Документ. Магнитное обогащение
 Скачать 82.44 Kb.
|
|
Лекция №10 Тема: Магнитное обогащение Общие сведения и классификация магнитного обогащения. Теоретические основы магнитного обогащения. Магнитные сепараторы Основные термины: магнитная сепарация, магнитное поле, магнитный – продукт, немагнитная фракция, постоянный магнит, электромагнит, напряженность магнитного поля, однородное магнитное поле, неоднородное магнитное поле, градиент поля, магнитная восприимчивость, магнитная индукция, магнитная проницаемость, магнитный продукт. 10.1. Общие сведения и классификация магнитного обогащения Магнитное обогащение - это обогащение в магнитном поле, основанное на различии магнитных свойств разделяемых компонентов. Исходным материалом для магнитного обогащения является механическая смесь магнитных и немагнитных тел, которая разделяется на магнитный и немагнитный продукты в воздушной или водной среде. Процессы магнитного обогащения (магнитная сепарация) - это процессы разделения минеральных частиц, основанные на различии магнитных свойств разделяемых компонентов, осуществляемые путем изменения траектории движения частиц в магнитном поле. Магнитное обогащение осуществляется в магнитных сепараторах, характерной особенностью которых является наличие в их рабочей зоне магнитного поля. При движении материала через рабочую зону сепаратора под воздействием магнитной силы притяжения Fмаг минералы с различными магнитными свойствами перемещаются по различным траекториям, что позволяет магнитные минералы выделять в отдельный - магнитный - продукт, а немагнитные - в немагнитный (рис. 10.1). На частицы материала, перемещаемые через рабочую зону сепаратора, кроме магнитной силы действует целый ряд механических сил Fмех - силы тяжести и сопротивления среды, сила молекулярного сцепления, центробежная сила. Разделение материалов по магнитным свойствам осуществляется эффективно в том случае, когда магнитные свойства минералов существенно различаются между собой, а магнитные силы, действующие на магнитные частицы, существенно преобладают над силами сопротивления. Процесс магнитного обогащения отличается сложностью происходящих при этом явлений массопереноса, флокуляции, адгезии и др., обусловленных участием в нем большого числа частиц разделяемого материала, различной крупности с различными физическими свойствами. а) б) в) Рис. 10.1. Схемы разделения частиц по магнитным свойствам: а-в - соответственно отклонение, удерживание и извлечение магнитных частиц; М.ф. - магнитная фракция; Н.ф. - немагнитная фракция Известны три способа разделения частиц по магнитным свойствам: - отклонение магнитных частиц, при котором общий поток материала, проходящий мимо магнита, разделяется на два (рис.10.1, а). Скорость движения частиц, а следовательно, и производительность при заданной магнитной силе могут быть достаточно большими, но эффективность разделения при этом недостаточно высокая; - удерживание более магнитных частиц при направлении общего потока перпендикулярно к поверхности барабана (рис.10.1, б). Направления сил тяжести частиц и магнитной силы совпадают, что обеспечивает высокое извлечение магнитных частиц; - извлечение более магнитных частиц из потока при прохождении его под магнитом (рис. 10.1, в), при этом магнитная фракция получается более высокого качества, но с более низким извлечением магнитных частиц. Способ разделения отклонением применяется при легкоразделимой смеси зернистых материалов с большой разницей в магнитных свойствах. Угол между направлениями движения магнитной и немагнитной фракций называется углом раскрытия веера. Большое влияние на результаты разделения минералов оказывает изменение положения делителя относительно веера. Для обеспечения устойчивости процесса сепарации необходимо увеличение угла раскрытия веера. При разделении частиц способом удерживания расширение веера (90°) достигается за счет изменения направления магнитной силы и использования криволинейного движения магнитных частиц, а при разделении извлечением - противоточным движением частиц. Процессы магнитного обогащения находят применение при переработке руд черных, редких и цветных металлов. Наиболее широко магнитное обогащение применяют для обогащения железосодержащих магнетитовых руд. 10.2. Теоретические основы магнитного обогащения Разделение минералов по магнитным свойствам осуществляется в магнитных полях, создаваемых постоянными магнитами или электромагнитами. Основной силовой характеристикой магнитного поля является напряженность. Напряженностью Н магнитного поля называется сила, с которой поле воздействует на единицу положительной магнитной массы, помещенной в данной точке поля. Единицей измерения напряженности магнитного поля в СИ является ампер на метр (А/м). По характеру изменения напряженности магнитные поля делятся на однородные и неоднородные. В однородном магнитном поле напряженность одинакова по величине и направлению, в неоднородном - напряженность непостоянна по величине и может изменяться по направлению (рис. 10.2). Однородное магнитное поле возникает между двумя разноименными полюсами плоской формы. Неоднородные магнитные поля создаются между полюсами криволинейной и угловатой формы. В однородном поле на магнитную частицу действует магнитный момент, под влиянием которого частица ориентируется вдоль силовых линий поля. В неоднородном поле на магнитную частицу, помимо магнитного момента, действует магнитная сила (притяжения или отталкивания) в направлении повышения напряженности магнитного поля. Действием этой силы и обусловлено разделение магнитных и немагнитных минералов. Неоднородное магнитное поле характеризуется градиентом поля (grad Н), т.е. интенсивностью изменения напряженности магнитного поля gradH=, (10.1) где dx - расстояние, на котором напряженность поля изменяется на величину dH. Рис. 10.2. Схема однородного (а) и неоднородного (б) магнитных полей Магнитные свойства минералов характеризуются магнитной восприимчивостью и магнитной проницаемостью. Магнитная восприимчивость - физическая величина, характеризующая способность того или иного тела изменять интенсивность собственной намагниченности. Различают объемную и удельную магнитную восприимчивость. Объемная магнитная восприимчивость равна отношению намагниченности тела I к напряженности магнитного поля Н, в котором находится тело: , (10.2) Удельная магнитная восприимчивость - это магнитная восприимчивость, отнесенная к единице массы тела: , (10.3) где - плотность тела, кг/м3. В зависимости от знака магнитной восприимчивости все тела делятся на диамагнитные и парамагнитные. Диамагнитные тела при внесении в магнитное поле под действием магнитных сил выталкиваются в участки с меньшей напряженностью поля ( > 0), парамагнитные тела втягиваются в участки с более высокой напряженностью ( < 0); в вакууме = 0. Магнитная проницаемость - величина, характеризующая способность вещества изменять свою магнитную индукцию В под действием внешнего магнитного поля: (10.4) где В - магнитная индукция, характеризующая напряженность магнитного поля в веществе. Магнитная индукция зависит от напряженности внешнего магнитного поля Н и от намагниченности вещества I: B=H+4 (10.5) Магнитная проницаемость связана с магнитной восприимчивостью следующим соотношением: (10.6) Для вакуума =1, для парамагнитных веществ > 1, для диамагнитных < 1. На минеральное зерно, внесенное в неоднородное магнитное поле, будет действовать магнитная сила Fмаг, определяемая по формуле Fмаг=m (10.7) где - удельная магнитная восприимчивость зерна; m - масса зерна; - напряженность магнитного поля; - градиент поля. Произведение называется магнитной силой поля Fп. Чем выше удельная магнитная восприимчивость, тем при прочих равных условиях с большей силой магнитное поле воздействует на минеральное зерно. Минеральные зерна, для которых магнитная сила больше суммы противодействующих механических сил (тяжести, инерции, центробежной, сопротивления среды и т.д.), будут притягиваться к полюсам магнитной системы сепаратора и извлекаться в магнитный продукт. Минеральные зерна с низкой магнитной восприимчивостью практически не меняют намагниченности, не взаимодействуют с внешним магнитным полем и движутся в магнитном поле по траектории, зависящей от воздействия только механических сил. Эти минеральные зерна выделяются в немагнитный продукт. Разделение минеральных зерен в магнитном поле сепаратора возможно при условии соблюдения следующего неравенства: Fмаг (10.8) где - равнодействующая всех механических сил, отнесенных к единице массы зерна и направленных противоположно действию удельных магнитных сил . В настоящее время наиболее широко применяется магнитное обогащение в постоянном неоднородном магнитном поле, основанное на различии в магнитной восприимчивости разделяемых минералов. В неоднородном магнитном поле магнитные частицы притягиваются к полюсу в направлении сходимости магнитных силовых линий, т.е. втягиваются в участки с более высокой напряженностью поля, а частицы немагнитных или диамагнитных минералов, наоборот, будут выталкиваться под действием магнитных сил в участки с меньшей напряженностью поля. Это обеспечивает достаточно эффективное разделение частиц магнитных и немагнитных минералов в рабочей зоне сепаратора. В однородном магнитном поле, в котором напряженность одинакова и по величине, и по направлению, минеральные частицы будут подвергаться только воздействию вращающего момента, ориентирующего их параллельно силовым линиям тока. Однако перемещения частиц к полюсам магнитной системы не произойдут. Поэтому в магнитных сепараторах применяются только неоднородные магнитные поля. 10.3. Магнитные сепараторы Магнитный (электромагнитный) сепаратор - это сепаратор для магнитного обогащения, в котором исходный материал разделяется на компоненты по различию магнитной восприимчивости в поле постоянных магнитов (или электромагнитов). Любой магнитный сепаратор состоит из следующих основных конструктивных узлов: магнитной системы; питателя для подачи руды в рабочую зону сепаратора; устройства для транспортирования магнитного продукта из зоны действия магнитных сил; привода и кожуха или ванны. Конструкция отдельных узлов и режим работы различных типов сепараторов характеризуются большим разнообразием. Разделение минералов осуществляется в рабочей зоне магнитных сепараторов. Исходный материал при верхней подаче поступает непосредственно на рабочий орган - барабан, валок, диск и др., при нижней - в зазор между ним и питающим лотком, дном ванны или полюсным наконечником. Магнитные частицы под действием магнитного поля притягиваются к рабочему органу и выносятся за пределы действия магнитных сил, где разгружаются в приемники для магнитного продукта. Немагнитные частицы скользят под действием центробежных сил и сил тяжести по поверхности рабочего органа, полюсного наконечника, лотка или дну ванны и разгружаются в приемники для немагнитного продукта. В зависимости от конструктивных особенностей отдельных узлов, а также по технологическим и целевым признакам магнитные сепараторы принято классифицировать на нижеприведенные группы. В зависимости от назначения сепаратора и напряженности магнитного поля все магнитные сепараторы подразделяются следующим образом: - сепараторы со слабым магнитным полем (напряженность магнитного поля от 70 до 120 кА/м) - для выделения из руд сильномагнитных минералов; - сепараторы с сильным магнитным полем (напряженность магнитного поля от 800 до 1600 кА/м) - для выделения из руд слабомагнитных минералов. В зависимости от характера среды, в которой непосредственно происходит разделение минералов, все магнитные сепараторы классифицируются на сухие для обогащения полезных ископаемых в воздушной среде и на мокрые -• для обогащения в водной среде. Для обогащения полезных ископаемых крупностью от 3 до 50-100 мм применяется сухая, мельче 3(6) мм - обычно мокрая магнитная сепарация. В зависимости от направления движения продуктов относительно друг друга различаются сепараторы с прямоточной, противоточной (П) и полупротивоточной (ПП) ваннами. По конструктивному исполнению основного рабочего органа и виду среды, в которой происходит разделение, сепараторы делятся: на барабанные для мокрой сепарации (БМ), барабанные для сухой сепарации (БС), валковые для мокрой сепарации (ВМ), валковые для сухой сепарации (ВС), дисковые для сухой сепарации (ДС). 10.3.1. Сепараторы со слабым магнитным полем Мокрое магнитное обогащение. При мокром обогащении крупность материала не должна превышать 6 мм. В настоящее время в практике мокрого магнитного обогащения сильномагнитных руд используются в основном барабанные сепараторы типа ПБМ, имеющие многополюсную систему из постоянных магнитов (рис. 10.4). Сепаратор имеет барабан 1 с шестиполюсной магнитной системой 2, изготовленной из постоянных магнитов (сплав ЮНДК-24), ванну 4, загрузочную коробку 5, переливную коробку для смывной воды 3. Внешняя поверхность барабана покрыта резиной Рис. 10.4. Барабанный сепаратор ПБМ-90/250 для мокрого обогащения руд: 1 - с прямоточной ванной; 2 - с противоточной ванной; 3 - с полупротивоточной ванной Привод сепаратора смонтирован внутри барабана, что облегчает замену последнего и увеличивает длительность его эксплуатации. Сепаратор ПБМ-90/250 выпускается в трех исполнениях: с прямоточной, противоточной и полупротивоточной ваннами. Работает сепаратор следующим образом. Пульпа подается под вращающийся барабан и перемещается через рабочую зону по криволинейной траектории. Магнитные минералы в зоне действия магнитной системы притягиваются к барабану и выносятся в концентратное отделение ванны. В месте разгрузки концентрат с барабана смывается водой. Немагнитные минералы, пройдя через рабочую зону, разгружаются в хвостовое отделение ванны. Вывод продуктов из сепаратора осуществляется через выпускные отверстия с насадками, диаметр которых выбирается в зависимости от крупности питания и производительности сепаратора. Напряженность магнитного поля на поверхности барабана этих сепараторов составляет 90-100 кА/м, на расстоянии 50 мм от поверхности барабана - 40-50 кА/м, производительность сепаратора зависит от типа ванны, свойств сырья и достигает 40-200 т/ч. Сухое магнитное обогащение. Для сухого обогащения сильномагнитных руд крупностью до 50 мм с целью выделения отвальных хвостов применяют одно-, трех- и четырехбарабанные сепараторы с магнитными системами с постоянными магнитами (типа ПБС и ПБСЦ — с центробежной разгрузкой) и электромагнитами (типа ЭБС), питающимися постоянным током. Рис. 10.5. Барабанный сепаратор ПБСЦ-63/50 для сухого обогащения руд Для сухой сепарации мелкого сильномагнитного материала применяются сепараторы типа ПБСЦ-63/50 (20СБ-СЭ) (рис. 10.5). Обечайка барабана 3 сепаратора выполнена из немагнитной нержавеющей стали толщиной 1,2—2 мм, постоянные магниты неподвижной магнитной системы 4 изготовлены из сплава ЮНДК-24. Полярность полюсов чередуется по периметру барабана. Полюса установлены с шагом 50 мм. Напряженность магитного поля у поверхности барабана составляет: против середины полюсов— 115—125 кН/м, против зазора между полюсами— 84—92 кА/м. Сепаратор работает следующим образом. Исходная руда из бункера 1 с помощью вибролотка 2 с приводом 7 подается в верхнюю часть барабана. Магнитная фракция притягивается к поверхности барабана и разгружается в бункер 5 для магнитного продукта в тот момент, когда участок барабана выходит из зоны действия магнитной системы. Немагнитная фракция транспортируется барабаном и разгружается в бункер для немагнитного продукта. Все узлы сепаратора крепятся на раме 6. 10.3.2. Сепараторы с сильным магнитным полем Мокрое магнитное обогащение. Верхний предел крупности руды и материала, обогащаемого магнитным мокрым или сухим способом, 6 мм. В сепараторах применяются электромагнитные системы напряженностью поля 40-144 кА/м. Этот процесс осуществляется в основном на валковых сепараторах различных конструкций, работающих в режиме извлечения магнитных минералов (нижнее питание). На (рис.10.6) показана принципиальная конструкция мокрого валкового сепаратора с параллельно работающими двумя валками, расположенными на одном уровне по обеим сторонам магнитной системы. Двухвалковый электромагнитный сепаратор 2ЭВМ-30/100 (ЭРМ-1) (рис. 10.6) состоит из двух валков 4, четырех полюсных наконечников 5, двух сердечников с обмотками возбуждения 3, загрузочного устройства 1, правой и левой приемных ванн 8 и 9. Исходный продукт из бункера 1 по лотку 2 вместе с водой подается в зазор между валком 4 и полюсным наконечником 5 магнитной системы. Зерна сильномагнитных минералов под действием магнитных сил притягиваются к поверхности вращающихся валков, а затем смываются водой в приемник 9 для магнитного продукта. Немагнитные зерна под действием сил тяжести через щелевидные зазоры в полюсных наконечниках разгружаются в приемник 8 для немагнитного продукта. Рис.10.6. Электромагнитный валковый сепаратор для слабомагнитных руд:1-бункер для руды; 2-лоток; 3-обмотка; электромагнита; 4-валок; 5-полюсные наконечники; 6-кожух; 7-опорная рама; 8-приёмник для немагнитного продукта; 9-приёмник для магнитного продукта. Сухое магнитное обогащение. Для сухого обогащения редкометалльных и других слабомагнитных руд применяются сепараторы типа: 2ЭВС-36/100, ЭВС-36/100, 2ЭДС-60/40. Для извлечения железистых примесей из стекольного, керамического и абразивного сырья применяются сепараторы типа 6ЭВС-В- 10/80, 2ЭВС-15/80, ЭВС-В-15/80 и некоторые другие. 10.3.3. Высокоградиентные сепараторы Высокоградиентные сепараторы отличаются от обычных барабанных магнитных сепараторов наличием в их рабочем пространстве мелких магнитов-носителей (полиградиентная среда), в зазорах между которыми индуцируются сильные магнитные поля. В качестве полиградиентной среды используются шары малых диаметров, буровая дробь (d= 68 мм) и другие мелкие железные материалы. Особенностью полиградиентных сред является то, что благодаря малым размерам соседние шары соприкасаются практически в точке. Поэтому даже при небольшой напряженности поля в рабочем пространстве в этих точках наступает магнитное насыщение, а прилегающие области характеризуются очень высоким объемным градиентом и, следовательно, большой силой поля. В областях с большой силой магнитного поля происходит интенсивное притяжение и удерживание тонкоизмельченных слабомагнитных частиц, в то время как немагнитные частицы фильтруются через отверстия между шарами. Рис. 10.7. Высокоградиентный магнитный сепаратор (240-СЭ): 1 - питатель; 2,6 - брызгала; 3 - стальные шарики; 4 - магнитная система; 5 - барабан; 7 - дугообразное сито; 8 - порог; 9 - рама; 10 - ванна; 11 - прижимные валики Устройство и принцип работы высокоградиентных сепараторов представлены на рис. 10.7. Внутри барабана 5 сепаратора неподвижно закреплена пятиполюсная магнитная система 4, рабочее пространство сепаратора заполнено стальными шариками 3. Между ванной 10 и барабаном расположено дугообразное сито 7, которое в средней части под барабаном перекрывается порогом 8. Сепаратор оборудован питателем 1, прижимными валиками 11, брызгалами 2 и 6. Все узлы сепаратора крепятся на раме 9. Исходный материал из питателя в виде пульпы подается на слой шаров, который удерживается на барабане полем магнитной системы. Немагнитные частицы проходят через слой шаров и поступают в хвостовое отделение ванны. Магнитные частицы, удерживаемые магнитной силой в каналах между шарами, поднимаются вместе с ними в верхнюю часть барабана, где производится окончательная отмывка немагнитных частиц водой из брызгала 2. Шары вместе с магнитными частицами транспортируются барабаном и попадают на сито, где осуществляется отмывка магнитных частиц водой из брызгала 6. Магнитные частицы попадают в концентратное и частично в промпродуктовое отделения ванны, а шары, пройдя через порог, снова поступают в зону действия магнитного поля. Далее описанный цикл повторяется. Основными технологическими параметрами, определяющими эффективность процесса разделения минеральных комплексов в магнитной сепарации, являются: магнитные свойства минералов, плотность, крупность, форма частиц, конструктивные особенности магнитных сепараторов. Контрольные вопросы |