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

продукта

73-

72

ного поля могут быть использованы для получения концентратов высокой чистоты из железных руд других месторождений.

Исходное питание

Разделение

Н= 150з

Малокремнистыи

железный

концентрат

Доменный

концентрат

Рис. 5.7. Технологическая схема получения малокремшістых железных концентратов из пыли цеха сушки Оленегорской фабрики.

в магнитном поле и получение магиетптовых концентратов с высоким содер­ жанием железа. — Физико-технические проблемы разработки полезных иско­ паемых, 1965, № 2.

2. 3 е л е и о в ГГ. И., А л е й н и к о в Н. А., У с а ч е в П. А. Разделение магиетптовых продуктов в магнитных полях низкой напряжен­

В технологических процессах мокрого обогащения магиетитовых руд получаются продукты сильно обводненные, которые подвергаются сгущению перед дальнейшей их переработкой. К ним относятся концентраты и промежуточные продукты магнитной сепарации, сливы мокрых пылеуловителей при сушке концентра­ тов. В большинстве случаев при сгущении происходит дополни­ тельное удаление нерудных шламов, что в свою очередь приводит к повышению качества концентратов.

Для интенсификации процессов сгущения суспензий минераль­ ных продуктов, содержащих ферромагнитные компоненты, наи­

74

более широкое распространение получили два способа с примене­ нием магнитных полей:

1)предварительное намагничивание суспензии и последующее осаждение ферромагнитных частиц без магнитного поля;

2)выделение ферромагнитных частиц в магнитных полях в раз­ личных гидродинамических условиях.

Вотдельных случаях используется и комбинация отмеченных способов. Применение того или иного способа определяется мине­ ралогическим составом продуктов и технологическим процес­ сом.

К аппаратам, основанным на предварительном намагничива­ нии суспензий, относятся магнитные конуса и дешламаторы с на­ пряженностью поля 200—1500 э [1—6]. Независимо от типа при­ меняемой магнитной системы и ее расположения в этих аппаратах создаются локальные магнитные поля в области магнитопроводов, которые практически не распространяются в рабочем объеме и, следовательно, не оказывают существенного влияния на последую­ щее осаждение предварительно магнитно-коагулированных ча­ стиц.

Анализ работы известных магнитных конусов и дешламаторов

показывает, что образовавшиеся флокулы эффективно осажда­ ются при условии, если скорость восходящего потока в аппарате не превышает 0.5 см/сек. Поэтому удельная производительность конусов и дешламаторов является относительно небольшой и не превышает 2—5 т/час. на 1 м2 рабочей поверхности аппарата. Содержание твердого в сгущенном продукте не превышает 50— 55%, при этом извлечение железа уменьшается с понижением плот­ ности исходной суспензии.

Магнитные сепараторы барабанного пли ленточного типов в операциях сгущения применяются в основном для магнетитовых концентратов из сравнительно плотных суспензий и работают без дополнительной подачи смывной воды. Благодаря конструктив­ ным особенностям и высокой напряженности магнитного ' поля (1000—1500 э) сепараторы имеют удельную производительность до 30 т/м-час. и обеспечивают получение сгущенного продукта с содержанием до 65—70% твердого. Но с понижением содержа­ ния твердого в исходной суспензии на магнитных сепараторах, как и на конусах, возрастают потери железа со сливом вследствие уменьшения магнитного взаимодействия между частицами магне­ тита.

Значительный практический интерес для сгущения разбавлен­ ных суспензий тонкодисперсных частиц магнетита представляет использование гидроциклопов с магнитными системами. В отли­ чие от магнитных сепараторов определяющим разделительным фактором в магнитных гидроциклонах являются центробежные усилия, а силы магнитного притяжения только увеличивают скорость радиального движения ферромагнитных частиц от центра

75

кпериферии гидроциклона. Для поддержания условий разделения

вгидроциклоне напряженность магнитного поля не должна ока­ зывать заметного тормозящего действия на вращение суспен­ зий.

Вгидроциклоне под действием магнитного поля и центробеж­ ных усилий образуется подвижная концентрированная ферромаг­ нитная система, в которую переходят и крупные частицы немаг­ нитных минералов. Таким образом, магнитное поле в гидроцик­ лоне повышает в основном полноту извлечения ферромагнитных минералов, но не оказывает большого влияния на селективность разделения.

Магнитные гидроциклоны применяются для регенерации утя­

желителя при обогащении в тяжелых суспензиях, классификации измельченных железных руд, обесшламливания и сгущения магнетитовых концентратов [7—10]. В зависимости от конкретного назначения гидроциклоны имеют конструктивные различия в маг­ нитных системах, концентраторах магнитного потока и их взаим­ ного расположения [7—16]. В качестве источника магнитного поля используются статоры асинхронных двигателей, соленоиды постоянного или переменного тока и постоянные магниты. В не­ которых конструкциях магнитных гидроциклонов на питающем патрубке предусматривается установка магнитной системы для предварительного намагничивания частиц ферромагнитных мине­ ралов.

Напряженность магнитного поля в рабочем объеме гидроцикло­ нов достигает 1500 э и ее величина определяется в зависимости от магнитных свойств минералов и их крупности. Для выделения магнетита, используемого в качестве утяжелителя при обогаще­ нии известняка, применение электромагнитного гидроциклона

свращающимся полем позволило повысить содержание магнетита в песковой фракции с 68 до 90% при извлечении до 99.9% [17].

Успешно проведены лабораторные испытания пневмоциклона

сэлектромагнитной системой для выделения магнитных примесей из тонкоизмельченного сырья [10]. В качестве источника магнит­ ного поля использовался статор четырехполюсного асинхронного электродвигателя, который устанавливался на цилиндрической

части циклона, изготовленного из немагнитного материала. Для обесшламливания магиетитовых руд разработан гидроцик­ лон с установкой двух параллельно питаемых постоянным током катушек: одной, расположенной на питающем патрубке, и вто­ рой, размещенной на корпусе гидроциклона. С целью повышения эффективности работы катушка, установленная на корпусе гид­ роциклона, выполнена с утолщением к песковому отверстию [11]. Для повышения извлечения ферромагнитных минералов в сгу­ щенный продукт предложен гидроциклои с отдельными кольце­ выми электромагнитами, состоящими из двух кольцевых поло­ вин с канавками, в которые укладывается обмотка. Магнитная

76

система устанавливается на конической части гидроциклона [18]. Для разделеления руд, содержащих минералы различного удель­ ного веса и магнитной восприимчивости, предложен гидроциклон с электромагнитами и выбратором, включаемых поочередно [19]. Высокая эффективность разделения ферромагнитных минералов также достигается при установке электромагнитной системы с коль­ цевым концентратором магнитного потока на сливном пат­ рубке [121.

Для обесшламлпвания ферромагнитных руд разработана кон­ струкция гидроциклона с наружной электромагнитной системой и вмонтированном внутри гидроциклона песковым патрубком из маг­ нитной стали, который перемещается по высоте [7, 8,13]. В другой конструкции гидроциклона для уменьшения потерь железа со сли­ вом в качестве источника магнитного поля использован постоян­ ный магнит, который устанавливается по вертикальной оси гид­ роциклона ниже сливного патрубка [9, 15].

§ 2 . К Г И Д Р О Д И Н А М И К Е Д В И Ж Е Н И Я Ф Е Р Р О М А Г Н И Т Н Ы Х Ч А С Т И Ц В Э Л Е К Т Р О М А Г Н И Т Н О М Г И Д Р О Ц И К Л О Н Е

В гидроциклопе образуется два основных вихревых потока жидкости: в периферической зоне поток, вращаясь с большой ско­ ростью, спирально по стенке опускается к разгрузочному отвер­ стию, а в центральной части образуется вихревой восходящий поток жидкости, который с внутренней стороны огражден воздуш­ ным столбом. Между нисходящим внешним и восходящим внут­ ренним потоками образуются длинные кольцевые вихри. С наруж­ ной стороны сливного патрубка образуется так называемый ко­ ротко-замкнутый поток. Таким образом, в гидроциклоне на ряду с круговыми потоками жидкости действуют радиальные, цирку­ лярные и вертикальные потоки, которые оказывают влияние на разделение.

Основной процесс разделения твердой фазы от жидкой проис­ ходит во внешнем слое с образованием концентрированной сус­ пензии у конических стенок в небольшим объеме.' В этих условиях в гидроциклоне благодаря большим напряжениям нельзя допу­ стить даже локальных взаимосвязанных движений твердых ча­ стиц и жидкости, хотя частицы тонкодисперсной суспензии могут иметь одинаковую тангенциальную скорость [20].

Процесс разделения в основном определяется соотношением тангенциальной и радиальной скоростей движения. Величины тангенциальных и радиальных скоростей движения потоков изме­ няются в зависимости от радиуса гидроциклона, избыточного давления жидкости в нем. Движение жидкости в радиальном на­ правлении имеет волнообразный характер с варьирующей ампли­ тудой на различных уровнях.

77

Тангенциальная скорость в гидроциклоне обратно пропорцио­ нальна радиусу вращения среды и прямо пропорциональна пере­ паду давления по радиусу гидроциклона:

Vj ^ 1 Ар

гpj dr '

где Pj — плотность среды; г — радиус гидроциклона.

Тангенциальная скорость воды в цилиндрической части гид­ роциклона изменяется симбатно динамическому давлению (рис. 6.2).

Экспериментальное определение поля скоростей в гидроцик­ лоне, произведенное различными исследователями, показало, что изменение тангенциальной составляющей скорости в зависимости от радиуса подчиняется уравнению общего вида:

vtrm= c o n st.

Показатель степени т изменяется в пределах от 1 до 0 и не всегда имеет положительное значение. Характер изменения тан­ генциальной скорости вдоль радиуса определяется конструктив-

78

ньши размерами разгрузочных отверстий гидроцнклонаи в меньшей степени зависит от давления на входе и угла конусности [201.

Радиальная скорость изменяется прямо пропорционально радиусу гидроциклона и превращается в нуль на его оси, у стенки гидроциклона и в плоскости разделения нисходящих и восходя­ щих потоков. Великина вертикальной скорости зависит от тан­ генциальной составляющей и угла конусности гидроциклона ß и в первом приближении

ß

ctg у .

Гидродинамика движения суспензий подробно рассмотрена

вработах [20—30]. Радиальная скорость ферромагнитных частиц

ввихревом потоке при приложении магнитного поля может быть представлена в виде

18ң/

=50 э/см) на радиальную скорость частиц магнетита различной крупности, находящихся в гидроциклоне на радиусе 10 см для тангенциальной скорости потока 100 см/сек. показал, что при приложении магнитного поля наибольший относительный прирост радиальной скорости происходит для тонких частиц (0.01 мм) и до­ стигает 300%. С увеличением тангенциальной скорости потока или размера частиц влияние магнитного поля на радиальную ско­ рость частиц магнетита значительно понижается.

Если магнитное поле увеличивает радиальную скорость движе­ ния ферромагнитных частиц по направлению к периферии гидро­ циклона, то тангенциальная скорость их уменьшает. При этом вектор тангенциальной скорости ферромагнитных частиц у поверх­ ности гидроциклона отклоняется в направлении действия магнит­ ного поля на угол а. Величина же тангенциальной силы умень­ шится на cos ос. Для того чтобы ферромагнитные частицы двига­ лись по окружности должно соблюдаться соотношение

(о — р ,) г?

---------------cos а yjl grad Н sin а.

Кроме того, необходимо также учитывать, что при

(р — Р і ) ѵ\

гC O S а < у ff grad ff sin a

магнитные силы окажутся больше сил тяжести и аксиальной со­ ставляющей потока.

Таким образом, из приведенного выше следует, что магнитное поле способствует повышению извлечения в песковую фракцию

79

■особенно тонкодисперсных ферромагнитных частиц и по величине не должно превышать тангенциальную силу.

Структура потоков суспензии в гидроциклоне близка к элек­ тромагнитному сепаратору (глава III), но резко отличается по раз­ витию отдельных потоков и ио их динамическому давлению. Все это приводит к образованию ферромагнитных структур, отличаю­ щихся от наблюдаемых в электромагнитном сепараторе. Эти осо­ бенности определяют работу магнитных гидроциклонов как магнитоцентробежиых аппаратов. Учитывая, что центробежные уси­ лия, при прочих равных условиях, существенно зависят от геометрических параметров самих аппаратов, особого внимания заслуживает разработка новых их конструкций, в которых эффек­ тивно использовались бы в различных соотношениях магнитные, сдвиговые и гравитационные силы.

Для очистки отходящих газов сушки железного концентрата на Оленегорской обогатительной фабрике применяется мокрое пы­ леулавливание. 1

По существующей на фабрике технологии суспензия от газоочи­ стки направляется в наружный отстойник, где и происходит есте­ ственное обезвоживание. Эксплуатация наружного отстойника в в зимний период затруднена и разгрузка концентрата из него осу­ ществляется экскаватором только в летний период.

Одним из возможных путей сгущения железного концентрата из разбавленных суспензий является использование магнитных гидроциклонов с последующим обезвоживанием на вакуум филь­ трах. Учитывая гранулометрическую характеристику концентрата и плотность суспензии, в настоящей работе использован гидро­ циклон из немагнитной стали с малым диаметром (120 мм) и конус­

Высота цилиндрической части гидроциклопа составляла 250 мм, эквивалентный диаметр питающего патрубка 20 мы. При давлении исходной суспензии на питающем патрубке 1.9—2.1 кГ/см2 произ­ водительность гидроциклона составляла по суспензии 50—

60м3/час., а по твердому— 1.7—2.2 т/час.

Для определения влияния конфигурации и напряженности

магнитного поля на процесс сгущения в период промышленных ис­ пытаний использовались различные электромагнитные системы. При предварительном намагничивании суспензии использовались электромагнитные катушки с постепенно увеличивающимся чис­ лом витков. Катушки соединялись последовательно и крепились на питающей трубе, изготовленной из немагнитной стали.

1 Харктеристпка сз'спепзпи приведена в главе V (стр. 69—70).

SO

Рис. 6.5. Характеристика магнитного поля по длине (а) и по радиусу (б) катушки для различной силы потребляе­ мого постоянного тока I.

6 Н. А. Алейников, "П. А. У сачев, П. И. Зеленов

Для повышения напряженности магнитного поля в центре трубы устанавливался концентратор магнитного потока в виде стержня диаметром 10 мм из магнитомягкой стали. Характеристика магнитного поля по оси намагничивающей катушки в зависимости от силы потребляемого постоянного тока приведена на рис. 6.4.

Трубчатый

концентратор

Рис. 6.6. Характеристика магнитного ноля по ра­ диусу (а) и по длине (б) катушки с концентратором магнитного потока.

Постоянное магнитное поле в цилиндрической части гидроцик­ лона создавалось электромагнитной катушкой D X L = 200 X 200 мм.

При силе электрического тока до 15 а внутри катушки образуется магнитное поле сравнительно высокой однородности как по длине, так и по радиусу катушки (рис. 6.5). Сцелью повышения напряжен­ ности магнитного поля в рабочей зоне гидроциклоиа устанавли­ вался концентратор магнитного потока, выполненный из магнит­ номягкой стали в виде трубы диаметром 50 мм и высотой 150 мм. Верхний конец закреплялся на крышке цилиндрической части гидроциклона, а нижняя часть концентратора входила до поло­ вины длины катушки. Установка концентратора позволила резко изменить картину поля внутри гидроциклона. Если без концен­ тратора плотность магнитного потока внутри катушк уменьша­ ется от периферии к центру, то с концентратом максимальное

82