CC BY
97
-------------------------------------- © В.И. Дядин, В.П. Мязин,
2009
В.И. Дядин, В.П. Мязин
ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО СЕПАРАТОРА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ
Показано одно из возможных направлений дальнейшего совершенства электродинамических сепараторов. Современным электродинамические сепараторыы несмотря на целый ряд весьма привлекательным эксплуатационным качеств, не используются для решения задач обогащения россытныгх минералов из-за недостаточности магнитодвижущих сил. Получить необходимым для сепарации мелкого россыпного материала магнитодвижущие силыг можно, применив для генерации магнитного поля методыг импульсивной техники. Приводятся результатыг экспериментов на макете электродинамического сепаратора с импульсныт бегущим магнитным полем.
Ключевые слова: электродинамический способ сепарации, скин-слой, сепаратор, магнитное поле.
Эффективность использования электродинамической сепарации для сортировки крупной стружки цветных металлов из движущегося массопотока обоснована в работах [1,2]. Универсальность и экологическая привлекательность использования этого метода предопределили необходимость постановки дальнейших исследований в первую очередь с целью расширения глубины извлечения труднообогатимых мелких зерен минерального сырья в технологических операциях [3]. По нашему мнению, физические методы электродинамической сепарации можно эффективно реализовать в первую очередь на объектах доводки шлихов золотосодержащих продуктов ШОУ.
Электродинамический способ сепарации основан на свойстве переменного магнитного поля индуцировать в проводящих частицах вихревые токи, вызывая появление в них магнитного момента. В результате проводящая частица начинает взаимодействовать с внешним магнитным полем как идеальный диамагнетик и выталкивается во время нарастания внешнего поля в пространство с меньшей напряженностью. Чтобы спадающим полем частицу не возвращало обратно к индуктору, в сепараторах устраивают «бегущее поле», — устанавливают несколько индукторов, подключен-
ных к трехфазному генератору. Поочередно нарастающее и спадающее в индукторах магнитное поле движет проводящие частицы в одном направлении. Непроводящие частицы с полем практически не взаимодействуют. Таким образом, происходит пространственное разделение частиц.
Проводящая частица изменит траекторию только тогда, когда сумма сил её взаимодействия с внешним магнитным полем станет больше суммы сил, удерживающих её внутри потока частиц вмещающих пород. Электродинамические сепараторы надежно извлекают только те частицы, размер которых оказывается больше размеров кольца вихревого тока, или, выражаясь более традиционным для электродинамики языком — больше глубины скин-слоя в материале частицы. В этом случае возникающий в частице вихревой ток своим магнитным полем, экранирует внешнее поле. Внутри пространства занимаемого частицей и за ней магнитное поле отсутствует, и частица движется благодаря образовавшемуся большому градиенту магнитного поля. Если же глубина скин-слоя больше самой частицы, то в пространстве, занятом частицей и в её окрестностях, напряженность магнитного поля меняется слабо, а сила оказывается недостаточной, чтобы сдвинуть её с места. Глубина скин-слоя связана со скоростью изменения внешнего индуцирующего магнитного поля соотношением:
R,h □ — , (1)
у ц0юс
где ц0 = 4%-10-7 Гн/м — магнитная постоянная, ю — круговая частота колебаний поля, р — удельная проводимость материала частицы.
В золоте глубина скин-слоя в 1 мм достигается при частоте синусоидальных колебаний поля ю ~ 20 кГц. Из формулы (1) следует, что уменьшить глубину скин-слоя в десять раз, и разделять частицы ~ 0,1 мм, можно, увеличив частоту колебаний поля в сто раз. [4]. Непрерывный режим генерации высокочастотных магнитных полей высокой напряженности сопряжен с большим расходом энергии. Поэтому создание таких генераторов — источников питания для сепараторов бегущего магнитного поля является сложной технической задачей.
Реализовать техническую задачу с помощью систем непрерывной генерации высокочастотных бегущих магнитных полей, позволяет импульсная техника. Применение генераторов импульсных напряжений (ГИНов) в качестве источников питания в электродинамических сепараторах позвляет при весьма малых затратах энергии получать силовые магнитные поля амплитуда, скорость нарастания и градиент которых может достигать весьма больших величин.
В ИСЭ СО РАН совместно с Томским университетом и НИГТЦ ДВО РАН в 2007 году в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007—2012 годы» разработан и изготовлен макет электродинамического сепаратора с импульсным бегущим магнитным полем. Макет состоит из: источника питания с общим зарядным устройством и блоком управления, двух емкостных накопителей с ключами-прерывателями — ГИН-ов, рабочего органа и емкостей для материала. Работа ГИН-ов синхронизирована так, что в каждой из катушек индуктора, генерируются импульсы магнитного поля, смещенные друг относительно друга на время оптимальное для процесса сепарации. Таким образом, из импульсов образуются цуги мощного магнитного поля. Под воздействием такого цуга, частица разгоняется на протяжении всего пути ее следования. Частоту следования цугов можно менять и поддерживать оптимальной для эффективного выделения мелких частиц продуктивной фракции минерального сырья. Применение ГИН-ов в качестве источников бегущего магнитного поля реально позволяет получить в рабочем пространстве сепаратора силовой режим выделения из массопотока мелких минеральных частиц размером 0,1 мм.
Рабочий орган макета сепаратора (рис. 1) пространственно отделен от блока источника питания и представляет собой сложный индуктор, состоящий из двух соосных цилиндрических бескаркасных катушек, навитых медной шиной «на ребро». Межвитковая изоляция — слюда (мусковит). Направление
Рис. 1. Рабочий орган сепаратора: 1 — исходный материал; 2 — непроводящая фракция; 3 — проводящая фракция; 4 — емкость для выделенной проводящей фракции; 5 — загрузочная емкость; 6 — конусный распределитель; 7 — катушки индукторов; 8 — дистанционная шайба; 9 — фланцы; 10 — токоввод; 11 — щель дозатора; 12 — отбойник; 13 — стяжная шпилька
токов — встречное, такое, что совокупное магнитное поле направлено вовнутрь, к оси катушек. Катушки отделены друг от друга дистанционной шайбой из стеклотекстолита и стянуты фланцами с помощью стяжных шпилек. Рабочей зоной индуктора является пространство между катушками, непосредственно прилегающее к внутренней цилиндрической поверхности дистанционной шайбы. На фланцах индуктора установлены: загрузочная емкость с конусным распределителем — регулятором скорости подачи исходного материала, круговой щелевой дозатор для равномерной подачи и распределения материала в рабочем пространстве. Щель дозатора выведена на внутреннюю цилиндрическую поверхность индуктора со сходом у верхней кромки рабочей зоны. У нижней кромки рабочей зоны индуктора установлен цилиндрический отсекатель, отделяющий извлеченный материал.
Принцип действия электродинамического сепаратора заключается в следующем. Классифицированный материал, с
предварительно выделенной из него магнитной фракцией, подается равномерным потоком на конусный распределитель — дозатор и через щель попадает в рабочее пространство под воздействие импульсов магнитного поля. В результате взаимодействия с импульсным бегущим магнитным полем проводящие частицы выталкиваются к центру индуктора и попадают за кромку отсе-кателя в емкость для сбора проводящего материала. Непроводящий материал с магнитным полем не взаимодействует и падает в щель между внутренней поверхностью индуктора и отсекателем. Таким образом, получается пространственное разделение компонентов исходного материала.
В результате проведенных экспериментальных исследований на созданной установке были получены характерные сепарационные зависимости, представленные на рис. 2.
Рис. 2. Экспериментальные сепарационные зависимости, полученные на электродинамическом сепараторе при различных зарядных напряжениях, В: 1 —
750; 2 — 1000; 3 — 1250; 4 — 1500; 5 — 2000
Из полученных данных можно заключить, что силовой режим в зоне разделения сепаратора, необходимый для извлечения ~ 80 % проводящих частиц размером 0,1 мм достигается при рабочем на-
пряжении на конденсаторах ~ 2000 В, силе тока в индукторе ~ 2500 — 3000 А и мощности в импульсе ~ 5 — 6 МВт. Частота следования импульсов магнитного поля составляла — 50 имп/сек, длительность цугов около 200 мкс. При этом извлечение мелких классов проводящих частиц повышается ростом рабочего напряжения.
Применение ГИН-ов в качестве источников импульсного бегущего магнитного поля изменило способ получения бегущего магнитного поля в сепараторе. Данное техническое решение позволяет получать поля, напряженность и градиент которых ограничивается лишь пределом механической прочности материалов, из которых изготавливаются индукторы. Использование ГИН-ов позволяет отказаться от разработки и изготовления сложных специальных высокочастотных источников, необходимых для сепараторов с целью непрерывной генерации бегущего магнитного поля. При этом применение ГИН-ов по сравнению с источниками непрерывной генерации значительно снижает потребление энергии.
-------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Звегинцев А.Г. Новый способ магнитной сепарации минералов в импульсных градиентных полях / А.Г. Звегинцев, Э.К. Якубайлик, М.А.Усов, И.М. Ганженко // Горный журнал, N 2, 1999. — С. 46 — 48.
2. Кармазин В.В. Магнитные электрические и специальные методы обогащения полезных ископаемых / В.В. Кармазин, В.И. Кармазин. — М.: Изд-во МГГУ, 2005. — 670 с.
3. Кармазин В.В. Новые методы извлечения мелкого золота при отработке россыпных и техногенных месторождений / В.В. Кармазин, Р.И. Исаков, В.П. Мя-зин, А.Б. Солоденко // Г орный журнал, N 2, 1999. — С. 45 — 49.
4. Тамм И.Е. Основы теории электричества / Тамм И.Е. — М., Ленинград: ОГИЗ Государственное изд-во технико-теоретической литературы, 1946. — 660 с.
ЕШ
V.I. Diadin, V.P. Myazin
APPLICATION OF THE ELECTRODYNAMIC SEPARATOR
FOR PROCESSING OF MINERAL RAW MATERIAL
The article argues one of the possible ways for further development of electrodynamic separators. Despite a number of rather good service characteristics, present-day electro-dynamic separators are not used for solving tasks in alluvial minerals dressing, because the separators lack of sufficient magnetic driving forces. To get the magnetic driving forces necessary for fine alluvial material separation is possible by having used for magnetic field generation the impulsive tecnique methods. It is given the results of experiments carried out on a model of electro-dynamic separator with pulsed running magnetic field.
field.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------
Дядин В.И. — ведущий инженер Камчатского филиала геофизической службы РАН, diadin@emsd.iks.ru
Мязин В.П. — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой обогащения полезных ископаемых и вторичного сырья, Читинского государственного университета, myazinvpchita@mail.ru
