книги из ГПНТБ / Алейников, Н. А. Структурирование ферромагнитных суспензий

данных типах магнитных сепараторов приводит к увеличению потерь ферромагнитных минералов. В. Г. Деркач [5] приводит ■следующую зависимость между необходимой магнитной силой и скоростью движения ферромагнитных частиц в зоне сепарации:

2!w},

V-o'/J1 gracl н > S + -£2~ >

где h — расстояние по вертикали между частицей и магнитной системой; и0 — скорость движения частицы; L — длина магнит­ ной системы.

С целью разработки условий селективного выделения фер­ ромагнитных минералов исследованы некоторые закономерности по влиянию намагничивания и размагничивания на устойчивость ферромагнитных суспензий. Так, на примере магнетита и ферро­ силиция, измельченных магнетитовых и восстановленных желез­ ных руд из различных генетических месторождений определено влияние напряженности и характера магнитного поля, скорости движения потока суспензии и скорости убывания напряженности поля на степень намагничивания и размагничивания ферромаг­ нитных суспензий [21—24].

Показано, что размагничивание ферромагнитных суспензий достигается в переменных магнитных полях напряженностью

500—600 э с частотой 50—60 гц и grad Н = 5—10 э/см при ско­ рости потока суспензии до 200 см/сек. и времени размагничива­ ния 0.24—0.30 сек. Для размагничивания тонких частиц магне­ тита с коэрцитивной силой более 100 э требуются магнитные поля напряженностью до 900—1000 э и частотой 200—300 гц [21]. Для частиц магнетита, приближающихся к доменным размерам, размагничивание даже в полях до 1000 э и частотой до 500 гц не приводит к полному исчезновению остаточной намагничен­ ности в результате магнитокристаллографической анизотропии минерала, обеспечивающей стабильность вращения вектора на­ магниченности.

Влияние предварительного намагничивания на состояние сус­ пензий магнитных частиц близдоменного размера различной фор­ мы исследовано в работе [25]. На примере порошков разме­ ром 2 мк марки ЗИЛ округленной формы и Т-6 удлиненной формы показано, что суспензия из частиц округленной формы является относительно устойчивой. Кривая осаждения идет от начала ко­ ординат. При обработке суспензии в магнитном поле (Н 2000 э) образуется неустойчивая суспензия, которая быстро расслаи­ вается, а во времени происходит уплотнение осадка. Из суспен­ зий, представленных игольчатыми частицами, образуется сразу же осадок большего объема, чем для сферических частиц. Посто­ янство объема во времени (до 4—5 мин.) указывает на гелеобраз­ ное состояние осадка, которое определяется наличием дально-

10

действующих сил притяжения. При предварительной обработке в магнитном поле суспензии игольчатых частиц осаждение их ускоряется, так как в этом случае увеличиваются силы магнит­ ного взаимодействия между частицами. В этих условиях проис­ ходит образование квазикристаллической структуры осадка сус­ пензии. Добавка золя магнетита к этим суспензиям приводит

ких стабилизации.

Взависимости от магнитных свойств ферромагнетика, его крупности и содержания в суспензии флокуляция может дости­ гать предельного значения при предварительном намагничива­ нии в постоянных полях напряженностью 400—500 э при времени намагничивания 0.1—0.2 сек. и скорости потока суспензии до

250 см/сек. [23].

Для повышения селективности магнитного разделения в по­ лях напряженностью более 500 э разработаны два основных на­ правления:

1)магнитная сегрегация и селективная флокуляция в полях

спостепенно увеличивающейся напряженностью от 50 до 500 э перед сепарацией [26—33];

2)очистка магнитных флокул в зоне сепарации за счет при­ менения высокочастотных и комбинированных магнитных полей, качающихся магнитных систем, вибрации, циркуляции кон­

центрата и др. [5, 14, 18, 19, 36—44].

К новым направлениям в области обогащения относится при­ менение ферромагнитных систем для повышения эффективности разделения. В частности, способность тонкодисперсного магне­ тита избирательно адсорбироваться на поверхности немагнитных минералов положена в основу новых способов магнитной сепара­ ции фосфоритов [45] и угля [46, 47].

Эффективность действия тонкодисперсного ферромагнетика на флокуляцию минеральных суспензий может быть значительно повышена при дополнительной добавке флокулирующих реаген­ тов. Этот процесс положен в основу магнетизирующей флокуля­ ции и последующей сепарации в полях напряженностью 1000— 1100 э тонкоизмельченной окисленной железной руды [48].

В норвежском патенте [49] предложено создание в магнитном поле из магнетитовой или ферросилицивой суспензий «элас­ тичного» слоя. При перемещении по поверхности такого слоя полезного ферромагнитного рудного ископаемого происходит раз­ деление его на тяжелые фракции с магнитными свойствами и лег­ кие немагнитные фракции.

Предлагается [50] производить разделение кускового мате­ риала по удельным весам в ферромагнитной суспензии, об­ разованной в ванне, в которой создается бегущее электромаг­ нитное поле.

и

Л и т е р а т у р а

1. В о и с о в с к п й С. В. Магнетизм. М., «Наука», 1971.

2.В о з о р т Р. Ферромагнетизм. Перевод с английского под ред. Кондорского Е. И., Лившица Б. Г., М., ИЛ, 1956.

3.В о л ь ф а р т Э . Магнитно-твердые материалы. М.—Л., Госэпергоиздат, 1963.

ферромагнитного компонента и размера зерен на магнитные свойства руд и концентратов. — Труды института «Уралмехапобр», 1964, вып. И .

and powdered magnetites: with obser vation on coercive force. — Proc. Phys. Soc., 1943, V. 55.

10. З а й ц е в а Г. M., Ч е р н ы ш е в а Л. В. Результатытермомагпптпых исследований магиетптов Ковдорского железорудного месторожде­ ния. — Тезисы докладов VIII конференции по вопросам постоянного геомаг­ нитного поля, магнетизма горных пород и палеомагнетизма, ч. III. М., Инсти­ тут физики землп АН СССР, 1970.

11. К о и д о р с к и й Е. И. К теории магнитных свойств конгломера­ тов и порошков. — Изв. АН СССР, сер. географ, и геофиз., 1950, т. XIV, № 4.

12. К о н д о р е к и п Е. И. К теории коэрцитивной силы п магнит­ ной восприимчивости ферромагнитных порошков (зависимость от плотности

Магнитная регенерация и сепарация при обогащении руд и углей. М., «Недра», 1968.

■»15. Щ у р к п н Н. А. Магнитные свойства магнетитовых суспензий.— Труды Инст. горючих ископаемых МУП СССР, М., 1967, вып. 23.

16. D а V i d W e s t o n . Grinding of magnetic ores. — Патент США, Cl. 241-25, № 3150068, 1970.

17.L a u r i a 1 a E. Zur Theorie der trockenen Magnetischen Aufbereitung des feiniverteilten starkmagnetischen Materials. — Ann. Acad. Sei. Fennicae, 1954, Ser. A, Math-Phys., 171.

18.L а u r i a 1 a E. On the Behavior of Magnetie Powder in Rotating

Magnetie Field. — Ann. Acad. Sei. Fennicae, 1959, Ser. A, VI, Phys., 34.

19.L a u r i a l a E. On the Magnetie Permeablity of mixtures containinr Ferromagnetic Materials. — Ann. Acad. Sei. Fennicae, 1961, Ser. A, VI, Phys., 70.

20.К a p и a 3 п и В. В. Некоторые закономерности магнитной фло­ куляции топкодисперсных сильномагнитных материалов. — В кн.: Электри­ ческие и магнитные методы сепарации. М., «Наука», 1965.

21. В и л л и а м е М. Ф., Х е н д р и к с о н Л. Г. Размагничивание магнетитовых пульп. Перевод Деркача В. Г. — Труды института «Механобр», Л., 1957, вып. 101.

22. Д е р к а ч В. Г., Г а л е в с к а я Т. Н. Исследование процесса намагничивания и размагничивания магнетитовых руд и ферросилиция. —

12

и восстановленных железных руд. — Обогащение полезных ископаемых, Киев, 1968, вып. 3.

ние золей и суспензий в магнитном поле. — В км.: Исследования в области поверхностных сил. М., «Наука», 1964.

Сухая магнитная сепарация с применением магнитного расслаивания. — Труды института «Уралмеханобр», Свердловск, 1961, вып. 8.

28. К в а с к о в А. . П., Л о м о в ц е в Л._ А. Магнитная сепарация железных руд в слабом поле с предварительным подмагиичиванием. — Изв. вузов, Горный журнал, 1967, № 9.

29.Ф о с т е р Ф. Значение запаздывания магпетизацип в процессе магнитной сепарации. — Экспресс-информация. «Обогащение полезных иско­ паемых», 1964, № 32.

30.F r a s s F o s t e r . Magnetic separator with a combination field. — Патент США, Cl. 209-214, № 3382977, 1968.

ления глубокого обогащения тонковкраплепных железных руд. М., «Наука», 1964.

магиетитовых руд. — Обогащение руд, 1962, № 5.

37.К а р м а з и н В. В. О возможности интенсификации магнитного обогащения. — В кн.: Теория и практика электрических и магнитных мето­ дов сепарации полезных ископаемых. М., «Наука», 1968.

38.В л а д и м и р о в Т. Е. Электромагнитный сепаратор. Авт. свид.,

№180535. — Бюлл. изобретений, 1966, № 6.

39. Р и с к н и М. А., В п и к е Л. К., Л е р п е р В. С. Резуль­ таты лабораторных и промышленных испытаний опытных образцов электро­ магнитных сепараторов переменного тока. — Горнодобывающая промышлен­ ность Казахстана, 1962, № 6.

40.R u n o l i n a U r n i a s . Dry magnetic separation of finely ground magnetite in a rotating magnetic field. — Acta polytechn. Scand. Chem. und Metallurgy Ser., 1961, № 16.

41.В л а д и м и р о в T. E. Исследование процесса магнитной сепа­ рации во вращающемся электромагнитном поле. — Труды Кузнецкого инсти­ тута «Углемашобогащение», 1965, вып. 3.

42.Е г о р о в Н. Ф. Исследование процесса мокрой магнитной сепа­ рации и создание высокопроизводительных барабанных магнитных сепара­ торов. — Автореф. канд. дисс. Л., 1970.

43.Б о г д а н о в и ч А. В. Исследование электрических и техноло­ гических параметров работы сепараторов с бегущими магнитными полями. — Автореф. канд. дисс. Л ., 1971.

13

44. К а р м а з и н В. И., И с к у м о и к о В. М. и др. Сепарация

вкомбинированном магнитном поле. — Цветные металлы, 1967, № 4.

45.К и а у с О. М. Способ разделения немагнитных минералов в маг­ нитном поле. — Цветные металлы, 1966, № 4.

46. А д а м о в Г. А., А н д р е с У. Ц. и др. Способ обогащения мелких фракций каменных углей. Авт. свпд. № 135433. — Бюлл. изобрете­ ний, 1961, № 3.

47. Р е м е с и ц к о в И. Д. Магнитная сепарация угольной мелочи без магнитных добавок и с добавками. — В кн.: Обогащение и комплексное использование топлива. М., «Недра», 1965.

48. Ш н и к о р е и к о С. Ф., Б о и д а р а ш е к Л. Г. Магнетизи­ рующая флокуляция тонкопзмельчеиной окисленной железной руды и сепа­

с образованием двух- и многофазных дисперсных систем. Ти­ пичным в этом отношении процессом является процесс пенной селективной флотации, который может сопровождаться образо­ ванием многофазных систем.

Структурирование в ферромагнитных суспензиях под влия­ нием магнитного поля и появление при этом новых свойств сис­ тем имеет большое значение для промышленного обогащения руд, содержащих в своем составе магнитые минералы. Существую­ щие промышленные магнитные методы сепарации руд заключа­ ются в концентрации ферромагнитных частиц из водного потока суспензии на намагниченной поверхности (500—1200 э) с после­ дующим их удалением.

Оказывается, разделение водных суспензий ферромагнитных руд можно осуществить в потоке без осаждения магнитной фрак­ ции на намагниченной поверхности. Технологические процессы такого разделения в магнитном поле описываются в гл. III. Основными факторами этих процессов является структурирова­ ние суспензий в динамических условиях под влиянием магнит­ ного поля.

§ 1. СТРУКТУРИРОВАНИЕ В ВОСХОДЯЩИХ ПОТОКАХ

М. В. Филиппов изучил и описал [1—3] псевдоожиженные состояния слоев дисперсных ферромагнетиков (магнетита, фер­ ритов железа) в восходящих аэро- и гидродинамических пото­

14

ках в продольных однородных переменных (50 гц) магнитных по­ лях напряженностью в пределах 0—150 э.

По визуальным наблюдениям М. В. Филиппова вначале при малых скоростях потока слой ферромагнетика остается в маг­ нитном поле неподвижным. В этом случае силы магнитного при­ тяжения между частицами превышают гидродинамические. С уве­ личением скорости потока наступает псевдополимерное состоя­ ние слоя, в котором наблюдается ориентация частиц вдоль си­ ловых линий поля и образование вытянутых их скоплений, пред-

Рпс. 2.1. Границы полного псевдоожижения слоя частиц магнетита различной крупности, выраженной через кри­ терий Архимеда Аг от параметра Ма' [3].

ставляющих как бы комплексы полимеризованных молекул. Псевдополимерное состояние слоя с увеличением скорости по­ тока переходит в область псевдоожижения. Псевдоожиженный слой при дальнейшем увеличении скорости потока подвергается разрушению с выносом частиц из системы.

Для количественного определения состояния магнетитового слоя были приняты критерии Рейнольдса и Архимеда

15

фективной магнитной проницаемости и Др — сопротивления взве­ шенного слоя:

paH2hn Ма &pd

где Н — напряженность однородного поля; ha — начальная вы­ сота взвешенного слоя магнетита в колонне.

Критерий Ма представляет собою отношение плотности маг­ нитной энергии слоя к его сопротивлению на высоте в один эф­ фективный диаметр частицы в начале взвешивания.

Н,з Ма

Рпс. 2.2. Фазовая диаграмма для взвешенного

Ма, Re и Аг можно описать состояние слоя дисперсного ферро­ магнетика в гидродинамическом потоке в однородном магнит­ ном поле. Эмпирические зависимости между критериями для час­ тиц магнетита с эффективными диаметрами — 0.009, 0.012, 0.023 и 0.03 см представлены на рис. 2.1, из которого видно, что чем больше диаметр частиц (больше Аг), тем большее на них оказы­ вает влияние магнитное поле при повышенных значениях Re. В общем виде М. В. Филлипповым была дана качественная фазо­ вая диаграмма (рис. 2.2) для постепенного изменения состояния слоя ферромагнетика в магнитном поле малой напряженности.

Определенный интерес представляет структурированный мало­ подвижный слой — псевдополимерный. Его образование в маг-

16

нитном поле при пористости е > 0.65—0.7 сопровождается осе­ данием и соответствующим подъемом после прекращения дейст­ вия поля. Переход в псевдоожиженное состояние происходит при больших величинах критических скоростей потока ѵк, чем без поля. Вязкость псевдополимерного слоя значительно выше, чем псевдоожиженного без поля.

Эффективная магнитная проницаемость щ взвешенного слоя магнетита различной крупности (указанной выше) определялась при близком направлении векторов В и Н как отношение [4]:-

В

■Рз

Измерениями было установлено, что эффективная магнитная проницаемость взвешенного слоя увеличивается с повышением напряженности поля как при увеличении концентрации частиц в нем, так и при его расширении (рис. 2.3 и 2.4). Эти эффекты были объяснены формированием в структуру останавливающихся частиц под влиянием поля и уменьшением размагничивающего фак­ тора. Эффективная магнитная проницаемость дпсперсной системы оказывает определенное влияние на ее образование в динами­ ческих условиях.

Наблюдения М. В. Филиппова были развиты в направлении определения поведения ферромагнитного слоя в поперечном постоянном магнитном поле малой напряженности в зависимости от скорости восходящего потока, напряженности поля и раз­ мера частиц. В этом случае ферромагнитная система имела боль­

На рис. 2.5 представлена схема прибора, на котором прово­ дились измерения. В колонку 1 из полиметилметакрилата и стекла сечением 28 х 28 мм и высотой 550 мм на поддерживающую брон­ зовую сетку 2 помещалась навеска магнетита весом 30 г. Вода под определенным гидростатическим давлением поступала в ко­ лонку снизу через коническую насадку 3 и сливалась из колонки через трубку é в воронку 5. Колонка устанавливалась между

Рис. 2.5. Схема установки для определения давления во взвешенном слое магнетита.

полюсными наконечниками 6 размером 100 X 150 мм электро­ магнитной системы 7. Перепад давления Ар в колонке измерял­ ся на уровне полюсных наконечников манометром 8, а высота слоя — линейкой 9.

Питание электромагнитной системы осуществлялось постоян­ ным током. Напряженность поля между полюсами в зависимости от силы тока I вдоль вертикальной оси симметрии у определена

18

Визуальными наблюдениями было установлено четыре об­ ласти состояния в зависимости от напряженности поля и скорости восходящего потока (рис. 26): неподвижное {IV), малоподвижное (III), взвешенное {II) и область выноса частиц из слоя (/). Для частиц малого размера (—0.02 мм) эти области существуют в по­ лях большей напряженности и меньшей скорости потока, чем для крупных частиц

(—0.5 + 0.4 мм). С увеличе­ нием напряженности поля для любого состояния слоя тре­ буется все увеличивающаяся скорость потока.

Более достоверным изме­ рением, характеризующим состояние дисперсного слоя, можно считать перепад да­ вления в слое в зависимо­ сти от скорости восходящего потока V и напряженности магнитного поля Н. На рис. 2.7 (а, б) и 2.8 (а, б) пред­ ставлены результаты наблю­ дений для суспензий магне­ тита различной t крупности.

Увеличение Др до макси­ мума для всех значений Н характеризует стремление системы к некоторой упо­ рядоченности своей струк­

туры под влиянием поперечного магнитного поля. В отсутст­ вие поля такой эффект наблюдается в небольшом размере, но он также может быть оценен структурным фактором. Для одного размера частиц величины Ар в максимуме при различных Н при­ близительно соответствуют одной и той же скорости потока, что в свою очередь может характеризовать образование одного итого же типа малоподвижных структур. Эти структуры, вытянутые вдоль силовых линий в виде цепочек и взаимосвязанные в объеме, не­ обходимо рассматривать как предельно флокулированные. При этом, чем больше размер частиц, тем больше наблюдается пере­ пад давления, что соответствует затрате усилий на перемещение частиц и преодоление сопротивления фильтрующегося слоя. С увеличением напряженности поля уменьшается площадь пор