Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физические основы и практика магнитных и электрических методов обогащения. Учебное пособие.pdf
2. Практика магнитного обогащения
Для определения магнитной восприимчивости сильномагнитных
минералов применяют метод Гуи. Он основан на измерении силы,
действующей на измельченный образец, помещённый в длинный
стеклянный цилиндр. Стеклянный цилиндр располагают в соленоидную катушку так, что один конец будет находиться в сильном магнитном поле, а другой – в слабом (рис. 3, б). При этом цилиндр будет
втягиваться в соленоид с усилием, зависящим от магнитных свойств
образца.
Магнитная сила, втягивающая цилиндр внутрь катушки,
F
= g Δm = 0,5 μ0 χ ρн S (
м
H
2
–
H
2
),
1
(15)
где g – ускорение свободного падения, м/с2;
Δm – кажущийся прирост массы образца в магнитном поле, кг;
χ – удельная магнитная восприимчивость образца, м3/кг;
ρн – насыпная плотность образца, кг/ м3;
S
– площадь сечения образца, м2;
Н, Н
– напряжённость сильного и слабого магнитных полей, А/м.
1
Задача эксперимента заключается в определении Δm при l –
длине образца в трубке, м, и последующем вычислении χ по формуле
χ = 2l g Δm / (μ
2
H
m). (16)
0
Этот метод позволяет определить не только удельную магнитную восприимчивость, но и значения намагниченности с магнитной
индукцией образца для построения петли гистерезиса.
2.1.2. Магнитная флокуляция
Магнитная флокуляция – это процесс образования агрегатов из
сильномагнитных частиц в магнитном поле для снижения свободной
магнитостатической энергии.
Она повышает производительность сепараторов и сгустителей,
извлечение сильномагнитных частиц и селективность дешламации,
однако, препятствует процессу гидравлической классификации.
21
Физические основы и практика магнитных и электрических методов обогащения
Ее оценивают степенью флокуляции:
ψ =
где
Q
– количество сфлокулировавшегося материала;
ф
Q
– количество материала, способного к флокуляции, в сус-
Q
/ Q, (17)
ф
пензии.
Практически степень флокуляции определяют как отношение
количества сильномагнитной фракции в сливе восходящего потока
воды в данном опыте к количеству этой же фракции в сливе того же
восходящего потока при полном размагничивании пробы.
Влияние напряженности магнитного поля на величину степени
флокуляции можно проследить по графику (рис. 4).
При малых значениях напряженности (до 120 Э), когда гидродинамические силы больше магнитных, флокулы равномерно образуются и разрушаются (участок 1). В этой области зависимость степени флокуляции от напряженности описывается формулой
ψ = f (
2
H
). (18)
22
Рис. 4. График зависимости степени флокуляции
от величины напряженности магнитного поля
2. Практика магнитного обогащения
На участке 2 (от 120 до 200 Э) процесс флокуляции проходит
лавинообразно, при этом резко снижается количество несфлокулированных зерен.
На участке 3 процесс флокуляции описывается законом действия масс:
= –k Q, (19)
dH
dQ
где k – коэффициент, зависящий от магнитных свойств и крупности
частиц, физико-химических свойств их поверхности и др.
При этом зависимость степени флокуляции от напряженности
описывается формулой
ψ = 1 –
–k H
e
. (20)
В магнитных сепараторах для обогащения сильномагнитных руд
напряженность магнитного поля может достигать более 1200 Э. При
этом флокуляция происходит практически мгновенно, и магнитные
частицы неизбежно захватывают немагнитные, разубоживая флокулы.
Если же процесс флокуляции вести в магнитном поле небольшой напряженности (участок 1), то флокуляция на этом участке идет селективно. При постепенном увеличении напряженности магнитного поля
чистые флокулы постепенно укрепляются и обрастают сростками.
На размер флокулы оказывает влияние частота магнитного поля
(рис. 5):
где
≈
max
a
– размер флокулы;
max
В
– магнитная индукция;
f
– частота магнитного поля;
2Bf
2
, (21)
0
a
μ0 – магнитная постоянная;
δ – плотность флокулы.
Рис. 5 и формула (21) показывают, что с увеличением частоты магнитного поля снижается размер флокулы, т. е. флокула распадается.
23
Физические основы и практика магнитных и электрических методов обогащения
Размер флокулы
Частота
магнитного
поля
Рис. 5. Влияние частоты магнитного поля
на размер флокул
Переменное магнитное поле, которое называют бегущим, можно
получить или с помощью трехфазного тока в системах, подобных статору электродвигателя, или перемещением барабана либо ленты относительно магнитных полюсов чередующейся полярности. Во втором случае частоту поля можно определить по формуле
f
= u / 2s, (22)
где u – скорость движения ленты или барабана относительно магнитной системы, м/с;
s
– шаг полюсов, м.
Сепараторы с вращением барабана или перемещением ленты
относительно полюсов чередующейся полярности надежны в работе,
меньше потребляют энергии и имеют большую производительность
по сравнению с сепараторами, питающимися трехфазным током.
При частоте бегущего магнитного поля 20 Гц флокулы подвергаются переориентации при передвижении над полюсом. С увеличением частоты до 60–100
Гц флокулы отделяются от барабана, при
150–200 Гц – частично, при 450 Гц – полностью разрушаются.
Влияние частоты бегущего магнитного поля на качество магнитного продукта показано на рис. 6.
Для увеличения частоты бегущего магнитного поля или повышают частоту вращения барабана, но при этом на магнитную частицу
24
2. Практика магнитного обогащения
увеличивается действие центробежной силы, или используют качающуюся магнитную систему (рис. 7).
Магнитная система 5 свободно висит на оси 6. При вращении
барабана ферромагнитные якоря подходят периодически под полюса,
замыкая при этом магнитный поток. За счет этих сил сцепления магнитная система выводится из равновесия. Обратно магнитная система
возвращается силой тяжести и пружиной 1. Частоту колебаний магнитной системы при этом определяют по формуле
f
=
u
мс
/ s. (23)
б
Содержание магнетита
в концентрате
Рис. 6. Влияние частоты бегущего магнитного поля
на качество магнетитового концентрата
Рис. 7. Схема качающейся магнитной системы: 1 – пружина;
2 – тяга; 3 – барабан; 4 – ферромагнитные якоря; 5 – магнитная
система; 6 – ось
Частота
поля, Гц
25
Физические основы и практика магнитных и электрических методов обогащения
Тогда общую частоту бегущего магнитного поля при этом определяют по формуле
f
= f ±
0
f
=
u
0
/ 2s ±
б
f
,
мс
u
/ s. (24)
б
2.2. Аппараты для магнитного обогащения
Магнитное обогащение осуществляется в магнитных сепараторах, характерной особенностью которых является наличие в их рабочей зоне магнитного поля, образуемого электромагнитной системой
или системой из постоянных магнитов.
2.2.1. Классификация аппаратов магнитного обогащения
Магнитные сепараторы имеют следующие основные узлы:
1) магнитная система;
2) питатель для подачи материала (в сухих сепараторах он
обычно бывает механическим);
3) транспортирующее устройство для перемещения исходного
продукта в зону разделения и удаления магнитных частиц (барабан,
валок, ролик, конвейерная лента и др.). Таких устройств в одном сепараторе может быть несколько
, соединенных последовательно для
повышения производительности или параллельно для перечистки
магнитного или немагнитного продуктов либо их обоих;
4) короб с разделительными шиберами (при сухом обогащении)
или ванна (при мокром обогащении) для сбора и разгрузки продуктов
разделения;
5) панель управления с пускорегулирующими и контрольно-
измерительными устройствами.
По напряженности и силе магнитного поля Hgrad H
сепараторы
делятся на две группы: сепараторы со слабым магнитным полем; се-
26
2. Практика магнитного обогащения
параторы с сильным магнитным полем. Эта классификация является
основной и одновременно является классификацией по виду перерабатываемых продуктов. Первая группа аппаратов предназначена для
обогащения сильномагнитных руд (Н до 160 кА/м). Вторая группа
аппаратов применяется для сепарации слабомагнитных руд (Н до
1600 кА/м).
По типу среды, в которой осуществляется разделение
, сепараторы делятся на аппараты для сухого и мокрого обогащения. Максимальная крупность частиц руды для сепараторов второй группы
обычно не превышает 3 мм.
По способу подачи исходного сырья в рабочую зону
сепараторы
подразделяются на сепараторы с верхней подачей исходного материала и с нижней подачей. В аппаратах первой группы разделяемый
продукт подается непосредственно на транспортирующее устройство
(барабан, ролик, шкив и др.), которое впоследствии и удаляет из рабочей зоны только магнитный продукт. В аппаратах второй группы
разделяемый материал транспортируется в зону разделения одним
устройством, а для извлечения магнитной фракции и выделения её
в отдельный приемник применяются магнитная система и транспортирующее устройство, расположенные над перемещающимся исходным материалом. Сепараторы с верхней подачей используются преимущественно для крупного и зернистого материала, а с нижней подачей – для более мелкого. Для аппаратов первой группы характерно
более высокое извлечение магнитных частиц при меньшем качестве
магнитного продукта, чем для аппаратов второй группы.
По направлению движения исходного продукта и продуктов
разделения
сепараторы с нижней подачей материала делятся на пря-
моточные, противоточные и полупротивоточные (рис. 8).
В прямоточных сепараторах исходный и немагнитный продукты
движутся в одном направлении, а угол между траекториями движения
магнитного и немагнитного продуктов менее 90° (рис. 8, а). В противоточных сепараторах исходный и немагнитный продукты движутся
27
Физические основы и практика магнитных и электрических методов обогащения
в одном направлении, а магнитный продукт – в противоположном.
Угол между траекториями движения магнитного и немагнитного продуктов более 90° (рис. 8, б). В полупротивоточных сепараторах исходный продукт в виде пульпы подаётся снизу под давлением, а магнитный и немагнитный продукты движутся в разные стороны. Угол
между траекториями движения магнитного и немагнитного продуктов
равен 180° (рис. 8, в).
М
И
а б
Рис. 8. Режимы разделения: а – в прямоточный сепараторе;
б – в противоточном; в – в полупротивоточном; И – исходный;
М – магнитный; Н – немагнитный
Н
М
Н
И
в
М
И Н
Прямоточный и противоточный режимы разделения могут быть
осуществлены в мокрых и сухих магнитных сепараторах, полупротивоточный режим – только в мокрых.
По типу чередования полюсов открытой многополюсной системы
сепараторы делятся на аппараты без магнитного перемешива-
ния и с магнитным перемешиванием.
У аппаратов без магнитного перемешивания полюса чередуются по длине барабана. У аппаратов с магнитным перемешиванием
полюса чередуются по периметру барабана (по ходу движения материала).
Для аппаратов первой группы характерно более высокое извлечение магнитных частиц при меньшем
качестве магнитного продукта,
чем для аппаратов второй группы. С целью уменьшения загрязнения
28
2. Практика магнитного обогащения
магнитного продукта немагнитными частицами применяют открытые
магнитные системы с чередованием полюсов в направлении движения исходного продукта, что способствует разрушению флокул
и прядей.
По типу магнитной системы
сепараторы делятся на аппараты
с электромагнитной системой и с системой из постоянных магнитов.
Первые аппараты потребляют дополнительную электроэнергию для
питания электромагнитной системы и требуют пускорегулирующую
аппаратуру, но позволяют получить более высокое значение магнитной силы. Сепараторы с магнитными системами из постоянных магнитов более надёжны в работе и дешевле в эксплуатации (отсутствует
обмотка электромагнита).
По виду рабочей зоны разделения
сепараторы делятся на аппараты с открытой, с замкнутой рабочей зоной и с зоной разделения,
заполненной полиградиентной средой (ферромагнитными теламиносителями). К первым относятся сепараторы с открытыми многополюсными системами, ко вторым – сепараторы с замкнутыми системами, к третьим – высокоградиентные (полиградиентные) сепараторы.
Первые характеризуются расположением рабочей зоны разделения
с одной стороны от всех полюсов, вторые – расположением рабочей
зоны между полюсами. Полиградиентные сепараторы используют для
создания высокоградиентных полей специальные матрицы, заполненные ферромагнитными носителями и помещаемые во внешнее магнитное поле.
Крупность разделяемого материала в аппаратах с открытой многополюсной системой практически не ограничена (ограничения имеются у конкретных типов аппаратов для обеспечения возможности
транспортирования материала). В аппаратах с замкнутыми системами, где разделение происходит в межполюсном зазоре, крупность
обогащаемого материала ограничена зазором, который определяет
магнитную силу (его величина обратно пропорционально влияет на
извлекающую силу). Крупность обогащаемого материала полигради-
29
Физические основы и практика магнитных и электрических методов обогащения
ентных сепараторов ещё ниже, так как она ограничена зазорами между ферромагнитными телами.
Полиградиентные сепараторы и сепараторы с замкнутыми магнитными системами позволяют получить более высокое значение
магнитной силы, но имеют меньшую рабочую зону (по длине и высоте) и, как следствие, меньшую производительность.
По конструкции устройства для выделения магнитного продукта
сепараторы делятся на барабанные, валковые, роликовые, дис-
ковые, ленточные, шкивные, роторные и др.
Один сепаратор может иметь несколько рабочих устройств, например двухбарабанный сепаратор, восьмивалковый сепаратор.
2.2.2. Обозначение магнитных сепараторов
Магнитные сепараторы обозначаются основными тремя буквами
и двумя цифрами.
Первая буква – тип магнитной системы: Э – электромагнитная
система; П – система из постоянных магнитов.
Вторая буква – конструкция устройства для выделения магнитного продукта: Б – барабан; В – валок; Р – ротор (реже – ролик); Д –
диск; Л – лента и др.
Третья буква – тип среды: С – сухой; М – мокрый.
Дополнительно может использоваться четвёртая буква: Ц – центробежный сепаратор; Ш – шариковый и др.
Две цифры в обозначении используются для барабанных и валковых сепараторов. Первая цифра – диаметр рабочего устройства,
вторая – длина. Размеры рабочих устройств – в сантиметрах. После
буквенного обозначения может стоять одна цифра, характеризующая
модель аппарата.
Для сепараторов с несколькими рабочими устройствами перед
буквами стоит цифра, указывающая количество этих устройств.
Мокрые барабанные сепараторы с нижней подачей дополнительно обозначаются через тире буквами, характеризующими направ-
30