Оборудование и материалы:

1. Лабораторный полиградиентный сепаратор с блоком пита­ния ВСА-5.

2. Магнитомягкие нержавеющие шары (сталь ШХ-15) диаметром 6; 8 мм (количество шаров выбирается исходя из объема сепарационной камеры)

3. Вольфрамит (класс - 0,14 + 0,00 мм).

4. Кварц (класс -0,25 + 0,14 мм).

5. Сито с размером ячеек 0,14 мм.

6. Емкости для продуктов обогащения, резиновая груша.

Порядок выполнения работы:

Для проведения работы необходимо приготовить четыре на­вески искусственной смеси из вольфрамита (30%) и кварца (70%) весом 50 граммов каждая. Навески разбавляют водой до соотно­шения Т:Ж=1:3.

1. Сепаратор приводится в рабочее состояние. Для этого необходимо:

а) заполнить камеру шарами диаметром 6 мм;

б) в электромагнитную скобу подать питание от выпрямите­ля ВСА-5. -Установить ток 10 А.

2. Приготовленную навеску материала тщательно перемешать и пропустить через слой шаров.

3. Не снимая напряжения с электромагнитной скобы, промыть шары с помощью груши для удаления случайно задержавшихся в слое шаров немагнитных частиц.

4. Отключить питание сепаратора и вынуть камеру из меж­полюсного зазора. Отмыть шары от магнитной фракции.

5. Для оценки содержания гематита и кварца в продуктах обогащения магнитную и немагнитную фракции подвергнуть ситовому анализу на сите 0,14 мм. Навеска с - 0,14 мм характеризует содержание вольфрамита, а класс + 0,074 мм – содержание кварца в продуктах обогащения. Полученные фракции сушат и взвешивают. По результатам взвешивания рассчитывают выход фракций, содержание и извлечение в них гематита.

6. Вышеописанным способом проводят сепарацию трех оставшихся навесок на шарах диаметром 6 мм, смеси из шаров 6 и 8 мм и специальной пластине при неизменной силе тока 5 А. Ситовой анализ и расчет показателей обога­щения проводят, как в первом случае. Результаты расчетов сводят в таблицу.

7. По результатам опытов строят графики зависимости , , где d - диаметр шара.

8. Извлечение гематита рассчитывают по формуле:

,

где α - содержание гематита в исходной руде, %,

β - содержание гематита в концентрате, %,

X - выход концентрата, %.

9. Эффективность разделения для каждого опыта рассчитыва­ют по формуле:

.

10. Результаты занести в таблицу

Таблица 1

№ п/п	Наименование продуктов	Выход , %	Содержание железа, %	Извлечение железа ε, %	Эффективность ,%
1.	Магнитный
2.	Немагнитный
3.	Исходный

Лабораторная работа №5 Изучение и расчет картины поля напряженности и магнитных сил.

Теоретический минимум

Магнитные поля открытых и закрытых систем. Поля, рабочее простран-

ство которых можно отделить от магнит­ной системы плоскостью или цилиндрической поверхностью, услов­но считают открытыми.

Закрытыми считают поля, объем которых локализируют в за­зоре между двумя полюсными поверхностями.

В первом случае магнитный поток совершает поворот в воз­душной среде, во втором – не совершает, поэтому в открытых си­стемах значительно труднее добиваться высокой напряженности.

Как правило, открытые системы используются в барабанных сепараторах, шкивах или железоотделителях, имеющих напряжен­ность до 240 кА/м, причем напряженностью до 120 кА/м применя­ют системы с постоянными магнитами, выше – электромагнитные.

Напряженность в зазорах замкнутых систем можно довести до намагниченности насыщения их сердечников (1600 кА/м). Эти си­стемы используют в валковых, роликовых и полиградиентных се­параторах.

Расчет основных параметров магнитного поля открытой систе­мы с чередующейся полярностью. Магнитное поле систем из по­стоянных магнитов с чередующейся полярностью (рис.1) изме­няется по оси x (от поверхности магнитов). Угол вектора Η с осью x обозначим через α. Материал движется под поверхностью полюсов параллельно оси у.

Считая поле двухмерным, запишем как и в предыдущем случае выражение вектора напря­женности в комплексной форме:

По условию действительная часть комплексного числа

,

где Re(y) действительная часть от y.

Введем комплексные величины, и согласно формуле Эйлера

Рис.1.Схема расположения полюсов открытой многополюсной магнитной си­стемы по цилиндрической поверхности (а) и в плоскости (б).

Тогда компоненты выражения вектора Η в параметрической форме

(1)

Для данной части поля, где отсутствуют токи и полюса, спра­ведливо уравнение Лапласа

Следовательно,

(2)

Подставляя выражение (1) в уравнение (2), получим:

Путем сложения этих уравнений (после деления первого на sin α, второго на cos α) получаем

(3)

Следовательно, , α(х,у)=α(у), в результате уравнение (3) принимает вид

Откуда

(4)

Это может иметь место только при

По уравнению (4)

При условии, что α=0, е^c=R₀,

Эти равенства удовлетворяют как уравнениям поля, так и вы­ше приведенным граничным условиям, следовательно, это будет решение задачи:

(5)

где Н₀ – напряженность на поверхности полюсов.

В плоскости симметрии полюсов, как уже упоминалось, Н_y=0;

α=0; Н_х=Н_оехр(–πx/S), a в плоскости, проходящей через центр межполюсного зазора,

Таким образом, в плоскостях системы, проходящих через се­редины полюсов пли межполюсных зазоров, уравнения имеют вид:

над серединой полюсов

(6)

над серединой межполюсного зазора

(7)

у поверхности полюса

В случае расположения полюсных концов по цилиндрической поверхности (например, в барабанных сепараторах) коэффициент неоднородности поля с равен

где R – радиус цилиндрической поверхности, м.

Когда R→∞, что соответствует расположению полюсных кон­цов в плоскости (например, в ленточных сепараторах), c=π/S.

Экспоненциальное поле создается полюсами, форма которых соответствует эквипотенциальному контуру. Практически приме­нять полюса такой формы затруднительно – трудно разместить обмотку. Поэтому обычно края полюсов закругляют по дуге радиу­сом r=0,45–65 мм.

Поскольку градиент силы поля является первой производной Η по расстоянию х, то

а магнитная сила поля

(8)

На поверхности полюсов: х=0 и Н=Н₀, поэтому с=(dН/dх) : Н. Получим c=π/S+1/R и радиус закругления поверхности полюсов

R=(C –π/S)^-1

где S– шаг полюсов (расстояние между их центрами, м).

Оптимальный шаг полюсов. Наибольшее значение магнитной силы при разном значении коэффициента неоднородно­сти поля достигается при условии, что первая ее производная по с равна нулю:

т.е., когда (1–2cx)=0 или

где h–толщина слоя магнитной фракции; Δ–расстояние от по­верхности полюса до слоя магнитной фракции. Отсюда оптимальный шаг полюсов

(9)

Например, для центробежного разделения при радиусе враще­ния R=0,4 м, толщине слоя h =0,01 м и Δ =0,01 м

Результаты экспериментальной проверки доказыва­ют, что при мокрой сепарации формула (9) более справедлива, чем при сухой. Это можно объяснить тем, что наибольшее значе­ние силы поля (условие, для которого выведена формула) имеет большее значение для мокрой сепарации, происходящей в вязкой среде. При одной и той же длине рабочей зоны число полюсов магнитной системы возрастает (n=L/S–1) с уменьшением шага полюсов, и, следовательно, возрастает число переориентации маг­нитных прядей, что повышает качество концентрата. Однако при этом длина магнитных прядей в межполюсных зазорах также уменьшается, а их прочность возрастает. Это затрудняет вымывание из прядей механически увлеченных сростков и понижает ка­чество концентрата при мокрой сепарации, в то время, как при су­хой сростки более полно удаляются с помощью центробежной силы. Наблюдающееся уменьшение содержания железа в хвостах с уменьшением шага полюсов при сухой сепарации может быть объяснено тем, что при режиме удерживания мелкая руда попадает в зону, где H grad H относительно выше при малом шаге. При мокрой сепарации и режиме извлечения руда поступает дальше от поверхности магнита в виде слоя пуль­пы толщиной в несколько сантиметров, где H grad H выше при большем шаге.

Рост радиальной составляющей магнитной силы как одного из основных параметров позволяет увеличить силу притяжения маг­нетита, уменьшить проскальзывание его относительно барабана (соотношение радиальной составляющей к тангенсиальной должно быть не менее 1,5), повысить скорость выноса магнитного продукта из рабочей зоны и, следовательно, производительность сепаратора.

Производительность магнитного сепаратора зависит от многих факторов. Один из основных – транспортирующая способность магнитной системы, которая определяется суммарной силой при­тяжения магнитного (электро-магнитного) поля, действующего на слой притянутого материала.

Определять такие характеристики магнитных систем для прак­тических целей лучше всего экспериментально или на основе мо­делирования, например, с помощью метода электрогидродинамиче­ской аналогии на интеграторе ЭГДА, что позволяет повысить точ­ность расчетных формул. Как правило, поверхности полюсов маг­нитных систем можно считать эквипотенциальными.

Характеристики магнитного поля, которое создается магнитной системой с числом полюсов n₀, можно определить, смоделировав его полем системы 2n электродов с чередующейся полярностью, расположенных на поверхности цилиндра с радиусом R₀ или плоскости, когда R₀ → ∞ (рис. 5).

Методика проведения исследований магнитного поля:

1. Сделать эскиз магнитной системы состоящей из редкоземельных магнитов Nd-Fe-B

2. Измерить шаг магнитов и расстояние между точками замеров по вертикали и горизонтали на оргстекле.

3. Откалибровать Гаусс-метр так, что бы на минимуме и максимуме не было погрешности. Так же, в ходе проведения лабораторной работы, периодически проверять прибор на погрешность.

4. Щупом Гаусс-метра выполнить замеры магнитного поля во всех точках на оргстекле.

5. По полученным данным, необходимо построить картину поля.

Рисунок 1. Магнитная система