Магнитная сила, действующая на частицы в магнитном поле.

Как было указано в разделе 1, одной из важнейших характеристик магнитного поля является напряженность «H».

Вторая важная характеристика магнитного поля - г радиент напряженности «grad H» [А/м²]. Градиент напряженности - это производная абсолютной величины напряженности в какой – либо точке поля по направлению наибольшего увеличения напряженности. В однородном магнитном поле (рис.4.1.1.) напряженность одинакова по величине и направлению, grad H = 0. В неоднородном магнитном поле (рис.4.1.2.) напряженность и/или направление поля меняется от точки к точке и grad H > 0.

Рис.4.1.1.

Рис.4.1.2.

Градиент напряженности во всех магнитных сепараторах изменяется в двух направлениях – по глубине рабочей зоны «h» (координата « х ») и длине рабочей зоны «l» (координата « у »), соответственно, grad H = dН /dх и. grad H = dН /dу.

Магнитная сила поля, которая определяется, как произведение ( H*gradH ), имеет, соответственно, размерность [А²/м³]. Если градиент поля «grad H» равен нулю, то магнитная сила поля тоже равна нулю и процесс разделения происходить не будет. В однородном поле частицы только будут ориентироваться под воздействием этого поля соответственно полюсам, а движение частиц не происходит.

Следовательно, в магнитных сепараторах применяются только неоднородные по напряженности поля. Это достигается за счет соответствующей формы и расположения полюсов магнитной системы. Направление вектора магнитной силы в каждой точке магнитного поля сепаратора не должно изменяться, иначе разделение минералов будет невозможно. Поэтому, если в сепараторе магнитное поле создается электромагнитной системой, то питание обмоток должно осуществляться только постоянным током (с использованием выпрямителя).

Магнитная сила, действующая в магнитном поле сепаратора на частицы материала, определяется потенциальной энергией, приобретаемой частицей во время ее намагничивания:

, где: (4.1.1)

U – потенциал намагниченной частицы;

μ ₀ – магнитная проницаемость вакуума ( магнитная постоянная ),

μ ₀ = 4 π * 10 ^-7 [Гн/м];

χ – объемная магнитная восприимчивость частицы;

Н –напряженность поля в объеме частицы [А/м];

dv – элемент объема частицы.

Из механики известно, что сила f, действующая на тело, может быть выражена через изменение энергии gradU с обратным знаком, тогда

f_магн. = - gradU = (4.1.2)

Включим знак grad в подинтегральное выражение и допустим, что в пределах объема частицы магнитная восприимчивость χ постоянна. Тогда

f_магн. = μ ₀ χ ò HgradH dv (4.1.3)

 

При малом размере частицы в занимаемом ею объеме поля изменение HgradH относительно невелико. Тогда произведение H*gradH может быть вынесено за знак интеграла и магнитная сила будет равна

f_магн. = μ ₀ χ V H gradH, [н], (4.1.4)

Удельное значение магнитной силы притяжения, отнесенное к единице массы равно

F_магн.= = μ ₀ χ H gradH [н/кг], где: (4.1.5)

m – масса частицы [кг],

ρ – плотность частицы [кг/м³],

χ – удельная магнитная восприимчивость [м³/кг],

μ ₀ – магнитная проницаемость вакуума; μ ₀ = 4 π * 10 ^-7 [Гн/м].

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) H_1. 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 f_{ме 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.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. VI. Предлоги, союзы, частицы, междометия
2. А. Молекулу. Б. Атом. В. Атомное ядро. Г. Протон. Д. Любая из перечисленных в ответах А — Г частица может быть разделена на более мелкие части или превратиться в другие частицы.
3. А. Электростатическая индукция. Б. Явление намагничивания. В. Сила Ампера. Г. Сила Лоренца. Д. Электролиз. Е. Электромагнитная индукция.
4. Быстроходная магнитная сепарация.
5. Движение заряда в магнитном поле. Сила Ампера.
6. Движение заряженных частиц в магнитном поле
7. Заряженная частица в электрическом поле.
8. Магнитная сепарация мелкого и тонкого магнитного материала.
9. Магнитная сепарация сильномагнитных минералов.
10. Магнитное поле. Магнитная индукция.
11. Новая, эффективная и действующая техника постановки вопроса