土壤热磁组分分选仪的研制

邓艳龙， 魏建山， 李　可， 王晓刚， 赵志华

(中国地质科学院　地球物理地球化学勘查研究所，廊坊　065000)



土壤热磁组分分选仪的研制

邓艳龙， 魏建山， 李可， 王晓刚， 赵志华

(中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，廊坊065000)

摘要：为了更好地解决化探新技术新方法研究中土壤热磁组分提取和分选问题，开发研制完成土壤热磁组分分选仪。分选仪包括线性稳流电源和串联磁路两部分，通过改变电流大小，实现了对磁感应强度的连续调整。经过分选实验验证该分选仪稳定性好，分选精度高，能够满足科研需要。

关键词：土壤热磁组分； 分选仪； 磁路； 标准差

0前言

热磁技术是上世纪70年代提出的一种偏提取技术[1]，其原理是经过热磁化处理使土壤中的非晶质铁锰氧化物转变成具有磁性的物质(土壤热磁组分)，然后利用磁力将土壤热磁组分从土壤中分选出来进行分析测试，目的是强化地球化学异常，解决覆盖区地球化学勘查难题[2-3]。在土壤热磁组分测量技术中，磁分选是一个关键技术环节，但是目前市场上尚没有能够满足土壤热磁组分测量技术研究的磁分选仪。为此根据地球化学勘查方法技术研究的实际需要，开发研制了土壤热磁组分分选仪，分选试验结果证实，分选仪分选稳定性好，不仅实现了项目预期研究目标，而且也满足了地球化学勘查新技术研究和推广的需要。

1分选仪的设计

分选仪主要包括线性稳流电源和串联磁路两部分，通过调节线性稳流电源改变电流大小，实现对串联磁路中磁感应强度在500 Gs～20 000 Gs范围内的连续可调。

1.1线性串联稳流电源的设计

线性串联稳流电源具有输出电流范围宽、结构简单，响应快、电流波纹小等特点[4]，它可以增加分选仪的稳定性，减少干扰。项目中设计了一个输出电流可调范围为0 A～6 A的线性稳流电源。电源系统的结构框图如图1所示,系统主要由调压器、变压整流、滤波电路、比较器等组成。

图1　电源系统结构框图Fig．1　Block diagram of the power system

调压器可以保证调整管在任意电流输出情况下的压降始终在允许范围内，通过调整基准电压的幅值，达到调节电流输出的目的。

变压器的作用是将调压器输出的电压变为整流电路所需的输入电压,经过整流电路后输出的电压波纹仍然比较大。将整流后的电压输入滤波电路，以降低输出电压波纹，保留其中的直流部分[5]。图2为单相桥式整流滤波电路原理图。

图2　单相桥式整流滤波电路原理图Fig．2　Single-phase bridge rectifier filter circuit schematics

经过整流滤波得到的电压波纹还不能满足设计要求，这时需要加入稳流电路来对电流波纹进行调整[6](图3)。

图3　稳流电路原理图Fig．3　Steady flow circuit schematics

稳流电路包括采样电阻、基准电压、调整管、推动管、比较放大器、外部电源等几部分。这样的设计可以通过改变基准电压的方式来调节电流输出，使输出电流达到设计需要。

1.2磁路的设计

设计磁路的磁感应强度B最大为 20 000 Gs( 2 T )，采用2组电磁铁串联磁场叠加方式，每组磁感应强度为 10 000 Gs( 1 T )。磁路采用工业纯铁，每组磁路长度L为0.14 m，其结构见图4。

图4　分选仪磁路结构图Fig．4　Sorter magnetic structure diagram

根据软磁材料性能可知，相对磁导率μr=150[7]，根据公式

(1)

可求得此时铁磁材料的磁导率μ为式(2)。

μ=150μ0

(2)

其中μ0=4π×10-7H/m。

而铁磁材料磁导率又符合公式：

(3)

变换后得到公式(4)。

(4)

然而在粗细均匀的磁路中，磁场强度可以表示为：

(5)

其中N为线圈匝数。

将式(5)带入式(4)中可得式(6)。

(6)

将上述已知参数带入式(6)可求得

基于以上设计，完成分选仪磁路的制作。

电流与磁感应强度之间的对应关系如图5所示。由于漏磁等因素的影响，通过最大电流6 A时,磁感应强度略小于 20 000 Gs。

图5　电流-场强关系曲线Fig．5　Current - field intensity curve

2分选实验

磁分选的原则是以提高磁性较强部分的回收率和满足分析要求为前提，尽量保证磁性组分的强度和无磁组分分离的“纯净”[8]，因此对分选仪的磁感应强度稳定性要求较高。

为了验证磁分选仪的稳定性，进行了分选实验。实验样品从内蒙古自治区东乌珠穆沁旗洛恪顿铁矿试验区采集的1 430件样品中随机抽取10件，经热磁化处理后，每件样品各取100 g进行分选实验。

分选结果的精确度用标准差来衡量，标准差是反应一组数据离散程度最常用的一种量化形式，是表示精确度的重要指标。实验分别在5 600 Gs、10 600 Gs、15 600 Gs磁感应强度下进行分选，同一件样品在同一磁感应强度下分别重复分选3次，然后计算3次分选重量的标准差,分选结果见表1。

表1　分选实验结果统计表

从表1可以看出,各个磁感应强度下分选结果的标准差在0.10～0.21之间，分选仪稳定性较好，能够在各种磁感应强度下比较精确地分选出对应的热磁组分，实现了元素富集的目的，满足了科研需要。

3结论

1) 项目中设计制作了一个输出电流可调范围为0 A～6 A的线性稳流电源和一个串联磁路，通过调节线性稳流电源改变电流大小，可以实现对串联磁路中磁感应强度在500 Gs～20 000 Gs范围内的连续可调。

2)分选实验对随机抽取的10件样品，在3种磁感应强度下分别进行了3次分选，并计算出各样品在每种磁感应强度下分选重量的标准差。标准差范围在0.10～0.21之间，说明分选仪精确度高，稳定性好，能够在给定的磁感应强度下比较精确地分选出对应的热磁组分，可以满足科研需要。

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Study of the soil thermomagnetic sorter

DENG Yan-long， WEI Jian-shan， LI Ke， WANG Xiao-gang， ZHAO Zhi-hua

(Institute of Geophysical &Geochemical Exploration，CAGS，Langfang065000, China)

Abstract:In order to better solve geochemical study of a new techniques and methods of soil thermomagnetic component extraction and separation issues, the soil thermomagnetic component sorter is developed. Sorter including two parts of linear constant current power supply and series connection magnetic circuit. Adjusted by changing the current size of the magnetic induction intensity, after sorting experiments verified the sorter high stability and sorting accuracy can meet research needs.

Key words:soil thermomagnetic component； sorter； magnetic circuit； standard devia-tion

中图分类号：P 631.2

文献标志码：A

DOI：10.3969/j.issn.1001-1749.2016.01.16

文章编号：1001-1749(2016)01-0108-04

作者简介：邓艳龙(1981-)，男，工程师，主要从事地质仪器研发工作，E-mail：dengyanlong@igge.cn。

基金项目:中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所所长基金科研计划(AS2011P07)

收稿日期：2014-07-09改回日期：2014-12-20