|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Физические основы метода магнитного обогащения.Стр 1 из 14Следующая ⇒
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение Магнитные методы обогащения широко применяются для обогащения руд черных и редких металлов, регенерации ферросилиция и магнетита в установках для тяжелосредного обогащения, удаления железистых примесей из абразивов и стекольных песков, а также для удаления случайных железных предметов из различных материалов и извлечения железного скрапа из шлаков металлургических производств. Первые попытки магнитного обогащения с помощью ручных магнитов описаны в 17 – 18 веках. Первые промышленные сепараторы для сухой сепарации были разработаны в США и Швеции в конце 19 века, а в 1906 г. был выпущен первый сепаратор для мокрой сепарации. Конструирование и выпуск сепараторов в России начался в 1932 г. По количеству обогащаемых магнетитовых руд этот метод находится на одном из первых мест. Он широко применяется в России, США, Канаде, Германии и Норвегии. На сепараторах с сильным полем обогащаются марганцевые, бурожелезняковые, сидеритовые руды, черновые концентраты руд редких металлов, кварцевые пески и абразивные материалы.
Физические основы метода магнитного обогащения. Сущность магнитного метода обогащения. Магнитный метод обогащения полезных ископаемых основан на использовании различия в магнитных свойствах подлежащих разделению компонентов руды или материала. Осуществляется магнитное обогащение в магнитных сепараторах, в рабочей зоне которых создается магнитное поле. При движении обогащаемого материала через магнитное поле сепаратора под воздействием магнитной силы притяжения частицы с различными магнитными свойствами перемещаются по различным траекториям. Это позволяет выделить магнитные частицы в отдельный магнитный продукт, а немагнитные частицы – в отдельный немагнитный продукт. Для организации обогащения какого – либо материала методом магнитной сепарации необходимо: - иметь магнитный сепаратор такого типа, который может быть использован для данного типа материала. Сепаратор должен иметь неоднородное магнитное поле с напряженностью, требуемой для разделения. - обогащаемый материал должен быть подготовлен соответствующим образом для обеспечения протекания процесса магнитной сепарации с наибольшей эффективностью. Эффективность процесса ή (доли единицы) определяется по следующей формуле: = 1 – e -kt , где: (1.1.1) е – основание натуральных логарифмов; k –силовой коэффициент, k = F м.с./ Σ Fмех ., где: F м.с . – сила, действующая на единицу массы - [н/кг], Σ Fмех . - сумма удельных механических сил, действующих на данное вещество - [н/кг]; t – время нахождения частицы в магнитном поле сепаратора, t = l/v, где: l – длина рабочей зоны сепаратора, [м], v - скорость движения частицы в рабочей зоне сепаратора – [м/сек], v определяется нагрузкой на сепаратор по питанию (величина нагрузки по питанию указывается в технической характеристике сепаратора как оптимальная нагрузка по твердому, т/час). Чем выше величина ή , тем эффективнее протекает процесс магнитной сепарации, Магнитная индукция. На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера . В соответствии с законом Амперана малый отрезок проводника с током I и длиной dl, помещенный в однородное магнитное поле с индукцией B , действует сила dF , модуль которой равен: dF = I * dl * B * sin ά, (1.3.1) где ά - угол между вектором B и проводником с током. Вектор dF перпендикулярен к проводнику с током и к вектору B (рис. 1.3.1.) По формуле закона Ампера в данной точке пространства может быть определен вектор магнитной индукции: B = dF /(I * dl) [тл] (1.3.2) Следовательно, наибольшее значение индукции достигается при условии, что проводник расположен перпендикулярно по отношению к вектору напряженности магнитного поля. Одна тесла – индукция такого магнитного поля, в котором на каждый метр проводника, по которому течет ток 1 А и расположенного перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, действует сила 1 Н.
Рис.1.3.1. Закон Ампера
Магнитные силовые линии. Описание свойств магнитного поля облегчается введением в рассмотрение т.н. силовых линий этого поля. Магнитные силовые линии – линии, направление касательных к которым в каждой точке поля совпадает с направлением напряженности поля Н в той же точке. Магнитных зарядов (так называемых « монополей» ) не существует, а магнитное поле возбуждается не магнитными зарядами , а движением электрических зарядов , т.е. токами. Следовательно, магнитные силовые линии ни в каких точках поля не могут ни начинаться, ни кончаться, т.е. магнитные силовые линии, в отличие от линий электрических являются замкнутыми, либо идут из бесконечности в бесконечность. Магнитные свойства вещества Приведенное ниже описание возникновения орбитального момента электрона основано на весьма упрощенной теории орбитального движения электронов в атоме. Однако эта модель весьма удобна для рассмотрения в данном курсе. Рассмотрение современной спиновой теории в рамках квантовомеханических теорий не входит в задачи данного курса. Согласно закону Ампера, электрический ток производит магнитное поле. Электрон, вращающийся вокруг атома, можно рассматривать как циклический электрический ток очень малой силы I и радиуса, индуцирующий магнитное поле (рис. 2.1.1)
Рис. 2.1.1. Магнитное поле, индуцируемое электроном, движущимся по орбите. I = е/Т , где: (2.1.1) е - абсолютное значение заряда электрона Т – период обращения электрона по орбите. Магнитный момент рm электрического тока, вызванного движением электрона по орбите, называется орбитальным магнитным моментом электрона и вычисляется по формуле: рm = I * S (2.1.2) Все электроны, вращаясь вокруг атома, производят свое магнитное поле, и каждый атом, как следствие, обладает собственным магнитным полем, которое представляет собой суммарное поле, или суперпозицию магнитных полей отдельных электронов. Орбитальным магнитным моментом атома Рm называется векторная сумма орбитальных магнитных моментов всех Z его электронов, где Z – порядковый номер атома в периодической системе элементов. Рm = рm(1) + рm(2) + рm(3) +….. + рm(Z) (2.1.3) Если вещество состоит из молекул, то магнитный момент молекулы является векторной суммой орбитальных моментов ее атомов, которая может быть как равной нулю, так и не равной нулю. Диамагнетизм Диамагнетики – вещества, у которых атомы или молекулы в отсутствиевнешнего магнитного поля не имеют магнитных моментов. В качестве примера рассмотрим атом гелия. Из упрощенной схемы и предположения, что оба электрона гелия обращаются вокруг ядра с одной скоростью, по одинаковым орбитам, но в противоположных направлениях, видно, что орбитальные магнитные моменты равны по модулю и противоположны по знаку и суммарный магнитный момент атома гелия Pm = pm(1) + pm(2) будет равен нулю.
Рис. 2.2.1.1. Магнитный момент атома гелия. При внесении диамагнитного вещества в магнитное поле в каждом его атоме (молекуле) индуцируется некоторый дополнительный индукционный токIi c магнитным моментом Δ Рmi. Вектор Δ Рmi направлен противоположно вектору В0 магнитной индукции внешнего магнитного поля. Суммарное магнитное поле, созданное во всех атомах индукционными токами, является собственным (внутренним) полем. Вектор магнитной индукции внутреннего поля направлен противоположно вектору индукции внешнего намагничивающего поля.
Рис.2.2.1.2. Магнитный момент атома диамагнитного вещества в магнитном поле. Если воздействие намагничивающего поля прекращается, то проявления диамагнитных свойств исчезают. На возникновение индукционных токов в атомах не влияет тепловое хаотическое движение атомов, поэтому диамагнитные свойства вещества не зависят от температуры. Диамагнетизм -универсальное свойство всех веществ, однако, так как он является очень слабым эффектом, диамагнитные свойства наблюдаются только у тех веществ, где они не маскируются более сильными магнитными свойствами. Парамагнетизм Парамагнетики – вещества, у которых атомы или молекулы в отсутствие внешнего магнитного поля обладают некоторым магнитных моментом. Магнитные моменты атомов парамагнетика зависят от строения атомов (молекул), постоянны для данного вещества и не зависят от внешнего магнитного поля. Вне магнитного поля тепловое хаотическое движение атомов (молекул) парамагнетика препятствуют упорядочиванию расположения векторов Р m магнитных моментов отдельных атомов (молекул). Вещество не намагничивается. При внесении парамагнитного вещества в магнитное поле каждый атомный (молекулярный) ток стремится расположиться так, что вектор его магнитного момента был ориентирован параллельно вектору В0 магнитной индукции внешнего магнитного поля. Совместное действие магнитного поля и теплового движения приводит к тому, что ориентация магнитных моментов атомов становится преимущественно параллельной направлению внешнего поля. Вещество намагничивается – в нем возникает собственное (внутреннее) магнитное поле. Вектор магнитной индукции внутреннего поля направлен одинаково с вектором индукции внешнего намагничивающего поля.
Рис. 2.2.2.1. Магнитный момент атома парамагнитного вещества в магнитном поле. Если воздействие намагничивающего поля прекращается, то и парамагнитные свойства исчезают. При повышении температуры в парамагнетике усиливается тепловое хаотическое движение атомов, препятствующее ориентации магнитных моментов. Поэтому относительная магнитная проницаемость парамагнетиков уменьшается при нагревании. Ферромагнетизм Ферромагнетики – группа веществ, в твердом кристаллическом состоянии обладающая совокупностью магнитных свойств, обусловленных особым взаимодействием атомных носителей магнетизма. Собственное (внутреннее) магнитное поле ферромагнетиков имеет индукцию в сотни и тысячи раз большую, чем индукция внешнего магнитного поля, вызвавшего явление намагничивания, т.е. образования внутреннего поля. Особые свойства ферромагнетиков обнаруживаются только при температурах, меньших некоторой , называемой температурой (точкой) КюриΘ К. Для железа Θ К = 7580. При Т ≥ Θ К ферромагнитные свойства исчезают и вещество становится парамагнетиком. При Т ≤ Θ К ферромагнитное тело состоит из доменов. Домен – малая область вещества с линейными размерами от 10-6 до 10-4 м, т.е. 1 ÷ 100 мкм (для естественных ферромагнетиков). Минимальный размер, достигнутый при синтезе ферритов (ферримагнетиков) со структурой граната и шпинели, равен 6*10-8 м. (Для сравнения – размер атома железа = 0, 126*10-10). Внутри доменов существует наибольшая величина намагниченности, равная Iн – намагниченности насыщения. Другое название доменов – области самопроизвольной намагниченности. Внутри домена спины электронов ориентированы параллельно друг другу, в результате чего возникает весьма сильное магнитное поле (до насыщения). Каждый домен, кроме того, характеризуется определенным значением и направлением вектора магнитного момента Рmд всего домена. (Рис. 2.2.3.1.)
Рис. 2.2.3.1 Рис. 2.2.3.2 Рис. 2.2.3.3 В отсутствие внешнего магнитного поля векторы магнитных моментов отдельных доменов ориентированы внутри ферромагнетика совершенно беспорядочно, так что суммарный магнитный момент всего тела равен нулю (рис. 2.2.3.2). Под влиянием внешнего магнитного поля в ферромагнетиках происходит поворот вдоль поля магнитных моментов не отдельных атомов или молекул, а целых областей самопроизвольной намагниченности – доменов. Поворот вдоль поля векторов Рmд происходит сначала в тех доменах, у которых направление Рmд наиболее близко к направлению вектора индукции В0 внешнего поля. Поэтому величина намагниченности I с увеличением В0 постепенно. При достаточно сильном внешнем поле все ферромагнитное тело оказывается намагниченным, Величина намагниченности I достигает максимального значения I н – наступает магнитное насыщение. (Рис 2.2.3.4.)
Рис 2.2.3.4. Кривая магнитного насыщения. Гистерезис. Общее определение слова « гистерезис» - отставание следствия от его причины . Магнитным гистерезисом ферромагнетика называется отставание изменения величины намагниченности ферромагнитного вещества от изменения внешнего магнитного поля, в котором находится вещество. Петлей гистерезиса называется кривая зависимости намагниченности ферромагнитного тела, помещенного во внешнее магнитное поле, от изменения индукции этого поля от + В0н/ μ 0 до - В0н/ μ 0 и обратно (рис 2.2.4.1). Если процесс намагничивания ферромагнетика до насыщения (точка а на. рис 2.2.4.1) происходит по кривой 0а, то при снижении В0/ μ 0 величина намагниченности изменяется по кривой а IR. При В0 = 0 у ферромагнетика остается некоторая величина остаточной намагниченности IR. Это означает, что у ферромагнетика существует собственное (внутреннее) магнитное поле при отсутствии внешнего поля.
Рис 2.2.4.1 Петля гистерезиса. Чтобы полностью размагнитить ферромагнетик, необходимо изменить направление внешнего поля. При некотором значении магнитной индукции –В0к, которой соответствует величина –В0к/μ 0, называемая коэрцитивной (задерживающей) силой, намагниченность I тела станет равной нулю. При дальнейшем увеличении индукции внешнего поля в направлении, противоположном первоначальному, величина намагниченности снова достигнет насыщения в точке b. Уменьшение внешнего поля до нуля и дальнейшее его увеличение до В0/μ 0 = В0н/ μ 0 приводят к замкнутой симметричной относительно точки 0 кривой – петле гистерезиса. Коэрцитивная сила и форма петли гистерезиса характеризуют свойство ферромагнетика сохранять остаточное намагничивание. Ферромагнетики с широкой петлей гистерезиса называют жесткими магнитными материалами. Они обладают большой коэрцитивной силой и используются для изготовления постоянных магнитов. Пример – углеродистые, вольфрамовые, алюмоникелевые и другие стали, феррит бария, сплав самарий – кобальт. Ферромагнетики с узкой петлей гистерезиса называют мягкими магнитными материалами. Они обладают малой коэрцитивной силой и используются для изготовления сердечников трансформаторов, электродвигателей, генераторов и других устройств, при работе которых происходит перемагничивание в переменном магнитном поле.
Магнитные поля сепараторов. Магнитные поля сепараторов. Удельная магнитная восприимчивость χ вещества у чистого магнетита составляет (3 ÷ 8)*10-4 м3/кг, а у слабомагнитных минералов (гематита, псиломелана, вольфрамита и пр.) (1, 2 ÷ 5)*10-7 м3/кг, т.е. в 160 – 240 раз меньше. Рассмотрим два случая сепарации. а). Сепарация сростков магнетита с другими минералами. χ 1 ≈ 3 * 10-5 м3/кг. Σ f мех. = 2 g . H1 gradH1 = Σ f мех /(μ 0* χ 1) = 2 g /(μ 0* χ 1) ≈ 5, 2 * 1011 А2/м3 (4.2.1) б). Сепарация слабомагнитных минералов. χ 2 ≈ 1, 2 * 10-7 м3/кг. Σ f мех. = 2 g . H2 gradH2 = Σ f мех /( μ 0 * χ 2) = 2 g /( μ 0 * χ 2) ≈ 13 * 1013 А2/м3 (4.2.2) H2 gradH2 ≈ 200 ( H1 gradH1 ) H gradH = с H2, где « с » – коэффициент неоднородности поля. (4.2.3) Принимаем в первом приближении « с » одинаковым для обоих случаев, тогда H2 ≈ (10 ÷ 20) H1. Напряженность поля H сепараторов для слабомагнитных руд достигает 800 – 1600 кА/м, а у сепараторов для сильномагнитных руд составляет 80 – 120 кА/м. На рис. 4.2.1. приведена схема сепаратора с открытой многополюсной системой для сильномагнитных руд. На рис. 4.2.2. приведена схема сепаратора с замкнутой магнитной системой для слабомагнитных руд. Рабочей зоной сепаратора называется участок магнитной системы, где происходит притяжение магнитных частиц и их удержание вблизи полюсов или заостренных частей полюсов. ДлинаL рабочей зоны сепаратора – расстояние от начала участка, где начинается притяжение магнитных частиц, до участка, где кончается разгрузка немагнитных частиц (рис. 4.2.2). Глубинаh рабочей зоны сепаратора – расстояние от полюсов или их заостренных частей до участка, где магнитная сила притяжения уже не обеспечивает извлечения магнитных частиц с заданной магнитной восприимчивостью, т.е. до участка, где H gradH ≤ Σ fме х/.μ 0 χ.
Рис. 4.2.1. Схема барабанного сепаратора для сильномагнитных руд с открытой многополюсной системой. 1 - Ярмо; 2 - Сердечник электромагнита или постоянные магниты; 3 - Обмотка электромагнита; 4 - Барабан; 5 - Полюсный наконечник*. *- Сердечник электромагнита имеет круглое или квадратное сечение, а полюсный наконечник имеет форму, приближенную к кривизне барабана. Глубина h выбирается соответственно крупности обогащаемой руды или толщине слоя руды или пульпы и способу подачи руды в сепаратор (непосредственно на барабан сепаратора или под барабан на некотором удалении от барабана). Сепараторы с низкой напряженностью поля для сильномагнитных руд имеют рабочую зону большой длины и глубины. Их можно применять для руды крупностью до 100 – 150 мм. Сепараторы с высокой напряженностью поля для слабомагнитных руд имеют рабочую зону малой длины и глубины, что объясняется трудностью создания мощного поля в большом объеме. Это ограничивает крупность руды верхним пределом 5 – 6 мм (редко до 20 – 30 мм).
Рис. 4.2.2. Схема сепаратора для слабомагнитных руд с замкнутой магнитной системой.
Прямоточный режим В прямоточном режиме исходное питание и немагнитный продукт двигаются в одном направлении, а магнитный продукт отделяется под углом меньше 30о. Такой режим сепарации применяется, когда содержание класса минус 74 мкм не превышает 30 %. В этом случае флокулы образуются недлинные и при относительно спокойном гидродинамическом режиме и магнитном перемешивании получают необходимый по качеству магнетитовый концентрат, содержащий около 60-62 % магнетита. Противоточный режим Если в питании сепаратора содержится от 30 % до 70 % частиц класса минус 74 мкм, применяют мокрые барабанные магнитные сепараторы, работающие в режиме противотока, т.е. сепараторы ПБМ-П. (Буква П, стоящая после тире показывает, что сепаратор работает в противоточном режиме). При сепарации более тонкого материала флокулы (пряди) увеличиваются по величине. Требуется более интенсивное механическое воздействие, чтобы вымыть из них немагнитные частицы. Противоточный режим организуется так, что исходная пульпа с содержанием твердого 35-40 % подается в ванну сепаратора, немагнитный продукт движется в том же направлении, что и исходное питание, а барабан вращается навстречу. При этом часть исходной пульпы увлекается барабаном (т.е., в основном магнитный продукт), а другая часть пульпы движется в своем направлении. В связи с тем, что глубина рабочей зоны не меняется, то гидродинамический режим в ванне становится интенсивным, т.к. скорость пульпы возрастает. Противоточный режим можно представить следующим образом:
Магнитный продукт отделяется от основного потока под углом более 900. Полупротивоточный режим Полупротивоточный режим работы барабанных мокрых сепараторов применяется, когда содержание класса меньше 74 мкм становится более 70 % и может увеличиваться до 95 %. Обозначение сепаратора записывается, как ПБМ-ПП. Две буквы «ПП» после тире обозначают, что сепаратор имеет конструкцию ванны, при котором исходное питание – пульпа - подается снизу ванны, а барабан с магнитной системой вращается в направлении, противоположном движению немагнитного продукта. Угол между разгрузкой магнитного и немагнитного продукта составляет около120 0. Графически это можно представить так:
Таким образом, режим работы мокрых магнитных сепараторов определяется конструкцией ванны и направлением вращения барабана.
Приложение МП 2 Приложение МП 3 Приложение МП 4 Приложение МП 5 ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение Магнитные методы обогащения широко применяются для обогащения руд черных и редких металлов, регенерации ферросилиция и магнетита в установках для тяжелосредного обогащения, удаления железистых примесей из абразивов и стекольных песков, а также для удаления случайных железных предметов из различных материалов и извлечения железного скрапа из шлаков металлургических производств. Первые попытки магнитного обогащения с помощью ручных магнитов описаны в 17 – 18 веках. Первые промышленные сепараторы для сухой сепарации были разработаны в США и Швеции в конце 19 века, а в 1906 г. был выпущен первый сепаратор для мокрой сепарации. Конструирование и выпуск сепараторов в России начался в 1932 г. По количеству обогащаемых магнетитовых руд этот метод находится на одном из первых мест. Он широко применяется в России, США, Канаде, Германии и Норвегии. На сепараторах с сильным полем обогащаются марганцевые, бурожелезняковые, сидеритовые руды, черновые концентраты руд редких металлов, кварцевые пески и абразивные материалы.
Физические основы метода магнитного обогащения. Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-03-22; Просмотров: 1908; Нарушение авторского права страницы
