CC BY
25
© В.И. Килин, Э.К. Якубайлик, C.B. Килин, 2013
УДК 669.046: 662.778.
В.И. Килин, Э.К. Якубайлик, С.В. Килин
ЦИФРОВАЯ ФОТОГРАФИЯ - ОПЕРАТИВНЫЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ МАГНИТНОЙ СЕПАРАЦИИ СИЛЬНОМАГНИТНЫХ РУД
Приведены результаты изучения процессов намагничивания (флокуляции) и размагничивания (дефлокуляции) сильномагнитных продуктов Абагурской обогатительной фабрики методом цифровой фотографии. Наблюдалась как «наведенная» внешним полем флокуляция, так и «остаточная» - за счет остаточной намагниченности. Поле в 40 кА/м. можно считать оптимальным как для намагничивания, так и для размагничивания сильномагнитных продуктов.
Ключевые слова: флокуляция, дефлокуляция, цифровая фотография, сильномагнитные руды.
Введение
Предварительная магнитная обработка тонковкраплен-ных сильномагнитных руд применяется в технологических схемах мокрого обогащения несколько десятилетий.
Намагничивание пульпы во внешнем магнитном поле или за счет остаточной намагниченности ведет к образованию агрегатов-флокул - флокуляции - с ростом их намагниченности, повышению производительности сепаратора и извлечения концентрата, однако препятствующему классификации материала.
Размагничивание пульпы в переменном магнитном поле - дефлокуляция -разрушает флокулы, способствуя (акти-вируя)разделению частиц по крупности.
В последние годы использование названных процессов в обогатительной практике возросло (расширилось) в связи с вовлечением в переработку бедных тон-ковкрапленных руд и внедрением в технологию операций тонкого грохочения.
Процессы магнитной флокуляции и дефлокуляции пульпы традиционно (по литературе) изучаются методом осаждения в стеклянном цилиндре с после-
дующим разделением на слив и пески; методом трудоемким, кропотливым и длительным по времени [1]. Метод «косвенный», сами процессы флокуляции -дефлокуляции не наблюдаются, фиксируется результат - массы слива и песков. Таким образом, очевидна потребность в современном оперативном методе наблюдения процессов флокулообразова-ния и разрушения. На наш взгляд, таким методом может быть цифровая фотография.
Образцы и методика исследований
Основной объем опытов выполнен на двух продуктах Абагурской обогатительной фабрики: концентрате первой стадии мокрой магнитной сепарации и сливе гидроциклона второй стадии. На трех классах частиц, близких по крупности и количеству к их распределению в продуктах по технологической схеме: -1+0,28 мм, -0,28+0,07 мм и менее 0,07 мм проведен химический анализ, измерены основные магнитные характеристики; данные представлены в табл. 1.
Флокуляция и дефлокуляция отобранных продуктов изучались методом цифровой фотографии.
Таблица 1
Результаты химического анализа и магнитных измерений проб
Проба Классы, мм Содержание, % öS, ör, He,
FeoBiu FeMAr Ам2/кг Ам2/кг кА/м
-1+0,28 43,10 39,38 48,0 2,7 3,61
Концентрат -0,28+0,07 52,36 49,92 58,6 4,2 4,26
-0,07 57,72 55,35 63,1 6,5 5,28
-1+0,28 33,72 29,42 34,6 2,6 4,98
Слив гидро- -0,28+0,07 48,62 45,70 55,8 4,2 4,69
циклона -0,07 55,85 53,62 64,3 7,0 5,31
Съемка велась камерой Canon PowerShot S2 IS в рабочем режиме «Макро». Изображение фиксировалось камерой на «карту памяти», затем через адаптер переносилось в компьютер и там обрабатывалось в программе Adobe PhotoShop CS2.
Цифровая фотография нашла применение в работах по пенной флотации [2], ссылок на использование данного метода для задач магнитной сепарации в литературе не обнаружено.
Наблюдалась как «наведенная» внешним полем флокуляция, так и «остаточная», вызванная остаточной индукцией. Большая часть эксперимента проведена на материале крупностью -0,07+0 мм.
Пробы намагничивались двумя типами постоянных магнитов: пластинами из феррита бария (64х84х14 мм) со средней величиной поля Н ~ 48 кА/м и из неодимжелезобора (41х41х10 мм) с полем Н ~ 200 кА/м. Помещаемый перед магнитами деревянный экран d = 1 см уменьшал напряженность поля до 24 и 80 кА/м. Т.е. интервал полей, в которых последовательно наблюдалась наведенная, а затем остаточная флокуля-ция, составлял от 24 до 200 кА/м.; величина поля измерялась тесламетром.
Сначала снимался исходный материал (массой ~0,5 г), помещенный в чашку Петри в соотношении Т:Ж ~ 1:3. Далее поочередно фиксировалась
флокуляция в полях напряженностью Н ~ 24 кА/м (через экран) и 48 кА/м на пластине феррита бария под чашкой Петри. Первоначально наблюдалась наведенная, а затем - остаточная; в завершении - опыты в полях Н~ 80 (через экран) и Н ~ 200 кА/м.
Флокуляция абагурских проб
Теоретические вопросы флокуло-образования описаны в монографии В.В. и В.И. Кармазиных [3], большой экспериментальный материал по предварительной магнитной обработке руд содержится в более ранней монографии Д.А. Домовцева и др. [4].
При «наведенной» флокуляции величина образующихся магнитных агрегатов, в основном, зависит от напряженности магнитного поля, размера частиц, их концентрации в пульпе и времени намагничивания. Остаточная флокуляция определяется коэрцитивной силой и остаточной намагниченностью материала.
По литературным данным, «активнее» флокулируют магнитомягкие руды. Для руд с Не до 4 кА/м степень флокуляции достигает 90% в полях ~24 кА/м; если Не до 8 кА/м, то необходимое поле ~40 кА/м.
Предложена приближенная формула расчета поля предельного намагничивания руд [1]:
Нп=2 (1)
Рис. 1. Флокуляция продуктов обогащения класса -0,07 мм; а - исходная проба концентрата; б - остаточная флокуляция концентрата, Н = 24 кА/м; в - наведенная флокуляция слива гидроциклона, Н = 48 кА/м; г - остаточная флокуляция слива гидроциклона, Н = 48 кА/м; флокуляция концентрата крупностью -1+0,28 мм: д - наведенная флокуляция, Н = 48 кА/м; е - остаточная флокуляция, Н= 48 кА/м.
Рис. 2. Дефлокуляция продуктов класса -0,07 мм: а - исходная проба концентрата, остаточная флокуляция, Н = 48 кА/м; б -размагничивание в переменном поле Н = 24 кА/м; дефлокуляция частиц, крупностью -1+0,28 мм: в - исходные флокулы слива гидроциклона, остаточная флокуляция, Н = 48 кА/м: г - размагничивание в переменном поле Н = 40 кА/м.
Основные результаты изучения (наблюдения) флокуляции абагурских проб представлены на фотографиях «сводного» рис. 1.
Различны формы агрегатов наведенной и остаточной флокуляции. В поле создаются объемные, в виде конусов плотные образования, направленные по полю. Флокулы за счет остаточной намагниченности - вытянутые пряди (распавшиеся наведенные флокулы), длиной 1-1,5 см, сечением до 1 мм; в полях 80 кА/м и выше d ~ 23 мм. На материале слива гидроциклона массивные наведенные флокулы образуются в более высоких полях.
Близость магнитных параметров продуктов, заметная по таблице, объясняет отсутствие существенных различий в характере их флокуляции.
Оценка поля предельного намагничивания Нп по формуле (1) при усредненной Не =5,6 кА/м дает величину Нп = 41,1 кА/м; в опытах же мы видим флокуляцию при напряженности Н = 24 кА/м.
Анализ снимков флокул из частиц разной крупности (рис. 1) выявил следующее:
с ростом крупности частиц как наведенная, так и остаточная флокуля-ция проявляются слабее, процессы «сдвигаются» в более высокие поля;
массивные наведенные флокулы образуются только в высоких полях, а остаточные флокулы уменьшаются до 0,5 - 1 см., в крупности -1+0,28 мм. видны отдельные, несфлокулирован-ные (немагнитные) частицы.
Обратная зависимость длины фло-кул от размера частиц, «сдвиг» длины флокул в более сильное поле с ростом их крупности замечена еще Ё.А. Ёомовцевым [4].
«Ослабление» флокуляции в зависимости от размера частиц связано со снижением содержания в них железа и соответственно - уменьшением ве-
личин магнитных характеристик, что видно из таблицы.
Дефлокуляция продуктов обогащения
Размагничивание продуктов в технологии обогащения - более сложная техническая задача, чем намагничивание. Величина переменного магнитного поля, когда необходимо начинать размагничивание Нр должна быть не менее поля Hi, при котором индукция в образце равна остаточной индукции, т.е. Нр ~ Hi; зависимость для определения размагничивающих полей имеет вид [4]:
НР = 28 УЩ (2)
По литературе основными факторами при размагничивании являются: максимальная напряженность переменного размагничивающего поля, частота поля, а также время размагничивания.
Магнитомягкие руды полностью размагничиваются в переменных полях ~40 кА/м, рудам с высокой магнитной жесткостью требуется порядка 80 кА/м.
В настоящей работе фиксировался процесс размагничивания остаточной флокуляции. Съемка процесса размагничивания непосредственно в переменном поле невозможна из-за возникающей вибрации катушки, съемка велась через 2-3 секунды после действия поля. Пробы намагничивались постоянным полем H = 48 кА/м., размагничивались в переменных полях от 6 до 40 кА/м.
На рис. 2 собраны снимки дефло-куляции проб концентрата и слива гидроциклона. Распад флокул, отделение частиц от флокул начинается в поле, равном коэрцитивной силе Не, в более высоких полях процесс ускоряется, усиливаясь со временем пребывания частиц в переменном поле. Отличий в дефлокуляции разных продуктов не обнаружено. Переменного поля ~40кА/м достаточно для
размагничивания всех сильномагнитных продуктов, что, как сказано выше, обусловлено близостью их магнитных величин.
Прослежена зависимость дефлоку-ляции от крупности частиц, результаты также приведены на рис. 2. Съемка показала, что в слабом переменном поле, равном Не, крупные частицы не движутся, процесс разрушения флокул наступает в более сильных переменных полях с напряженностью ~24-40 кА/м. Слабомагнитные и нерудные частицы остаются неподвижными.
Наблюдается аналогия процессу флокуляции при увеличении размера частиц, что также объясняется падением содержания железа и магнитных параметров в крупных частицах.
Выражение (2) максимального переменного поля размагничивания класса -0,07 мм дает Нр = 50,4 кА/м при усредненной коэрцитивной силе продуктов Не ~ 5,6 кА/м, что хорошо совпадает (коррелирует) с полученным в эксперименте значением Нр ~ 40 кА/м.
1. Волгай В.Ф., Кармазин В.И., Юров П.П. К вопросу об исследовании намагничивания и размагничивания магнетитовых и восстановленных железных руд. Обогащение полезных ископаемых. Научно-технический сборник. «Техника», Киев, вып. 3, 1968 г., С.19-25.
2. Мелик-Гайказян В. И., Емельянова Н.П., Драганов А.В.и др. К использованию цифровой фотографии в работах по пенной флотации. - В кн.: Сб. материалов V
Выводы
1. Изучение процессов флокуло-образования и разрушения продуктов магнитного обогащения эффективно методом цифровой фотографии. Цифровая технология значительно сокращает время и трудоемкость оценки их параметров.
2. Существенных отличий во фло-куляции и дефлокуляции разных продуктов не обнаружено. Различны формы наведенных и остаточных флокул.
3. С увеличением крупности частиц материала флокуляция и дефло-куляция проявляются слабее, что обусловлено снижением содержания в них железа и магнитных величин.
4. Поле ~40 кА/м можно считать оптимальным как для намагничивания , так и для размагничивания проб. В переменном поле данной напряженности материал представляет отдельные разрозненные частицы. Подобные поля технически достижимы на Абагурской обогатительной фабрике.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Конгресса обогатителей стран СНГ;т. III, M.: Альтекс, 23 - 25 марта 2005 г., МИСиС, 2005, С. 299-301.
3. Кармазин В.В., Кармазин В.И. Магнитные, электрические и специальные методы обогащения полезных ископаемых, том 1. - М.: Издательство МГГУ. 2005. - 670 с.
4. Ломовцев Л.А, Нестерова Н.А., Дробченко Л.А. Магнитное обогащение сильномагнитных руд. - М.: Недра, 1979. -235 е.. ГГТТП
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Якубайлик Эдуард Константинович - кандидат физико-математических наук, ст. научный сотрудник Института физики СО РАН; churilov@iph.krasn.ru
Килин Владимир Иванович - кандидат технических наук, гл. обогатитель ОАО «Евразруда»; kilin_vi@nkmk.ru.
Килин Сергей Владимирович - ведущий инженер технического отдела ЗАО «Полюс»; т.с.89835022686.
