CC BY
108
© Ю.Г. Путилов, И.В. Палин. 2009
Ю.Г. Путилов, И.В. Палии
МАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ НОВОЙ КОНСТРУКЦИИ В СЕПАРАТОРАХ ТИПА «PERMOS» И ИХ ПРЕИМУЩЕСТВА
Доказано особое значение градиента магнитного поля при разделении слабомагнитных частиц. На основе этого предложена новая магнитная система с магнитными блоками, намагниченными в определенном направлении, имеющая следующие преимущества: требует меньше магнитного материала; генерирует равномерное магнитное поле, с высоким значением его градиента. Ключевые слова: магнитное обогащение, магнитная система, магнитное поле, градиент магнитного поля, намагничивание.
и я роцессы магнитного обогащения, основанные на разли-.Л.Л. чии магнитных свойств разделяемых компонентов (веществ) находят широкое применение во многих отраслях промышленности (горнообогатительные предприятия черной, цветной металлургии, редких и редкоземельных металлов, предприятия стройиндустрии, пищевой, химической промышленности, предприятия для утилизации промышленного, бытового и строительного мусора и т.д.).
Известно, что барабанные сепараторы, получившие широкое применение, делятся на две категории:
•сепараторы с низкой напряженностью магнитного поля (до 0,2 Тл), применяются в основном для обогащения сильномагнитных руд (величина магнитной восприимчивости > 3 • 10 -3 см3/г), при влажном или сухом производственном процессе;
• сепараторы с высокой напряженностью магнитного поля (0,2 - 1,7 Тл), используемые для обогащения слабомагнитных материалов (величина X = = (600-10)* 10"бсм3/г).
Следует отметить, что вопросы обогащения сильномагнитных материалов в настоящее время решаются довольно успешно, применяя для этих целей барабанные сепараторы, выпускаемые многими предприятиями Украины и России: ООО «Продэкология», Украина; 000 «Эрга» (Калуга); ЭМК (Москва) и т.д.
Решение же проблемы обогащения слабомагнитных материалов до сих пор проблематично, т.к. в СНГ до настоящего времени
не налажен массовый выпуск высокоградиентных сепараторов (величина градиента магнитного поля более 1000 мТл/см). Магнитные системы серийно выпускаемых высокоградиентных магнитных сепараторов фирмой «ЭМКО» (Москва, Россия) имеют градиент поля не более 400 мТл/см. Почему величина градиента поля очень важна видно из следующего.
Магнитное обогащение материалов происходит только в неоднородных полях (т.е. полях, когда величина Н во всех точках различна по величине и направлению), а неоднородность магнитного поля характеризуется градиентом его напряженности (grad Н), представляющую собой производную абсолютной величины Н по направлению его наибольшего возрастания или по другому, скорость изменения напряженности поля в направлении ее наибольшего возрастания.
Произведение же величины поля в данной точке Н на grad H называется магнитной силой (пондеромоторной). Отсюда, магнитная сила:
Fyd = *0HgradH, м / сек\
где х0 (каппа) - объемная магнитная восприимчивость материала, равная х *5 т.е. произведению удельной магнитной восприимчивости на плотность материала.
Магнитная сила, действующая на частицу, может быть выражена пространственной производной магнитной энергии частицы: F=1/2*V*grad(MxB) (1)
где V= объему частицы (м3); М = намагниченности частицы (А/м); В = плотности магнитного потока (Т).
Когда частица является сильномагнитной и имеет постоянную намагниченность (М = const),получается следующее уравнение:
F = 1/2 -V ■ M ■ gradB (2)
Но для слабомагнитных (т.е. парамагнитных) частиц намагниченность пропорциональна напряженности магнитного поля (М=к*Н), поэтому
F =1 /2 * V * k * grad(H*B) = V/^0 *к*В* grad(B), (3)
где Н = напряженность магнитного поля (А/м); ц0 - постоянная магнитного поля (4*10"7 Vs/Am); к - объемная восприимчивость частицы.
Из уравнений магнитного поля его градиента и магнитных сил, приведенных выше, следует, что градиент поля (grad H) имеет особое значение для улавливания сильномагнитных частиц, в то время как для слабомагнитных частиц имеют, значение как напряженность поля, так и его градиент.
Следовательно, при конструировании магнитных сепараторов необходимо уметь рассчитывать и изготавливать такие магнитные системы (МС), которые генерируют сильные поля, действующие на слабомагнитные частицы максимально возможных напряженностей и градиентов поля. На сегодня самым лучшим, эффективным высокоградиентным барабанным сепаратором является сепаратор типа «Permos», разработанный в 80-е годы прошлого столетия в США и Германии и выпускаемый тремя западными компаниями: в Китае (разработан Чаншанским НИИ горного дела и металлурги), В США («Эрайз») и Германии («КНД Humbold Wedag AG»). Аналогичный сепаратор выпускается в ООО фирме «Экспромаг» (г. Днепродзержинск, Украина) совместно с ООО «Эрга» (г. Калуга, Россия). Аналогов такому барабанному сепаратору на сегодня не существует.
На рис. 1 приведена расчетная конфигурация поля и МС барабанного сепаратора обычной конструкции.
Рис. 2. Магнитная система (2) состоящая из закрепленных на ярме (3) блоков постоянных магнитов (4)
Как видно из рис. 2 на ярме (магнитопровода) закрепляются блоки МС, состоящие из магнитов в форме призм. Поле таких многополюсных МС зависит от свободной магнитодвижущей силы М, приходящейся на пару соседних полюсов, шага полюсов S отношения ширины а к ширине зазора между полюсами, формы полюсов или полюсных наконечников, радиуса Rц цилиндрической поверхности МС, касательной к краям полюсных наконечников.
Магнитное поле многополюсных систем приближенно описывается равенством
Нх = Н0в~сх = — • Мв~ех, эрстед, (4)
2 $
где Нх - напряженность магнитного поля на расстоянии X от поверхности полюсов, Э; Н0 - напряженность магнитного поля на
поверхности полюсов, Э; М - свободная м.д.с. на пару средних полюсов, Гильберт (гб); S - шаг полюсов отсчитанный по дуге радиуса Rц, см; с - коэффициент неоднородности поля, см"1; X - расстояние от поверхности полюсов, см.
При расположении полюсов на цилиндрической поверхности
^ л 1 ,
С = — ■ —, см (5)
S Я
ч
Рис. 3. Секторное расположение десяти магнитных блоков
Рис. 4. Магнитная структура сепаратора «Регтон»
Как видно из уравнений (4) и (5) получить высокое значение коэффициента неоднородности поля, в таких конструкциях МС невозможно, т.к. при возрастании Rц значение с резко снижается.
Кроме того, поскольку с зависит главным образом от шага полюсов S, то величина этого шага должна быть минимальной.
Для высокоградиентного сепаратора типа «Permos» была разработана совершенно новая магнитная конфигурация МС (рис. З), которая по сравнению с обычными МС:
• требует меньше магнитного материала;
• генерирует очень равномерное магнитное поле, с высоким значением его градиента.
Данная МС не включает в себя большие магнитные блоки, намагниченные радиально по очереди внутрь или наружу как в обычной МС, а представляет множество малых магнитных блоков, направление намагничивания которых изменяется с небольшим шагом.
С увеличением числа магнитных блоков отклонение напряженности магнитного поля Н значительно ниже, хотя среднее значение измеренной магнитной интенсивности намного выше, чем для обычной МС.
С увеличением количества магнитных блоков отклонение поля по линии поверхности барабана также снижается и их отрицательные тангенциальные силы минимизированы. Оптимальное количество блоков в коммерческом сепараторе «Permos» ~ 50 штук; состоящих из по-разному намагниченных постоянных магнитов Nd-Fe-B, охватывающих угол 120 - 90° общей окружности барабана сепаратора.
Эта конструкция позволяет получить около 0,7 Тл на поверхности барабана и 0,3 Тл на расстоянии 10 мм от поверхности барабана с минимальной величиной тангенциальных сил.
Специальная ориентация намагниченных блоков обеспечивает максимальное использование энергии магнитов, вывод за пределы барабана (в рабочую зону) максимального магнитного потока, а также подбора конфигурации магнитного поля для эффективного разделения конкретного минерального сырья. Магнитное поле в сепараторе «Permos» - объемно-гра-диентное. Выпускается в двух исполнениях: для сухого обогащения и мокрого.
Основная область применения высокоинтенсивных, высокоградиентных аппаратов типа «Permos» - обогащение тонкоизмель-ченных слабомагнитных железных руд, ильменитовых руд и пляжных песков, выделение железных загрязнителей из тонкоизмель-
ченных промышленных минералов (например для осветления каолина, А120з • 2SiO2 • 2Н2О).
Данный сепаратор был успешно испытан для отделения пир-хотита от промышленных продуктов флотации, для очистки промышленных минералов и образцов, для обогащения мартитовых железных руд, в том числе для производства суперконцентрата при производстве окатышей из Венесуэльской мартитовой руды, содержащей только 0,27 % магнитного эквивалента. Концентрат с содержанием 58,0 железа в питании дообогащался по мокрой схеме до содержания 68,8 % Fe и менее 3,5 % Si02.
При разделении мартитовых руд Бразилии, Венесуэлы и др. стран получена производительность по твердому до 40 т/час на 1м ширины барабана и объемная производительность до 160 м /час также на 1 м ширины питания.
Хорошие результаты получены при выделении железосодержащих включений из шламов производства оптических стекол (после шлифовки).
Промышленные испытания сепаратора «Permos» на маргаце-вой руде шахты Доулан (Китай) показали хорошие результаты, при этом оптимальные параметры были достигнуты на руде с верхним приделом крупности питания - 30 + 0,5 мм.
Наши исследования на марганцевых шламах (шламохранили-ща им. Максимова) в г. Марганце показали, что после магнитной сепарации по сухой схеме был получен концентрат с содержанием Мп 40% (в исходном питании - 17,0%).
Таким образом, проведенный анализ публикаций, результаты промышленных испытаний показали, что на сегодня эффективнее сепаратора типа «Permos» для слабомагнитных материалов в мире не существует.
Расчет и изготовление магнитной системы такого сепаратора успешно освоили сотрудники ООО фирмы «Экспро-маг» (г. Днепродзержинск), а производство барабанных магнитных сепараторов с такими МС ООО «Эрга» (г. Калуга, Россия).
Следовательно, можно говорить о том, что использование сепараторов с блоками, намагниченными в определенном направлении, позволит увеличить производительность обогатительных фабрик, работающих на слабомагнитном сырье.
1. Железорудная база России / под ред. Орлова В.П., Веригина М.И., Голив-кина Н.И. - М.: ЗАО «Геоинформмарк», 1998. - 842 с. - ISBN 5 - 900357 - 07 - 4.
2. Плаксин И.Н., Кармазин В.И., Олофинский Н.Ф., Норкин В.В., Кармазин В.В. Новые направления глубокого обогащения тонковкрапленных железных руд. М., Наука, 1964.
3. Остапенко П.Е. Обогащение железных руд. - М.: Недра. 1985.
4. Нагата Такэзи. Магнетизм горных пород. М., Недра, 1965.
5. Кармазин В.В., Кармазин В.И. Магнитные, электрические и специальные методы обогащения полезных ископаемых. - М.: Изд-во МГГУ. 2005. - Т.1. ИШЗ
Putilov J. G., Palin I. V.
MAGNETIC SYSTEMS OF THE NEW DESIGN IN SEPARA-TORAH TYPE «PERMOS» AND THEIR ADVANTAGES
In this article was proved a special significance of gradient magnetic pole when separate submagnetic fraction. On base of this a new magnetic system with magnetic blocs was suggested, which were magnetized for defined lines. It has next advantages: was needed less magnetic material; generates uniform magnetic pole, with higher value its gradient.
Key words: magnetic enrichment, magnetic system, a magnetic field, a magnetic field gradient, magnetisation.
— Коротко об авторах -----------------------------------------------
Путилов Ю.Г. - кандидат технических наук, НПФ ООО «Эрга», http://www. erga. ru;
Палин И.В. - аспирант кафедры ОПИ, Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, [email protected]
