- •1. Физические основы метода магнитного обогащения.
- •1.1. Сущность магнитного метода обогащения.
- •1.2. Магнитное поле и его напряженность.
- •1.3. Магнитная индукция.
- •1.4. Магнитные силовые линии.
- •2. Магнитные свойства вещества
- •2.1. Магнитные моменты электронов и атомов.
- •2.2. Физическая классификация магнетиков
- •2.2.1. Диамагнетизм
- •2.2.2. Парамагнетизм
- •2.2.3. Ферромагнетизм
- •2.2.4. Гистерезис.
- •2.2.5. Классификация минерального сырья в обогащении
- •3. Зависимость магнитных свойств сильномагнитных минералов от формы частиц.
- •3.1. Магнитные свойства минералов.
- •4. Магнитные поля сепараторов. Вывод уравнения магнитной силы.
- •4.1. Магнитная сила, действующая на частицы в магнитном поле.
- •4.2. Магнитные поля сепараторов.
- •5. Магнитные системы сепараторов. Открытая и замкнутая системы, их параметры. Применение постоянных магнитов.
- •5.1. Магнитная сепарация сильномагнитных минералов.
- •5.2. Магнитная сепарация слабомагнитных минералов.
- •5.3. Магнитная сепарация мелкого и тонкого магнитного материала.
- •6. Характеристика сил при разделении минералов в магнитных полях при сухом и мокром обогащении. Уравнения динамики движения частиц в магнитных полях сепараторов.
- •6.1. Изучение динамики движения руды и пульпы в сепараторах позволяет:
- •6.2. Движение частиц в сепараторах с верхним питанием.
- •6.3. Движение частиц в сепараторах с нижним питанием
- •6.4. Уравнение при вертикальном движении частиц.
- •6.6. Быстроходная магнитная сепарация.
- •6.7. Мокрая сепарация сильномагнитного материала.
- •6.7.1. Прямоточный режим
- •6.7.2. Противоточный режим
- •6.7.3. Полупротивоточный режим
- •6.8. Технологические параметры, влияющие на результаты магнитной сепарации.
- •7. Классификация сепараторов, выбор, расчет
- •7.1. Общие закономерности устройства магнитных сепараторов.
- •7.2. Классификация сепараторов по напряженности магнитного поля.
- •7.3. Классификация сепараторов по особенностям среды разделения.
- •7.4. Классификация сепараторов по способу подачи питания в рабочую зону.
- •7.4.1. Сепараторы с верхней подачей.
- •7.4.2. Сепараторы с нижней подачей.
- •7.5. Классификация сепараторов по направлению движения руды и способу удаления продуктов обогащения из рабочей зоны.
- •7.6. Классификация сепараторов по поведению магнитных частиц в магнитном поле.
- •7.6.1. Сепараторы с магнитным перемешиванием.
- •7.6.2. Сепараторы без магнитного перемешивания.
- •7.7.2.3. Производительность сепараторов для мокрой магнитной сепарации.
- •8. Высокоградиентная сепарация. Феррогидростатическая сепарация.
- •8.1. Основы высокоградиентной сепарации.
- •8.1.3. Особенности практического применения высокоградиентных сепараторов.
- •8.2. Основы феррогидростатической сепарации
- •8.2.1. Теоретические основы фгс - сепарации.
- •8.2.2. Материалы, применяемые в фгс – сепарации.
- •8.2.4. Практическое применение фгс – сепарации.
- •8.3. Основные сведения о явлении сверхпроводимости.
- •Единицы измерения и размерность основных величин в системе си.
- •Удельная магнитная восприимчивость минералов.
- •Удельная магнитная восприимчивость слабомагнитных и немагнитных минералов χ, 10-8 [м3/кг]
- •Конструкции магнитных сепараторов различных видов.
- •Технические характеристики магнитных сепараторов.
8. Высокоградиентная сепарация. Феррогидростатическая сепарация.
8.1. Основы высокоградиентной сепарации.
8.1.1. Обоснование существования нижнего предела крупности в процессах магнитного обогащения в обычных сепараторах.
Удельное сопротивление водной среды движению частиц возрастает при уменьшении их крупности. Для частиц с размером d < 0,1 мм с некоторым приближением применим закон Стокса. Добавочная удельная сила сопротивления среды движению магнитной частицы в направлении равна:
Fc= 18 μ*vx /(d2* σт ), где: (8.1.1.1)
μ - вязкость среды (для воды μ = 10-3 [н*сек/м2] = 0,01 пуаз);
vx – скорость движения магнитных частиц в направлении [м/сек];
d - диаметр частицы [м];
σт - плотность частицы [кг/м3].
Удельная сила тяжести g0, действующая на частицу в среде, равна:
g0 = g*(σт – σж)/ σт, где σж - плотность среды. (7.7.2.3.5)
Опуская ряд преобразований, определим нижний предел крупности магнитных частиц, которые можно извлечь при заданных параметрах рабочей зоны:
,где: (8.1.1.2)
v0 - скорость частицы вдоль рабочей зоны.
Из (8.1.1.2) видно, что снижение крупности извлекаемых частиц d возможно только при:
- увеличении магнитной силы Fмагн и/или длины рабочей зоны L;
- уменьшении глубины рабочей зоны h и/или скорости частицы v0 вдоль рабочей зоны.
Дополнительные возмущения потока жидкости, связанные с движением рабочих деталей (валок, ролик) в пульпе также приводят к ухудшению процесса разделения мелко- и тонкозернистых частиц.
Слабомагнитные минералы в отличие от сильномагнитных минералов в магнитном поле не подвержены процессу магнитной флокуляции, т.е. процесса псевдоукрупнения магнитных частиц не происходит. В связи с вышеизложенным частицы слабомагнитных минералов размером меньше 74 мкм в сепараторах с сильным полем (сепараторы ЭВМ-36/100 и аналогичные) не выделяются. Они попадают либо в немагнитный продукт сепаратора, либо в слив сепаратора. Это, как правило, минералы редких металлов - титана, вольфрама, тантала, ниобия, но в указанные выше продукты также могут попадать частицы марганцевых минералов и слабомагнитных окислов и гидроокислов железа – гематита и лимонита.
8.1.2. Общие принципы работы высокоградиентных сепараторов.
Для обогащения тонкоизмельченных слабомагнитных руд в СССР в 1939 г. была предложена конструкция высокоградиентного сепаратора (сепаратор с ферромагнитными телами).
В рабочей зоне высокоградиентного сепаратора находится ферромагнитный заполнитель в виде тел из углеродистой стали или магнитной нержавеющей стали. В сепараторах непрерывного действия ферромагнитные тела заполняют ротор, разделенный на секции. Секции поочередно входят в пространство между полюсами электромагнитной системы, и тела в каждой секции поочередно намагничиваются и размагничиваются. Пульпа пропускается через слой ферромагнитных тел, заполняющих секцию ротора, в то время, когда они намагничены. Немагнитные частицы вместе с основной массой воды проходят по каналам между намагниченными телами и разгружаются в соответствующий сборник. Магнитные частицы притягиваются к намагниченным телам. При вращении ротора (как правило, с частотой 3 – 4 об/мин) секция выходит из зоны действия магнитного поля, ферромагнитные тела размагничиваются и магнитные частицы смываются в сборник магнитного продукта (см. рис. 8.1.3.1).
Ферромагнитные тела, заполняющие рабочую зону сепаратора, должны удовлетворять следующим требованиям:
- материал, из которого они изготовлены должен быть магнитомягким, т.е. иметь малую остаточную магнитную индукцию,
- иметь очень небольшие размеры и малый радиус кривизны;
- ферромагнитный заполнитель должен быть коррозионностойким и экономически доступным, долговечным при использовании. Регенерация ферромагнитного заполнителя производится обычно не чаще 1 раза в 3 месяца.
Как правило, ферромагнитный заполнитель представляет собой пакеты сеток с диаметром проволоки не более 3 мм. Возможно заполнение рабочей зоны шариками, дробью, рифлеными пластинами (см. рис. 8.1.2.1).
В связи с тем, что ферромагнитные тела имеют очень малый радиус кривизны, на поверхности ферромагнитных тел происходит весьма значительная концентрация магнитных силовых линий и увеличение градиента напряженности магнитного поля gradH в 10 – 100 раз. Следовательно, при той же напряженности магнитного поля на полюсах сепаратора, наличие ферромагнитного заполнителя между полюсами электромагнитной системы позволяет увеличить величину магнитной силы H*gradH на поверхности ферромагнитных тел и на небольшом расстоянии от них в 10 – 100 раз (см. рис. 8.1.2.2). (В обычных сепараторах с замкнутой магнитной системой магнитная сила поля составляет (5 – 12)*107 кА2/м3).
Рис. 8.1.2.1.
Ферромагнитные тела – заполнитель рабочей зоны ФГС – сепаратора.
Следует еще раз подчеркнуть особенности высокоградиентных сепараторов.
1) Наличие ферромагнитных тел с малым радиусом кривизны в рабочей зоне сепаратора приводит к весьма значительному увеличению градиента напряженности магнитного поля и, следовательно, магнитной силы.
Магнитная проводимость межполюсного пространства из-за присутствия ферромагнитного заполнителя увеличивается и поэтому H ≈ B. Магнитная сила может определяться по формуле:
, где В – индукция магнитного поля, [Тл];
S – площадь контакта частицы обогащаемого материала с ферромагнитным заполнителем, м2;
μ0 - магнитная проницаемость вакуума = 4 π*10-7 [Вб/А*м].
В рабочей зоне индукция составляет от 0,5 до 1,5 тесла.
Рис. 8.1.2.2 . Распределение магнитных полей около ферромагнитных тел малого радиуса кривизны. 1 [А/м] = 4 π *10-3 [э], т.е. 80 [э] ≈ 6300 [А/м]
2) Наличие ферромагнитных тел малого размера приводит к значительному сокращению глубины рабочей зоны сепаратора (до 1,2, - 2.5 мм). Так как исходный материал практически течет по поверхности ферромагнитного заполнителя, происходит снижение сопротивления среды в направлении движения магнитных частиц к ферромагнитным телам. Для сравнения, в сепараторах с замкнутой магнитной системой ЭВС-36/100 и ЭВМ-36/250 глубина рабочей зоны составляет 6 – 12 мм.
3) Исходная пульпа, содержащая около 30 – 35 % твердого протекает через рабочую зону сепаратора со скоростью 0,3 – 0,4 м/сек, тогда как в сепараторах ЭВМ-36/100 скорость пульпы составляет 1,4 – 1,6 м/сек (для достижения необходимой производительности сепаратора 10 – 15 т/час, необходимых по техническим расчетам). Это означает, что пульпа движется практически в ламинарном режиме с минимумом завихрений, что улучшает условия извлечения слабомагнитных тонкозернистых частиц.
Диаметр ротора промышленных сепараторов обычно составляет 1 ÷ 3 м. Высота ротора Н равна 200 – 300 мм. Активная длина рабочей зоны (там, где происходит набор магнитных минералов – 60-80 мм.) Производительность сепаратора пропорциональна второй степени диаметра ротора и для сепаратора с трехметровым ротором равна приблизительно 100 т/час. Сепараторы выпускаются одно- и двухъярусные. На нижнем роторе осуществляется перечистка немагнитной фракции.
Зазор между ротором и полюсами должен выполняться минимальным во избежание рассеивания магнитного поля и, соответственно, потерь энергии.