5.1. Магнитная сепарация сильномагнитных минералов.
Для отделения сильномагнитных минералов от немагнитных производится в магнитных сепараторах с открытой магнитной системой. Магнитные силовые линии в этих сепараторах замыкаются через воздушное пространство при сухой сепарации или, при мокрой сепарации, через пульпу, подающуюся в ванну сепаратора.
Магнитная система сепараторов для сильномагнитных минералов (рис.5.1.1) состоит из сердечников, которые заканчиваются полюсными наконечниками. Все сердечники - от 3 до 9 штук - установлены на одном основании, которое называется ярмом. Ярмо закреплено на неподвижном валу, проходящем внутри барабана. Трубчатые оси барабана вращаются в подшипниках, которые, как и вал, установлены на станине.
Барабан изготовлен из нержавеющей стали, т.к. нержавеющая сталь – парамагнетик или очень слабый ферромагнетик. Снаружи барабан гуммирован для предохранения поверхности барабана от абразивного износа.
Зазор между магнитной системой и барабаном выполняется минимально возможным. Всякий паразитный воздушный промежуток сильно снижает магнитную силу поля Fм.с.п. = μ0* *gradH [кА2/м3], где μ0- магнитная проницаемость вакуума (и, приблизительно, воздуха), равная 4π*10-7 Вб/А*м т.к. изменение напряженности поля по нормали к поверхности полюсов приближенно определяется равенством:
Hх = Н0 * е - сх, где: (5.1.2)
Hх - напряженность на расстоянии х от полюсов;
H0 - напряженность у полюсов х= 0;
е - основание натуральных логарифмов;
с - коэффициент неоднородности поля.
Рис.5.1.1. Схема магнитного сепараторах с открытой магнитной системой.
L - длина рабочей зоны,
h – глубина рабочей зоны
Так как силовые линии магнитного поля замыкаются между полюсами, крайне важно выбрать правильно шаг полюсов, который зависит от принципа питания сепаратора и крупности частиц. В сепараторе должен быть один воздушный промежуток или промежуток, заполненный пульпой – это промежуток между поверхностью ванны сепаратора и поверхностью барабана. Напряженность магнитного поля «Н» на поверхности барабана составляет от 60 до 120 [кА/м]; градиент магнитного поля gradH = 2000 кА/м2, а сила поля Fм.с.п. = (3 ÷ 6)*105 кА2/м3.
Магнитная система таких сепараторов может быть представлена электромагнитами, но чаще - постоянными магнитами, выполненными из магнитожестких материалов, сохраняющих свои свойства и, соответственно, сильное магнитное поле в сепараторе в течение 10 - 15 лет и более.
Ранее для изготовления постоянных магнитов использовались сплавы ЮНДК-24 и «Алнико», содержащие до 51,5% железа, 25% никеля, 20% кобальта и 3-5% меди. Стоимость этих сплавов весьма высока, т.к. они содержат дефицитные дорогие металлы – никель и кобальт. С 1960-х годов в обогатительных сепараторах вместо постоянных магнитов из ЮНДК -24 и «Алнико» используются постоянные магниты из более дешевого феррита бария.
В настоящее время феррит бария является основным материалом для изготовления постоянных магнитов. Для его синтеза используется гематит – Fe2O3 (порядка 85% от общей массы) и углекислый барий BaCO3 (порядка 15% от общей массы). Эти материалы измельчают до крупности 100% минус 74 мкм, смешивают в указанных выше соотношениях и спекают при температуре 12000С. Во время спекания накладывают сильное внешнее магнитное поле, под воздействием которого магнитные моменты элементарных носителей приобретают магнитный порядок, который сохраняется в течение длительного времени (до 10 - 20 лет). Такой материал является весьма магнитожестким. Магнитные сепараторы с постоянными магнитами очень удобны в эксплуатации (не нужны катушки, выпрямитель тока, отсутствует потребление электроэнергии для образования магнитного поля). Постоянные магниты в ряде случаев могут иметь стронциевые наконечники, которые увеличивают напряженность магнитного поля сепаратора.