6.7.2. Противоточный режим
Если в питании сепаратора содержится от 30 % до 70 % частиц класса минус 74 мкм, применяют мокрые барабанные магнитные сепараторы, работающие в режиме противотока, т.е. сепараторы ПБМ-П. (Буква П, стоящая после тире показывает, что сепаратор работает в противоточном режиме). При сепарации более тонкого материала флокулы (пряди) увеличиваются по величине. Требуется более интенсивное механическое воздействие, чтобы вымыть из них немагнитные частицы. Противоточный режим организуется так, что исходная пульпа с содержанием твердого 35-40 % подается в ванну сепаратора, немагнитный продукт движется в том же направлении, что и исходное питание, а барабан вращается навстречу. При этом часть исходной пульпы увлекается барабаном (т.е., в основном магнитный продукт), а другая часть пульпы движется в своем направлении. В связи с тем, что глубина рабочей зоны не меняется, то гидродинамический режим в ванне становится интенсивным, т.к. скорость пульпы возрастает.
Противоточный режим можно представить следующим образом:
Магнитный продукт отделяется от основного потока под углом более 900.
6.7.3. Полупротивоточный режим
Полупротивоточный режим работы барабанных мокрых сепараторов применяется, когда содержание класса меньше 74 мкм становится более 70 % и может увеличиваться до 95 %.
Обозначение сепаратора записывается, как ПБМ-ПП. Две буквы «ПП» после тире обозначают, что сепаратор имеет конструкцию ванны, при котором исходное питание – пульпа - подается снизу ванны, а барабан с магнитной системой вращается в направлении, противоположном движению немагнитного продукта. Угол между разгрузкой магнитного и немагнитного продукта составляет около120 0.
Графически это можно представить так:
Таким образом, режим работы мокрых магнитных сепараторов определяется конструкцией ванны и направлением вращения барабана.
6.8. Технологические параметры, влияющие на результаты магнитной сепарации.
Для повышения качества магнитного продукта в барабанных сепараторах с открытой магнитной системой были разработаны сепараторы с высокоградиентной магнитной системой. В частности, одним из примеров является сепаратор ПБМ-93/100 (барабанный мокрый магнитный сепаратор с открытой магнитной системой, прямоточный, диаметр барабана равен 930 мм, длина барабана 1000 мм).
Напряженность магнитного поля на поверхности барабана 127 кА/м, магнитная сила поля F = H*gradH = 3,8*105 кА2/м3, магнитная система девятиполюсная, открытого типа, магниты из феррита бария, полюсные наконечники комбинированные. Размер полюсного наконечника 145*122*124 мм, он состоит из прямого полюса и 4 корректирующих Расстояние между полюсами – 14 мм. Корректирующий блок прикрепляется к основному так, чтобы полярность совпадала с прямым полюсом. Полярность полюсов чередующаяся по периметру барабана. Угол охвата барабана магнитной системой составляет 1310. Градиент напряженности у этого сепаратора на 42 % выше, чем у сепараторов старого образца ПБМ-90/250. Отношение ширины прямого полюса к ширине корректирующего блока по периметру барабана составляет 2,6 : 1.
Более плотная укладка магнитов на единицу рабочей поверхности приводит к повышению удельного расхода магнитов на 40% по сравнению с сепаратором ПБМ-90/250, но напряженность магнитного поля при этом возрастает на 19 - 32 %, а магнитная сила поля – на 52-75 % (см. рис. 6.8.1) Удельная производительность этого сепаратора составляет 70 т/час по твердому с единицы длины зоны разгрузки хвостов.
Рис. 6.8.1. Зависимость магнитного поля в барабанном сепараторе высокого градиента и обычном барабанном сепараторе от расстояния до барабана.
В – магнитное поле [мТл] (миллитесла); dB/dR – градиент (изменение магнитного поля в направлении радиуса); R – расстояние между полюсами [мм].
- зона повышенной энергии в сепараторе с барабаном высокого градиента.
Установка корректирующих полюсов увеличивает магнитную силу поля и сглаживает ее колебания на большую глубину поля, особенно в начале подачи исходной пульпы и, тем самым, сокращает потери магнитного продукта с немагнитным.
Качество магнитного продукта зависит от плотности пульпы в ванне сепаратора. В зависимости от крупности обогащаемого материала она может колебаться от 25 % до 60 %. Кроме того, плотность исходного материала влияет на производительность магнитного сепаратора. Эти два параметра влияют на технико-экономические показатели процесса сепарации и для каждого исходного материала они должны подбираться индивидуально в зависимости от его свойств, в т.ч. от крупности.
При увеличении разжижения пульпы качество магнитного продукта будет повышаться. Это объясняется тем, что снижается сила сопротивления среды при движении флокулы (для сильномагнитных материалов) или единичной частицы к полюсному наконечнику в рабочей зоне сепаратора. Качество хвостов ухудшается, т.к. процесс образования флокул происходит менее интенсивно, уменьшается их размер и увеличивается вынос магнитных частиц в немагнитную фракцию.
Рис.6.8.2. Магнитная индукция пяти – и семиполюсных магнитных систем.
(1 Гс = 10-4 Тл).
Кроме того, магнитное поле по поверхности барабана должно иметь высокую степень однородности и плавно увеличиваться в зоне выгрузки магнитной фракции.
Магнитный материал, находящийся в рабочей зоне, оказывает влияние на топографию магнитного поля.
В противоточных сепараторах поток пульпы в непосредственной близости от поверхности барабана направлен в сторону, противоположную движению основного потока пульпы. Это приводит к следующим последствиям:
- уменьшается эффективная глубина потока и возрастает его скорость;
- сопротивление потока жидкости, транспортирующего магнитные частицы, возрастает,
- поток становится интенсивно турбулентным.
В связи с этим качество магнитного продукта возрастает за счет интенсивного вымывания немагнитных частиц из флокул.
Величина слоя потока хвостов, увлекаемого поверхностью барабана, зависит от величины (глубины) рабочего зазора и удельного расхода пульпы.
Величина силы сопротивления водной среды в десятки раз может превышать магнитную силу.
На интенсивность и глубину магнитного поля влияет диаметр барабана и длина рабочей зоны сепарации.
Для увеличения производительности сепаратора необходимо увеличить интенсивность магнитного поля и длину рабочей зоны. В современных конструкциях сепараторов длина барабана увеличена с 900 мм до 4000 мм, а диаметр – с 600 мм до 1500 (см. рис. 6.8.3). Потери магнитного продукта с хвостами сокращаются при этом в 7 – 10 раз.
Рис. 6.8.3. Сравнение длин рабочих зон при разных диаметрах барабанов сепараторов.
Удельная производительность мокрых сепараторов зависит
- от крупности и плотности питания
- от содержания магнитного продукта в исходном материале
- от конструкции ванны и магнитной системы сепаратора: целесообразно у первых 4 магнитов прикреплять дополнительные полюса той же полярности, что и основной полюс, чтобы сократить межполюсный зазор и увеличить интенсивность магнитной силы.
В рабочей зоне ванны полупротивоточного сепаратора материал располагается следующим образом:
- внизу слой немагнитных частиц,
- выше слой магнитных частиц,
- затем слой сильномагнитныхчастиц.
В этих сепараторах исходное питание подается по касательной к барабану в зону подъема их к разгрузке, к порогу разгрузки магнитного продукта. Поток немагнитного материала поворачивает и движется под магнитным барабаном в сторону, противоположную направлению вращения барабана. В одной из конструкций длина магнитной системы составляет l = 400 мм, диаметр барабана D = 780 мм, шаг полюсов S = 200 мм, угол охвата магнитной системой поверхности барабана α= 110о. Во второй конструкции с полюсами чередующейся полярности шаг полюсов S = 320 мм, α = 150о.
Производительность мокрых сепараторов составляет от 12 до 200 т/час в зависимости от крупности питания. Содержание твердого в питании – 25 ÷ 50 %.
Исходный материал при мокрой сепарации сильномагнитного материала необходимо подготовить, классифицировав по крупности. Обычно классификация идет по классам:
- 6 + 0 мм
- 3 + 0 мм
- 1,5 + 0 мм
- 0,8 + 0 мм
- 0,1 + 0 мм.
Нижний предел крупности в процессах мокрой магнитной сепарации практически отсутствует за счет магнитной флокуляции частиц.
Средняя скорость движения пульпы через рабочую зону сепаратора составляет
,
[м/сек], где: (6.8.1)
Р – удельный расход пульпы на единицу ширины питания, [м3/м];
ρс - плотность жидкости, [г/см3];
μвязк. - вязкость пульпы [Н*сек/м2]. (для воды в системе СИ μ =10-3)
В водной среде ускорение силы тяжести g [м/сек2], действующая на частицу, составит:
g = g0(ρч – ρср)/ ρч , где: (6.8.2)
g0 – 9,8 [м/сек2];
ρч- плотность частицы [кг/м3];
ρс - плотность среды [кг/м3].
Удельная сила сопротивления Fc [Н/кг].среды движению магнитной частицы выражается формулой:
Fc = 18 µвязк vx /(d2 ρс), где: (6.8.3)
ρс - плотность среды [кг/м3];
μвязк - вязкость пульпы [Н*сек/м2]. (для воды в системе СИ μвязк =10-3)
vx – скорость частицы относительно пульпы [м/сек];
d – диаметр частиц [м].
На работу мокрых сепараторов также оказывает влияние:
- уровень пульпы в ванне сепаратора,
- отношение объема выпуска пульпы из хвостового отделения к объему выпуска пульпы из концентрационного отделения ванны сепаратора,
- расход добавочной воды.
Прямоточные и противоточные сепараторы имеют разгрузку немагнитного продукта через регулируемые по величине отверстия, а магнитного продукта - через сливной порог.
Мокрая магнитная сепарация слабомагнитного материала всегда проводится в прямоточном режиме, так как для слабомагнитного материала процесс магнитной флокуляции отсутствует и разрушение флокул не требуется. Каждая частица ведет себя индивидуально, т.к. парамагнитные частицы имеют небольшое число атомов с некомпенсированным зарядом, которые между собой не взаимодействуют.
Слабомагнитные частицы крупностью менее 74 мкм в сепараторах с замкнутой магнитной системой уходят в хвосты. Для обогащения такого материала в 1970-х годах профессорами Кармазиным В. И. и Кармазиным В. В., а также сотрудниками Механобрчермета в содружестве с работниками УГОКа был разработан процесс высокоградиентной сепарации (см. раздел 8).