的对应值，画出 =f(H) 如图所示。由曲线可以看出： ① 不是一个常数 ②曲线开始是上升的，达到一最大值后，则转而下降 2.磁化本质――以磁畴理论解释： ⑴H=0 时，磁畴磁矩的排列是无序的。此时 J=0 ，对应于原点； ⑵H 由 0 逐渐增大，磁矩方向与 H 方向相同或相近的磁畴壁向外缓慢移动，体积扩张，而磁矩 方向与 H 方向相反或大致相反的磁畴则缩小，此时 J 缓慢增加，对应于曲线 0－1 段。此过程所 需能量较小，过程是可逆的。 ⑶H 继续增大，磁矩方向与 H 方向相同或相近的磁畴壁由缓慢移动变为跳跃式运动，它们的体 积迅速扩张，直至磁矩与 H 方向不同的磁畴被“吞并”。此时 J 迅速增加。对应于曲线 1－2 段， 因磁畴壁的跳跃，曲线不是平滑的而是锯齿状的，称之为巴克好森阶梯，故这段过程是不可逆 的。 ⑷再增大 H，磁畴磁矩的方向逐渐完全转向外磁场方向。当全部完全转向后，则 J 达饱和。对 应于曲线的 2－3 段，此段需要相当大能量。 ⑸H 减小时，磁畴壁因摩擦力及其它原因不能恢复到原来的位置，要使磁畴壁再恢复原状需另 加能量。故产生磁滞现象。 3.磁铁矿的磁性特点： ⑴磁铁矿易磁化，外加磁场 H 值不大时其磁化强度 M(或 J)和比磁化率 x 就很大，继续增大 H 则其磁化强度将趋于饱和。 ⑵磁铁矿反复磁化时存在磁滞现象。当离开外加磁场时，仍保留一定的剩磁，要消除此剩磁
则需另加能量。(3)x=f(H)和J=f(H)都是复杂的曲线。X不是常数而是随H而变，J即不是线性的，也不是单值的，其大小除与矿物性质有关外，还与磁化场变化历史有关。(4)磁铁矿颗粒的磁性与其形状和粒度有关S1-7影响强磁性矿物和矿石磁性的因素仍以磁铁矿为例一颗粒形状的影响：1.组成和结构相同的同种磁铁矿颗粒（物体）的磁性（J.x）与其几何形状和相对尺寸有关。几何形状的影响：长条形比球形磁性强相对尺寸的影响：长度越大的磁性越强2.为什么？因为矿粒磁化后出现两个磁极，它产生与外磁场H方向相反的退磁场H在矿粒内部的有效磁场H比H，即3.H与什么有关？与矿粒本身的磁化强度M成正比H'=NM1式中N一一退磁因子无量纲，其大小与尺寸比m=和几何尺寸有关VS一，几何形状）以列表法表示于P17表2-4函数N=f(m=VS由表看出：（1)影响N值的首要因素是m，其次才是几何形状（在m很小时才显出来）(2)m上升，则N下降(3)N的取值范围SI制0-1；Gs制0~4元(4)如不加条件限制磁选中取矿粒的m=2，此时N值：SI制N=0.16：Gs制N=24.ko与k,x。与x的区别和联系：为区别外加磁场H.和有效磁场（合成磁场或总磁场）HM_ko对于磁铁矿粒：k。=0=即使同种磁铁矿在同一外磁场Ho磁化时，因矿粒尺寸比和形状不同，N值不同，其退磁场H不同，M也不同，因此具有不同的ko和xo值
则需另加能量。 ⑶x=f(H)和 J=f(H)都是复杂的曲线。 X 不是常数而是随 H 而变，J 即不是线性的，也不是单值的，其大小除与矿物性质有关外，还与 磁化场变化历史有关。 ⑷磁铁矿颗粒的磁性与其形状和粒度有关 §1－7 影响强磁性矿物和矿石磁性的因素 仍以磁铁矿为例 一.颗粒形状的影响: 1．组成和结构相同的同种磁铁矿颗粒（物体）的磁性（J. 0 ）与其几何形状和相对尺寸有关。 几何形状的影响：长条形比球形磁性强 相对尺寸的影响：长度越大的磁性越强 2.为什么？ 因为矿粒磁化后出现两个磁极，它产生与外磁场 H 方向相反的退磁场 H 在矿粒内部的有效磁场 H 比 H，即 3.H‘与什么有关？ 与矿粒本身的磁化强度 M 成正比 H = NM ' 式中 N――退磁因子无量纲，其大小与尺寸比 S l m = 和几何尺寸有关 函数 ( ,几何形状) S l N = f m = 以列表法表示于 P17 表 2－4 由表看出： ⑴影响 N 值的首要因素是 m，其次才是几何形状（在 m 很小时才显出来） ⑵m 上升，则 N 下降 ⑶N 的取值范围 SI 制 0－1 ； Gs 制 0～4π ⑷如不加条件限制磁选中取矿粒的 m＝2，此时 N 值：SI 制 N＝0.16； Gs 制 N＝2 4.k0 与 k,x0 与 x 的区别和联系： 为区别外加磁场 H0 和有效磁场（合成磁场或总磁场）H 对于磁铁矿粒： 0 0 0 0 , k H M k = = 即使同种磁铁矿在同一外磁场 H0 磁化时，因矿粒尺寸比和形状不同，N 值不同，其退磁场 H ＇不 同，M 也不同，因此具有不同的 k0 和 x0 值
M为了便于表示比较和评定矿物的磁性，必须消除尺寸比和形状的影响。此时不采用，而采用HoMM即表示矿物的物质体积磁化率H。-HHK即k=MX=H8显然，同种矿物在同等大小的总磁场中磁化时，不管形状和尺寸比如何，其k（或x）必定是相同的，附表中列出的x谈到此，我们可以返回去在前面讲过的公式中区别H和H凡是外加磁场的地方要加下脚的“0”k。和k，x和x的关系是：MMKkHkHko1+ NkH。H+HH+NHH+NkHko=-k+Xo=(1+Nk)1+N8x由此可知：当m很大时(m>30)，N-+0，k=k,xo=x二．矿粒粒度的影响固定场强H改变d测 x=f (d)和 H=f (d)结论：d↓x，H。t在d>0.04mm时粒度影响不大，但d<0.04mm微细矿粒x显著减小，回收困难，而一旦磁化后，消除剩磁困难。为什么？细粒磁畴少，磁畴壁移动减少，磁畴磁矩转动为主，需很多的外磁场才能达到。三。强磁性矿物含量的影响如果矿粒是连生体由强磁性+弱磁性（或非磁性）矿物组成，则此连生体整体的磁性（x）主要取决于其中强磁性矿物的体积百分含量α%，1.x连f(α磁）是一抛物线，其特点：(1)α<20%时x缓慢(2)α=20%时，x=40X10°已属强磁性矿物(3)α>50%时，x迅速增大2．连一f(α磁）的数学模型（经验公式）k连k连=α定义，而仍有连=Q0连ko
为了便于表示比较和评定矿物的磁性，必须消除尺寸比和形状的影响。此时不采用 H0 M ,而采用 ' H0 H M − 即 H M 表示矿物的物质体积磁化率 即 H M k = k = 显然，同种矿物在同等大小的总磁场中磁化时，不管形状和尺寸比如何，其 k(或 x)必定是相同 的，附表中列出的 x 谈到此，我们可以返回去在前面讲过的公式中区别 H0 和 H 凡是外加磁场的地方要加下脚的“0” ｋ0 和ｋ，ｘ0 和ｘ的关系是： Nk N k k Nk k H NkH k H H NH k H H H M H M k + = + = = + = + = + = + = = (1 ) 1 1 0 0 ' 0 0 由此可知：当 m 很大时(m>30)，N→0，k0=k,x0=x 二．矿粒粒度的影响 固定场强 H 改变 d 测 x=f(d)和 H=f(d) 结论：d↓x↓Hｃ↑ 在 d>0.04mm 时粒度影响不大，但 d<0.04mm 微细矿粒 x 显著减小，回收困难， 而一旦磁化后，消除剩磁困难。 为什么？细粒磁畴少，磁畴壁移动减少，磁畴磁矩转动为主，需很多的外磁场才能达到。 三．强磁性矿物含量的影响 如果矿粒是连生体由强磁性+弱磁性（或非磁性）矿物组成，则此连生体整体的磁性（x）主要 取决于其中强磁性矿物的体积百分含量 磁%, 1. 连 ＝f ( 磁 ) 是一抛物线，其特点： ⑴ <20%时 x 缓慢 ⑵ ＝20%时，x=40×10-6 已属强磁性矿物 ⑶ >50%时,x 迅速增大 2. 连 ＝f ( 磁 ) 的数学模型（经验公式） 仍有 连 连 连 ＝ k 定义，而 2 0 = k k连