Магнитная сепарация

Магнитной сепарацией называется процесс разделения смесей минералов с помощью магнитных сил на магнитную и немагнитную фракции в воздушной или водной среде. Процесс магнитной сепарации заключается в том, что предварительно подготовленная руда подается в магнитное поле. Магнитные частицы, состоящие из минералов с высокой магнитной восприимчивостью, намагничиваются и притягиваются к полюсам магнита, а частицы из минералов с малой магнитной восприимчивостью не подвергаются воздействию магнита и выводятся из зоны магнитного поля. Притянутые магнитные частицы специальными устройствами снимаются с полюсов магнита и разгружаются в отдельный приемник.

Притяжение материала магнитом может произойти только в том случае, когда магнитная сила будет больше суммы всех сил (сил тяжести, трения, сопротивления водной и воздушной среды, центробежной и др.), стремящихся вынести минеральную частицу из зоны магнитного поля. Магнитные силы, действующие на немагнитные частицы, должны быть меньше суммы всех сил, препятствующих притяжению. Это условие можно выразить неравенствами

 

FM1 > Fмех > FM2 (19)

 

1 (H grag H)1 > Fмех > 2 (H grad H)2 (20)

 

где FM1 и FM2 ― удельные магнитные силы, действующие на частицы с соответственно большей и меньшей магнитной восприимчивостью; Fмех ― противоположно направленная действию FM1и FM2 ― суммарная сила всех механических сил, отнесенных к единице массы частицы.

Если частицы будут находиться на одинаковом расстоянии от полюса и на них будут действовать одинаковые по значению силы магнитного поля, т. е. (H grad H)1 = (H grad H)2,то неравенство примет вид

 

1 H grad H > Fмех > 2 H grad H (21)

 

В данном случае достаточно незначительной разницы в магнитной восприимчивости разделяемых минералов для создания условий обогащения. Однако на практике магнитные поля, создаваемые магнитными системами, характеризуются значительной неравномерностью магнитных сил H grad H. Так, на расстоянии 5-6 мм от полюсов в зависимости от расстояния (шага) между полюсами магнитная сила поля снижается в 6-50 раз и более. Поэтому при близких 1и 2 может получиться, что менее магнитные, но находящиеся ближе к полюсу частицы будут притягиваться, а более магнитные, но находящиеся на большем расстоянии от полюса частицы будут уходить с немагнитным продуктом. Для успешного разделения минералов при магнитной сепарации необходимо, чтобы коэффициент селективности магнитного обогащения был не менее 3-5.

Процесс магнитной сепарации в зависимости от магнитных свойств разделяемых минералов и напряженности, магнитных полей, обусловленных этими свойствами, делят на магнитную сепарацию для сильномагнитных руд и магнитную сепарацию для слабомагнитных руд; иногда эти процессы называют соответственно магнитной сепарацией в слабом магнитном поле (напряженность которого меньше 100 кА/м) и магнитной сепарацией в сильном магнитном поле (напряженностью 160 кА/м).

Сепарацию в слабом магнитном поле применяют для сильномагнитных железных руд, улавливания металлических предметов и регенерации тяжелых сред. Сепарацию в сильном магнитном поле применяют для обогащения слабомагнитных марганцевых руд, доводки продуктов обогащения руд цветных и редких металлов, обезвоживания графитовых, тальковых и других неметаллических полезных ископаемых.

В зависимости от характера среды, в которой происходит разделение частиц на магнитную и немагнитную фракции, различают сухую магнитную сепарацию (воздушная среда) и мокрую магнитную сепарацию (водная среда). Сухая магнитная сепарация применяется обычно при обогащении руд крупностью 3-100 мм. При обогащении более мелкой руды процесс этот имеет недостатки: менее четко разделяются минералы (за счет имеющейся в руде влаги и глинистых примесей частицы слипаются и засоряют продукты обогащения); на поверхности устройств, транспортирующих магнитную фракцию, происходит налипание частиц, очистка которых связана с определенными затратами; налипшие слои изменяют напряженность магнитного поля, в результате чего изменяется процесс разделения; образование пыли ухудшает условия труда и требует специальных механизмов для ее улавливания. Эти недостатки отсутствуют при мокрой сепарации, поэтому она нашла широкое применение для обогащения руд мельче 3 мм. При мокрой сепарации налипшие частицы хорошо смываются водой, образование флокул из мелких магнитных частиц благотворно влияет на разделение минералов при обогащении сильномагнитных руд. Отрицательным фактором мокрого магнитного обогащения является более высокое сопротивление воды движению частиц минералов, так как вода плотнее воздуха. Однако при обогащении сильномагнитных руд отрицательное влияние этого фактора значительно уменьшается благодаря образованию магнитных флокул.

Магнитная сепарация осуществляется на машинах, состоящих из следующих основных конструктивных узлов: магнитной системы; устройств для подачи исходного сырья и разгрузки продуктов обогащения; емкости, в которой происходит разделение магнитной и немагнитной фракций; рамы, на которой крепятся все узлы, и приводов движущихся механизмов. Машины эти называются магнитными сепараторами.

Магнитные системы сепараторов могут быть открытыми или замкнутыми, с постоянной или чередующейся полярностью, с бегущим или полиградиентным магнитным полем, из постоянных магнитов или электромагнитов. Сепараторы, системы которых изготовлены из электромагнитов, называются электромагнитными, а сепараторы, системы которых изготовлены из постоянных магнитов, магнитными.

Замкнутые магнитные системы представляют собой два противоположно расположенных магнита с разноименными полюсами. На рисунке 14, а полюс S расположен во вращающемся барабане, а полюс N на неподвижной плоскости. Эти магнитные системы создают высокую напряженность магнитного поля, экономичны и применяются в сепараторах для обогащения слабомагнитных руд. Зона между полюсами размером l·Нназывается рабочей зоной. Очень часто полюса замкнутых магнитных систем изготовляются с одной стороны в виде зубьев прямоугольного или треугольного сечения, а с противоположной стороны плоскими или с выемками различной формы. Сепараторы с замкнутыми магнитными системами имеют рабочую зону сравнительно малой высоты h и длины l что вызвано трудностью создания интенсивного поля в большом объеме, поэтому крупность частиц, обогащаемых на этих сепараторах ограничена и не превышает 5-6 мм. Это послужило одной из главных причин создания открытых магнитных систем.

Открытая магнитная система имеет ряд параллельно расположенных полюсов чередующейся полярности, края которых расположены в плоскости или по цилиндрической поверхности (рис. 14, б).

 

Рисунок 14 ― Замкнутая (а) и открытая (б) магнитные системы

 

Эти системы могут быть с постоянной и чередующейся полярностью (рис. 15, а, б). Магнитные системы с постоянной полярностью применяются в сепараторах, предназначенных для выделения особочистых хвостов и высокого извлечения частиц при регенерации тяжелой среды. Сепараторы с открытыми магнитными системами могут иметь большую высоту рабочей зоны и поэтому применяются для обогащения руд крупностью до 100мм (например, при сухой магнитной сепарации). Открытые магнитные системы не могут создать высокую напряженность магнитного поля, поэтому их применяют в сепараторах для обогащения сильномагнитных руд. Магнитное поле сепараторов с открытой системой зависит от шага полюсов, отношения толщины полюса к ширине зазора между полюсами, формы полюсных концов, радиуса цилиндрической поверхности, касательной к краям полюсных концов. Шаг полюсов зависит от крупности обогащаемого материала. Зависимость эта выражается следующими уравнениями: для плоской магнитной системы:

return false">ссылка скрыта

 

S = π(d+2h); (22)

 

для цилиндрической поверхности:

 

, (23)

 

где S ― шаг полюсов; d ― крупность обогащаемого материала; R ― радиус кривизны поверхности системы; h ― высота рабочей зоны, для открытых магнитных систем равная глубине магнитного поля.

Для определения числа полюсов и их размеров, отношения толщины полюса к межполюсному зазору и других величин магнитных систем применяют сложные расчеты, описанные в специальной литературе.

 

а ― сухой барабанный с чередующейся полярностью; б ― то же, с постоянной; в ― мокрый барабанный прямоточный; г и д ― то же противоточный; е ― то же, полупротивоточный; ж ― четырехвалковый; з ― дисковый; М.ф ― магнитная фракция; Н.ф ― немагнитная фракция

Рисунок 15 ― Принципиальные схемы наиболее распространенных типов сепараторов

 

Изменение полярности вызывает переориентировку, или так называемое, магнитное перемешивание магнитных частиц, т. е. в результате перемещения поверхности с магнитным материалом относительно многополюсной магнитной системы на этой поверхности создается бегущее магнитное поле с определенной частотой. Благодаря чередованию полярности удается получить более чистые концентраты. Более частая смена полярности полюсов вызывает вращение прядей слипшихся частиц и укорачивает их, что, в конечном счете, увеличивает избирательность разделения почти в 2 раза.

У обычных магнитных сепараторов частота бегущего поля недостаточна для полного удаления немагнитных частиц, запутавшихся между магнитами, поэтому частоту бегущего поля увеличивают, применяя переменный трехфазный ток для питания электромагнитных систем, качающиеся магнитные системы и др. При достаточно большой высоте бегущего поля происходит разрушение флокул, благодаря чему повышается качество продуктов обогащения.

Электромагнит представляет собой катушку с помещенным внутри нее сердечником с полюсным наконечником. Из блоков сердечник - катушка набирается электромагнитная система.

Постоянные магниты изготавливают из сплава ЮНДК-24 (алюминиево-никелево-кобальто-железный сплав) или феррита бария (МБА). Магнитные полюса разомкнутых систем собирают из брикетов феррита бария, а верхнюю их часть - из ферритов стронция с магнитными клиньями-вкладышами между полюсами для повышения напряженности поля в рабочей зоне. Эти материалы обладают очень низкой способностью к размагничиванию. Магнитные системы из постоянных магнитов просты в обслуживании, безопасны, не требуют расхода электроэнергии во время эксплуатации сепараторов и вспомогательного оборудования для питания магнитной системы. Все эти недостатки присущи системам, оборудованным электромагнитами. Преимуществом этих систем является то, что у них, изменяя силу тока, можно регулировать в определенных пределах напряженность магнитного поля. У постоянных же магнитов напряженность магнитного поля со временем понижается в результате размагничивания, поэтому после длительной эксплуатации приходится менять всю магнитную систему. Магнитные системы устанавливаются в сепараторах не жестко, что позволяет регулировать зону действия магнитного поля.

Полиградиентное магнитное поле возникает при заполнении пространства между двумя полюсами магнита мелкими ферромагнитными телами сферической или другой формы. Эти тела намагничиваются и становятся индукционными магнитами. На всех участках сближения индукционных магнитов магнитные силы действуют по всем трем осям и создают неоднородное по напряженности магнитное поле. Магнитные частицы в таких полях притягиваются индукционными магнитами и выносятся вместе с ними из зоны магнитного поля. Затем эти частицы отделяют от магнитов.