11.2. Магнітогідродинамічна сепарація

Магнітогідродинамічна (МГД) сепарація – процес розділення в електропровідній рідині твердих зернистих матеріалів за густиною з урахуванням їх електромагнітних властивостей.

В електропровідної рідині, що поміщена у електричному і магнітному полі виникає об’ємна сила:

, Н/м³, (11.1)

де – сила Лоренца, що виникає в схрещених електричному з густиноюj і магнітному з індукцією В полях; – електрична сила, що виникає в рідині з високою діелектричною проникністюε при поміщенні її в неоднорідне електричне поле з напруженістю Е; – магнітна сила, що виникає в рідині зі значною магнітною сприйнятливістюχ при поміщенні її в неоднорідне магнітне поле з напруженістю Н.

При відповідному виборі напрямку сили рідина немовби обважнюється, що виявляється в зміні гравітаційної сили, яка діє на занурені в неї тіла. Якщо занурені в рідину тіла мають значну магнітну сприйнятливість, електропровідність або діелектричну проникність, на них додатково діють силиі. Таким чином, матеріали розрізняють залежно від густини, електричних і магнітних властивостей.

Як розділове середовище використовуються електроліти – водні розчини кухонної солі, сірчаної і соляної кислот, натрієвих і калієвих лугів, мідного і залізного купоросу. Електроди для підведення струму в розчин вибирають для кожного електроліту, щоб уникнути їх розчинення внаслідок корозії (напр., для розчину кислот – свинцеві, лугів – із нержавіючої сталі, мідного купоросу – мідні).

Схема МГД-сепаратора наведена на рис. 11.3. Вихідний матеріал у сепаратор подається в приймальну лійку 1 каналу 2 МГД-сепаратора. Канал сепаратора повинен бути виготовлений з немагнітного і непровідного матеріалу, щоб не екранувати робочі поля. Канал розташовується в зазорі електромагніту 3. Електроліт зі збірника 4 насосом 5 подається в завантажувальну зону каналу. Електричний струм до електроліту підводиться через електроди 6, що установлені в каналі. Продукти збагачення в розвантажувальній зоні каналу діляться роздільником 7 і направляються в збірники 8.

При зміні величини струму в електроліті або в обмотках електромагніту відбувається зміна ефективної густини рідини в широких межах. Практично в каналі МГД-сепаратора можна здійснювати розділення матеріалів при ефективній густині до 10 т/м³.

Труднощі використання МГД-сепарації полягають у вихровому характері сили Лоренца, що приводить до виникнення на вході в робочу зону сепаратора і на виході з неї циркуляційних потоків, які утруднюють процес розділення. Крім того, процес МГД-сепарації має малу продуктивність і характеризується великими витратами електроенергії. Але в порівнянні з концентрацією на столах МГД-сепарація дозволяє одержати вилучення корисних компонентів на 10 – 15 % більше.

11.3. Магнітогідростатична і ферогідростатична сепарація

Магнітогідростатична (МГС) сепарація – процес розділення мінералів в парамагнітній рідині в неоднорідному магнітному полі.

На відміну від МГД-сепарації в даному випадку електричне поле в рідині не створюється. Як парамагнітні рідини (ПМР) використовуються розчини парамагнітних солей заліза, мангану (марганцю), нікелю і кобальту (FeCl₃; FeCl₂·4H₂O; FeSO₄·7H₂O; FeBr₂; MnCl₂·4H₂O; Mn(NO₃)₂; NiBr₂; NiSO₄; CoBr₂; CoSO₄), а також рідкісноземельних елементів (GdBr₃; EuBr₃; DyBr₃; ErBr₃; TbBr₃; HoBr₃). Магнітні властивості парамагнітних розчинів і їх густина залежать від концентрації розчиненого у воді парамагнетика.

На частинку, що занурена в парамагнітну рідину, яка знаходиться в неоднорідному магнітному полі, діє об’ємна сила:

, Н/м³, (11.2)

де – густини твердої частинки і рідини, кг/м³; – магнітні сприйнятливості твердої частинки і рідини (безрозмірна величина); Н – напруженість магнітного поля, А/м; – магнітна постійна (= 1,26 · 10^-6 Гн/м).

При МГС-сепарації розділення матеріалу здійснюється в шарі парамагнітної рідини, яка обважена до необхідної густини і «висить» між полюсами магніту. Полюсні наконечники для створення в МГС-сепараторі неоднорідного магнітного поля мають гіперболічну форму. Вихідний матеріал завантажується на поверхню парамагнітної рідини, яка пропускає важкі частинки і затримує легкі. Таким чином, МГС-сепаратор (рис. 11.4) є своєрідним гравітаційним ситом. Невеликий ґрадієнт поля в горизонтальному напрямку або нахил апарата під кутом 1–2º забезпечує транспорт легких частинок.

При ферогідростатичній (ФГС) сепарації розділення мінералів здійснюється за тими ж ознаками, що й при МГС-сепарації, але як розділове середовище використовується не розчин парамагнітної рідини, а феромагнітна рідина.

Феромагнітна рідина (ФМР) має складну структуру і являє собою стійке колоїдне середовище, яке має не тільки властивості звичайної рідини, але й інтенсивно взаємодіє з магнітними полями. ФМР складається з рідини-носія, частинок феромагнетика і рідини-стабілізатора. Рідина-носій може бути як діамагнетиком, так і парамагнетиком, звичайно це гас, вода або толуол. Магнітні властивості ФМР визначаються властивостями феромагнітних частинок подрібнених до колоїдних розмірів. Найчастіше використовують тонкодисперсний магнетит крупністю (50 ÷ 200)·10^–9 м. Як рідина-стабілізатор в ФМР використовується насичена олеїнова кислота С₈Н₁₇СН(СН₂)₇ СООН, молекули якої обволікають кожну частинку феромагнетика, що перешкоджає їх коагуляції.

Ферогідростатичні сепаратори ФГС-1 і ФГС-70 конструктивно не відрізняються від МГС-сепаратора (рис. 11.4). Але профіль полюсних наконечників сепаратора вибирається в залежності від різниці в густині розділюваних матеріалів. При розділенні матеріалів з невеликою різницею в густині для створення постійної за висотою ефективної густини використовують ФГС-сепаратори з ізодинамічним полем (), яке формується в зазорі між гіперболічними наконечниками. При розділенні матеріалів, що значно розрізняються за густиною, використовують клиноподібні полюсні наконечники, при яких обважнення зменшується з відстанню.

Сепаратор ФГС-1 призначений для розділення немагнітних матеріалів за густиною в феромагнітній рідині при дослідженнях збагачуваності і мінерального складу немагнітних руд.

Сепаратор ФГС-70 призначений для розділення за густиною в феромагнітній рідині стружки, брухту і відходів кольорових металів

Технічні характеристики ферогідростатичних сепараторів наведені в табл. 11.1.