Особенности разделения слабомагнитных материалов способом высокоградиентной магнитной сепарации при высоких уровнях магнитной индукции Текст научной статьи по специальности «Физика»

-------------------------------------- © В.Ю. Шутов, Ю.С. Мостыка,

Л.З. Гребенюк, 2006

УДК 622.778

В.Ю. Шутов, Ю.С. Мостыка, Л.З. Гребенюк

ОСОБЕННОСТИ РАЗДЕЛЕНИЯ СЛАБОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ СПОСОБОМ ВЫСОКОГРАДИЕНТНОЙ МАГНИТНОЙ СЕПАРАЦИИ ПРИ ВЫСОКИХ УРОВНЯХ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Семинар № 19

~П ГМС может быть эффективной

Jj как при относительно небольших, так и при высоких значениях магнитной индукции, в зависимости от свойств исходного продукта и гидродинамического режима сепарации. При высоких значениях магнитной индукции в рабочей зоне имеют место ряд особенностей, из которых рассмотрим следующие. Во-первых, модуль градиента \grad И\ напряженности магнитного поля Н при повышении магнитной индукции внешнего поля Во стремится к постоянной величине, вследствие магнитного насыщения ферромагнитной матрицы. Для сравнения отметим, что при низких значениях Во величина \grad И\ практически линейно зависит от Во. Во-вторых, для многих минералов характерно снижение удельной магнитной восприимчивости х при повышении магнитной индукции в рабочей зоне. Совместное действие этих двух факторов приводит к тому, что при высоких уровнях Во зависимость fB0) удельной магнитной силы f = ц0Х И grad И от Во становится значительно слабее квадратичной зависимости, которая имеет место при низких Во.

Характеристики сепарации определяются, в числе других параметров, вероятностью захвата магнитных частиц элементом ферромагнитной матрицы и вероятностью удержания захваченных частиц на этом элементе. При мокрой магнитной сепарации вероятность удержания захваченных частиц определяется, в основном, со-

отношением гидродинамической и магнитной сил вблизи поверхности элемента (в пределах тела накопления частиц) и гравитационной силой.

Толщиной тела накопления частиц можно управлять за счет изменения магнитной индукции Во и скорости потока пульпы Ко. Для обеспечения свободного протекания пульпы через матрицу рационально было бы задавать такие соотношения Во и Уа, при которых толщина тела накопления существенно меньше расстояния между соседними элементами матрицы. В этих пределах, как показывают расчеты, при определении магнитной силы влиянием соседних элементов можно пренебречь, используя простую расчетную модель одиночного ферромагнитного элемента. В противовес этому, вероятность захвата магнитных частиц элементом матрицы определяется соотношением действующих на них сил (гидродинамической, магнитной, гравитационной, инерционной) не вблизи элемента матрицы, а на расстоянии от него, соизмеримом с расстоянием между соседними элементами. Поэтому вероятность захвата частиц следует определять с учетом влияний на распределения скоростей потока и напряженности магнитного поля, оказываемых соседними элементами матрицы. В качестве одиночного ферромагнитного элемента матрицы рассмотрим цилиндрический стержень кругового поперечного сечения. Более сложную физическую модель матрицы, учитываю-

щую влияние соседних элементов, возьмем в виде решетки стержней кругового сечения, оси которых лежат в одной плоскости и параллельны между собой.

Используя формулы напряженности магнитного поля вблизи цилиндрического ферромагнитного элемента [1], можно рассчитать градиент напряженности поля в различных точках в окрестности этого элемента.

Результаты расчетов модуля градиента \grad И\ в зависимости от Во на различных расстояниях от оси ферромагнитного стержня представлены на рис. 1: 1 - для диаметра стержня d = 2 мм; 2 - для d = 4 мм.

Эти зависимости остаются одинаковы-

Рис. 1. Зависимости абсолютной величины градиента напряженности магнитного поля от магнитной индукции: 1 - кц = 1 ммж 2 - кц

ми при различных значениях полярного угла в, однако направление вектора gradИ зависит от в.

Как видно, в обоих вариантах при увеличении Во значения \grad И| стремятся к постоянным величинам.

В Национальном горном университете были выполнены измерения удельной магнитной восприимчивости х при различных значениях магнитной индукции для нескольких фракций ильменитовых песков из Иршанского месторождения. Эти фракции были выделены на роликовом магнитном сепараторе в пяти последовательных приемах сепарации при силе тока в катушках электромагнитной системы I =

0,1; 0,2; 0,3; 0,5 и 1 А.

Полученные экспериментальные данные х в зависимости от магнитной индукции В для одной из фракций (I = =0,2 А) представлены на рис. 2. Здесь же нанесены для сравнения теоретические зависимости х(В) для гематита (кривая 1) и иль-

менита (кривая 2) , которые были рассчитаны по формулам объемной магнитной восприимчивости из работы [1].

Рис. 2. Зависимости удельной магнитной восприимчивости от магнитной индукции: 1, 2 - теоретические зависимости, рассчитанные по формулам [1] для гематита и ильменита соответственно; 3 - экспериментальные данные, полученные авторами для одной из фракций ильменит-содержащего продукта

= 2 ммж к.кц = 1б5

Рис. 3. -Зависимости произведения удельной магнитной восприимчивости на модуль градиента напряженности магнитного поля вблизи ферромагнитного стержня при гт = 1 мм; г/гт=1,5 от магнитной индукции 1 - для гематита; 2 - для ильменита

Тот факт, что экспериментальные данные располагаются между зависимостями для ильменита и гематита, можно было бы объяснить, предполагая, что исследуемый продукт относится к минералам ильменит-гематитовой серии [2]. Поэтому можно ожидать, что его свойства, в том числе и магнитная восприимчивость, занимают промежуточное положение между свойствами ильменита и гематита.

В дальнейших расчетах используются теоретические зависимости х(В) (кривые

1, 2), так как экспериментальные данные имеются только для узкого диапазона магнитной индукции В.

Результаты расчетов произведения удельной магнитной восприимчивости х на модуль градиента напряженности магнитного поля gradH вблизи ферромагнитного стержня r/rw = 1,5 от магнитной ин-

/

/

0,6 ■ - /

I

>

0,4 -I-----------1--------1--------1--------1--------1--------1--------1-------1--------1--------Ь

дукции В при диаметре стержня d = 2 мм (г„ = dw /2 = 1 мм) представлены на рис. 3; здесь г - расстояние от оси стержня до данной точки; кривая 1 - для гематита, кривая 2 - для ильменита.

Как видно, для гематита произведение х\grad Н| остается практически постоянным в широком диапазоне магнитной индукции: начиная от В=1Тл и выше. Для ильменита наблюдается рост произведения х\grad Н\ с увеличением В, однако при В «3-4 Тл и выше этот рост становится незначительным.

На рис. 4 показаны результаты расчетов коэффициента захвата а частиц ильменита и гематита от магнитной индукции Во в рабочей зоне ВГМС с матрицей в виде решетки ферромагнитных стержней.

Здесь под коэффициентом захвата подразумевается отношение массы захваченных магнитных частиц за некоторый промежуток времени 1 к общей массе магнитных час-

тиц в потоке пульпы, проте-

Рис. 4. Зависимость коэффициента захвата частиц гематита (кривая 1) и ильменита (кривая 2) от магнитной индукции внешнего поля, наложенного на матрицу -решетку стержней при =4;

дт =2мм; др =100 мкм; Уа=0,05 м/с; X = Х(В0>

кающей за этот же промежуток времени. Значения коэффициента а определялись в результате расчетов траекторий частиц в потоке пульпы, протекающей через решетку стержней.

Выводы

1. В результате расчетов на примере минералов ильменита и гематита показано, что произведение удельной магнитной восприимчивости слабомагнитных частиц на градиент напряженности магнитного поля в рабочей зоне ВГМС с увеличением магнитной индукции Во стремится к постоянной величине.

1. Svoboda J. Magnetic Methods for the Treatment of Minerals. - Amsterdam - Oxford -New York - Tokyo. - 1987. - 692 p.

2. В результате расчетов траекторий частиц ильменита и гематита в потоке пульпы, протекающей через матрицу в виде решетки ферромагнитных стержней, получены зависимости коэффициента захвата а от магнитной индукции Во (коэффициент а характеризует вероятность захвата частиц). Показано, что для рассмотренных параметров (густота решетки, диаметр стержней, диаметр частиц, скорость потока) коэффициент захвата а для ильменита достигает своего предельного значения а = 1 при значительно меньших значениях В, чем коэффициент захвата для гематита.

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Нагата Т. Магнетизм горных пород. -М.: Мир, 1965. - 346 с.

— Коротко об авторах ------------------------------------------------------

ШутовВ.Ю., МостыкаЮ.С., Гребенюк Л.З. - Национальный горный университет, Днепропетровск, Украина.

ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор

Название работы

Специальность Ученая степень

СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ПАНЬШИН Разработка и промышленное освоение 25.00.І3 к.т.н.

Андрей комбинированной технологии обогаще-

ния свинцово-цинкового сырья

Михайлович