Основы высокоградиентной сепарации.

8.1.1. Обоснование существования нижнего предела крупности в процессах магнитного обогащения в обычных сепараторах.

Удельное сопротивление водной среды движению частиц возрастает при уменьшении их крупности. Для частиц с размером d < 0, 1 мм с некоторым приближением применим закон Стокса. Добавочная удельная сила сопротивления среды движению магнитной частицы в направлении равна:

F_c= 18 μ *v_x /(d²* σ _т ), где: (8.1.1.1)

μ - вязкость среды (для воды μ = 10^-3[н*сек/м²] = 0, 01 пуаз);

v_x – скорость движения магнитных частиц в направлении [м/сек];

d - диаметр частицы [м];

σ _т- плотность частицы [кг/м³].

Удельная сила тяжести g₀, действующая на частицу в среде, равна:

g₀ = g*(σ _т– σ _ж)/ σ _т, где σ _ж - плотность среды. (7.7.2.3.5)

Опуская ряд преобразований, определим нижний предел крупности магнитных частиц, которые можно извлечь при заданных параметрах рабочей зоны:

, где: (8.1.1.2)

v₀ - скорость частицы вдоль рабочей зоны.

Из (8.1.1.2) видно, что снижение крупности извлекаемых частиц dвозможно только при:

- увеличении магнитной силы F_магн и/или длины рабочей зоныL;

-уменьшении глубины рабочей зоны h и/или скорости частицыv₀ вдоль рабочей зоны.

Дополнительные возмущения потока жидкости, связанные с движением рабочих деталей (валок, ролик) в пульпе также приводят к ухудшению процесса разделения мелко- и тонкозернистых частиц.

Слабомагнитные минералы в отличие от сильномагнитных минералов в магнитном поле не подвержены процессу магнитной флокуляции, т.е. процесса псевдоукрупнения магнитных частиц не происходит. В связи с вышеизложенным частицы слабомагнитных минералов размером меньше 74 мкм в сепараторах с сильным полем (сепараторы ЭВМ-36/100 и аналогичные) не выделяются. Они попадают либо в немагнитный продукт сепаратора, либо в слив сепаратора. Это, как правило, минералы редких металлов - титана, вольфрама, тантала, ниобия, но в указанные выше продукты также могут попадать частицы марганцевых минералов и слабомагнитных окислов и гидроокислов железа – гематита и лимонита.

8.1.2. Общие принципы работы высокоградиентных сепараторов.

Для обогащения тонкоизмельченных слабомагнитных руд в СССР в 1939 г. была предложена конструкция высокоградиентного сепаратора ( сепаратор с ферромагнитными телами ).

В рабочей зоне высокоградиентного сепаратора находится ферромагнитный заполнитель в виде тел из углеродистой стали или магнитной нержавеющей стали. В сепараторах непрерывного действия ферромагнитные тела заполняют ротор, разделенный на секции. Секции поочередно входят в пространство между полюсами электромагнитной системы, и тела в каждой секции поочередно намагничиваются и размагничиваются. Пульпа пропускается через слой ферромагнитных тел, заполняющих секцию ротора, в то время, когда они намагничены . Немагнитные частицы вместе с основной массой воды проходят по каналам между намагниченными телами и разгружаются в соответствующий сборник. Магнитные частицы притягиваются к намагниченным телам. При вращении ротора (как правило, с частотой 3 – 4 об/мин) секция выходит из зоны действия магнитного поля, ферромагнитные тела размагничиваются и магнитные частицы смываются в сборник магнитного продукта (см. рис. 8.1.3.1).

Ферромагнитные тела, заполняющие рабочую зону сепаратора, должны удовлетворять следующим требованиям:

- материал, из которого они изготовлены должен быть магнитомягким, т.е. иметь малую остаточную магнитную индукцию,

- иметь очень небольшие размеры и малый радиус кривизны;

- ферромагнитный заполнитель должен быть коррозионностойким и экономически доступным, долговечным при использовании. Регенерация ферромагнитного заполнителя производится обычно не чаще 1 раза в 3 месяца.

Как правило, ферромагнитный заполнитель представляет собой пакеты сеток с диаметром проволоки не более 3 мм. Возможно заполнение рабочей зоны шариками, дробью, рифлеными пластинами (см. рис. 8.1.2.1).

В связи с тем, что ферромагнитные тела имеют очень малый радиус кривизны, на поверхности ферромагнитных тел происходит весьма значительная концентрация магнитных силовых линий и увеличение градиента напряженности магнитного поляgradH в 10 – 100 раз. Следовательно, при той же напряженности магнитного поля на полюсах сепаратора, наличие ферромагнитного заполнителя между полюсами электромагнитной системы позволяет увеличить величину магнитной силыH*gradH на поверхности ферромагнитных тел и на небольшом расстоянии от них в 10 – 100 раз (см. рис. 8.1.2.2). (В обычных сепараторах с замкнутой магнитной системой магнитная сила поля составляет (5 – 12)*10⁷ кА²/м³).

Рис. 8.1.2.1.

Ферромагнитные тела – заполнитель рабочей зоны ФГС – сепаратора.

Следует еще раз подчеркнуть особенности высокоградиентных сепараторов.

1) Наличие ферромагнитных тел с малым радиусом кривизны в рабочей зоне сепаратора приводит к весьма значительному увеличению градиента напряженности магнитного поля и, следовательно, магнитной силы.

Магнитная проводимость межполюсного пространства из-за присутствия ферромагнитного заполнителя увеличивается и поэтому H ≈ B. Магнитная сила может определяться по формуле:

, где В – индукция магнитного поля, [Тл];

S – площадь контакта частицы обогащаемого материала с ферромагнитным заполнителем, м²;

μ ₀ - магнитная проницаемость вакуума = 4 π * 10^-7 [Вб/А*м].

В рабочей зоне индукция составляет от 0, 5 до 1, 5 тесла.

Рис. 8.1.2.2. Распределение магнитных полей около ферромагнитных тел малого радиуса кривизны. 1 [А/м] = 4 π *10^-3 [э], т.е. 80 [э] ≈ 6300 [А/м]

2) Наличие ферромагнитных тел малого размера приводит к значительному сокращению глубины рабочей зоны сепаратора (до 1, 2, - 2.5 мм). Так как исходный материал практически течет по поверхности ферромагнитного заполнителя, происходит снижение сопротивления среды в направлении движения магнитных частиц к ферромагнитным телам. Для сравнения, в сепараторах с замкнутой магнитной системой ЭВС-36/100 и ЭВМ-36/250 глубина рабочей зоны составляет 6 – 12 мм.

3) Исходная пульпа, содержащая около 30 – 35 % твердого протекает через рабочую зону сепаратора со скоростью 0, 3 – 0, 4 м/сек, тогда как в сепараторах ЭВМ-36/100 скорость пульпы составляет 1, 4 – 1, 6 м/сек (для достижения необходимой производительности сепаратора 10 – 15 т/час, необходимых по техническим расчетам). Это означает, что пульпа движется практически в ламинарном режиме с минимумом завихрений, что улучшает условия извлечения слабомагнитных тонкозернистых частиц.

Диаметр ротора промышленных сепараторов обычно составляет 1 ÷ 3 м. Высота ротораН равна 200 – 300 мм. Активная длина рабочей зоны (там, где происходит набор магнитных минералов – 60-80 мм.) Производительность сепаратора пропорциональна второй степени диаметра ротора и для сепаратора с трехметровым ротором равна приблизительно 100 т/час. Сепараторы выпускаются одно- и двухъярусные. На нижнем роторе осуществляется перечистка немагнитной фракции.

Зазор между ротором и полюсами должен выполняться минимальны м во избежание рассеивания магнитного поля и, соответственно, потерь энергии.

⇐ Предыдущая 5 6 7 8 9 101112 13 14 Следующая ⇒