CC BY
11
© Г.А. Епутаев, М.Г. Данилова, Б.С. Варламов, В.О. Рыжанов, 2013
УДК 621.928.8
Г.А. Епутаев, М.Г. Данилова, Б.С. Варламов, В.О. Рыжанов ТРАЕКТОРИЯ ДВИЖЕНИЯ МАГНИТНЫХ ЧАСТИЦ В ПРОТИВОТОЧНОМ ЛЕНТОЧНОМ СЕПАРАТОРЕ С ВОЗДУШНЫМ ЗАЗОРОМ МЕЖДУ ОБОГАЩАЕМЫМ И ОБОГАЩЕННЫМ МАТЕРИАЛАМИ
Представлено описание принципа действия противоточного ленточного магнитного сепаратора для мокрого магнитного обогащения, аналитическое описание процесса движения частиц магнетита и его сростков в рабочей зоне сепаратора. Приводится расчёт траектории движения магнитных частиц, которая описана системой дифференциальных уравнений в системе координат х, у. Ключевые слова: ленточный противоточный магнитный сепаратор, обогащаемая пульпа.
В настоящее время при промышленном магнитном мокром обогащении железосодержащих руд используются барабанные сепараторы для стадиального выделения магнитного концентрата с контактом обогащаемой пульпы и несущей поверхностью обогащенного продукта [1]. При существующих методах обогащения образующиеся флоккулы из магнитосодержа-щих частиц захватывают не только магнитные частицы, что ведет к понижению эффективности обогащения.
Для промышленного обогащения железных руд разработан ленточный магнитный сепаратор наклонного типа с воздушным зазором между несущей поверхностью транспортерной лентой и потоком пульпы [2], принципиальная схема которого представлена на рис. 1.
Рис. 1. Ленточный противоточный магнитный сепаратор
Ленточный противоточный магнитный сепаратор работает следующим образом.
Через патрубок 7 по желобу 6 подается пульпа. Транспортирующая лента 3, натянутая между приводным 4 и концевым 5 барабанами приводится в движение посредством электродвигателя 15 противоположно направлению движения потока пульпы. Транспортирующая лента 3 устанавливается над желобом 6 с образованием воздушного зазора. При этом магнитные частицы извлекаются из потока пульпы пондеремоторными магнитными силами постоянных магнитов 1 через воздушный зазор на транспортирующую ленту 3, образуя флоккулы. Пульпа проходит по всей длине желоба 6 и стекает в приемник для немагнитной фракции 9. Одновременно с поступательным движением по транспортирующей ленте 3 флоккулы имеют вращательное движение, делая один оборот на каждой паре полюсов магнитов 1. При вращении флоккулы принимают новую форму и вещественный состав, а слабомагнитные, захваченные между частицами магнетита, сбрасываются под действием гравитационных сил в процессе перехода от одного полюса магнитов 1 к другому, вследствие чего происходит многократная перечистка продукта. Магнетит, очищенный от примесей увлекается транспортирующей лентой 3 к приемнику для магнитной фракции 8 и удаляется с нее при помощи скребкового устройства или потоком воды.
Магнитная система сепаратора представляет собой наклонную линейку магнитов с магнитопроводом (рис.1), вершины которой рассчитаны при различном угле наклона магнитной системы к горизонтальной оси с помощью формул
;[вг1 е1..Ы _ mag
7,1 ^
7,3 ^
7,4 ^
I ■ (Я) +
- ЬвщШ . ^ -— + г ■ ЯМ
I ■ (Я) +
I ■ (Я) +
I ■ (Я) +
ЬвщШ . " 6 + г ■ ЯМ
V 2 /
Ьвщгк . ь + г ■ ЯМ
V 2 /
Ьвщгк . -— + г ■ ЯМ
(со8(-г) +1 ■ 8т(-г)) (со8(-г) +1 ■ 8т(-г))
(С08-г) +1 ■ 8т(-г)) (С08-г) +1 ■ 8т(-г))
7,5 ^ 7,1
2
2
где N_mag — число магнитов; Length — ширина магнита мм; R — высота магнита мм; RM — расстояние между центрами магнитов мм; С = 1...5 — число точек расчета вершин магнита; т — угол наклона магнитной системы к горизонтальной оси рал.
Для исследования процесса сепарации необходимо аналитически описать процесс движения частиц магнетита и его сростков в рабочей зоне сепаратора. Для этого аналитически описаны магнитные поля и поля пондеромотор-ных сил [3].
При взаимодействии минералов, содержащих магнитит, с магнитным полем возникают пондеромоторные силы, которые взаимодействуют с магнитными частицами.
Для расчетов применены уравнения пондеромоторных сил [4]
F=i • JS • 2 S
+ -• Js
dB dx
dB Л x
cosy+—— siny
dB,
dx dB
i+
x
dy
cosy +-
dy
y
sin у
• J
(1)
где F — вектор удельной пондеромоторных силы, н/м3; у — угол между вектором магнитной индукции и вектором намагниченности флоккулы, град; JS — намагниченность флоккулы, А/м;
j N _ mag 4
B* (x, y)=n• X % K,, ln(x, y) , (2)
J i=1 j= 1
где
ln(X, y) =
ln
. i+1
j - (X + j y)
z , - z
— 1+1, j — 1, j
- ln
Zu - (X + j y)
z , - z
V — 1+1, l — 1, l у
Kj =
z - z
1 + - ,+u -,,
zi+1,j zi,j у
cos( ф) +
+j •
z - z
—i+1, j
zi+1j zij
-JL -1
sin(ф)
В (х, у) — сопряженная магнитная индукция; Тл, г ,■,} — координаты ■ вершины ] магнита, м; J — намагниченность магнита, А/м; ф — угол наклона вектора намагниченности к оси X, град.
Составлены программы табуляции полученных формул.
Поле модулей сил в относительных единицах в рабочей зоне сепаратора
М0 ^ ' Л _ 1
рассчитано при . _ 1, которое изображено на рис. 2. 4п
Рис. 2. Картина поля модулей пондеромоторных сил
Траектории движения рассчитаны по формулам
т
d2 х
Сг'
+ П СХ- У (
сг
+ ГТх) _ 0, —
Т х Сг
т^^-V{РМу + РАу +РТу) _ 0, ^
Сг
2
Сг
(3)
где J — момент инерции частицы, кг/м; щ — приведенная вязкость среды с учетом формы и размеров частицы., н»с/м; V — объем частицы, м3; т — масса частицы, кг; t — время, с, х,у — координаты, м; Гм — удельная пондеромотор-
ная сила
, н/м3; ГТ —
удельная сила тяжести частицы
, н/м3; Га —
удельная сила
Архимеда, н/м .
У
х
Рис. 3. Траектория движения частицы магнетита в противоточном ленточном сепараторе
На участке траектории 1 магнитные частицы движутся в пульпе по жолобу при ее турбулентном движении. Это приводит к тому, что они перемешаются в воздушном зазоре на различном расстоянии от начала желоба.
На участках 2а-2е движение магнитосодержаших частиц происходит в воздушной среде и также описывается системой уравнений (3), но в ней сила
Архимеда РА = 0, а приведенная вязкость среды г/ равна этой величине для воздуха.
Участок траектории 3 начинается в том месте, где частица достигает нижней стороны транспортерной ленты. В поступательном движении она движется со скоростью, равной скорости ленты. Одновременно на ленте образуются флоккулы, и они совершают врашательное движение. При врашении принимают новую форму и вешественный состав, а сростки, захваченные между магнитными частицами, сбрасываются под действием гравитационных сил в процессе перехода от одного полюса постоянных магнитов к другому, вследствие чего происходит многократная перечистка продукта.
На участке траектории 4, когда при перемешении по транспортёрной ленте флоккулы достигают области, где силы тяжести становятся больше пондеромоторных сил, получаемый продукт отрывается от ленты и движется в воздухе.
На основании изложенного был спроектирован и изготовлен ленточный сепаратор. Магнитная система имеет магнитную индукцию на поверхности желоба 80 мТс. Длина ленты над рабочей зоной 1 = 630 мм, ширина ленты над рабочей зоной д = 55 мм.
Траектория движения магнитных частиц рассчитана при расстоянии между поверхностью магнитов и обогащаемой пульпой И = 25 мм, приведенным диаметре магнетитовой частицы 200 мкм, скорости движения ленты п = 0.75(м/с). Максимальная производительность по пульпе — Q = 3.75 л/мин. Принципиальная конструктивная схема ленточного сепаратора и траектория движения магнетита изображены на рис. 3.
Траектория движения магнитных частиц рассчитана в системе координат х, у и имеет 4 участка.
Испытания сепаратора производились на смесях продуктов после первой стадии обогащения обогатительной фабрики Лебединского ГОКа и измельченного кварца в различных пропорциях.
Наблюдение за процессом сепарации показали, что на поверхности пульпы образуются отдельные образования типа «магнитной» жидкости. Они отрываются от поверхности пульпы, одновременно образуются капли с утолщением в верхней части, которые движутся к ленте. Вода и вместе с ней немагнитные материалы стекают обратно в пульпу. Крупные частицы перемещаются из пульпы без флокуляции в воздушный промежуток.
Химический анализ продуктов обогащения показали, что при данных параметрах обогащения получаются хвосты с содержанием железа менее 1%.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кармазин В.В., Ковалев Р.В., Епутаев Г.А. «Исследование магнитных полей сил барабанного сепаратора на постоянных магнитах» Горный информационно-аналитический бюллетень. № 12, 2006.
2. Епутаев Г.А., Данилова М.Г., Варламов Б.С. Патент № 2356631, «Ленточный магнитный сепаратор» опубл. 27.05.2009., Бюл. №15.
3. Епутаев Г.А., Варламов Б.С., Соин А.М. «Исследование магнитных полей и сил ленточного магнитного сепаратора для мокрого обогащения с воздушным зазором между обогащаемым продуктом и пульпой» Труды молодых ученых. № 3 Владикавказ, 2008.
4. Епутаев Г.А. Основы аналитической теории взаимодействия минералов с полем сепаратора на постоянных магнитах.— Владикавказ, РИА, 1999. и'.'-'а
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Епутаев Генналий Алексеевич — профессор, доктор технических наук. E-mail: egaprof@yandex.ru
Варламов Борис Сергеевич — аспирант. E-mail: bor-varlamov@yandex.ru. Рыжанов Влалимир Олегович — аспирант. E-mail: bor-varlamov@yandex.ru. Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)
Данилова Майя Генналиевна — кандидат технических наук, доцент. E-mail: direktor@sti-misis.ru
Старооскольский технологический институт (филиал) Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет)»
