Магнитные методы обогащения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Технический институт (филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова» в г. Нерюнгри

РЕФЕРАТ

Магнитные методы обогащения

Выполнил слушатель курса ПП ОПИ

Баженов А.Г.

г. Нерюнгри

2021

Введение

1. Материалы и методика

1.1 Характеристика объектов магнитного обогащения

1.2 Сущность магнитного обогащения

2. Физические основы магнитного обогащения

2.1 Магнитное поле и его параметры

2.2 Краткая характеристика магнитных свойств веществ

2.3 Магнитные свойства минералов

2.3.1 Классификация минералов по магнитным свойствам

2.3.2 Магнитные свойства сильномагнитных минералов

2.4 Магнитные свойства сростков

2.5 Магнитные свойства слабомагнитных минералов

2.6 Влияние магнитных свойств минералов на процесс магнитного обогащения

2.7 Магнитная сила, действующая на частицы в магнитном поле

3. Магнитные сепараторы

Список литературы

Введение

Роль магнитных методов обогащения в промышленности страны.

Магнитные методы обогащения органически связаны с горно-металлургической и рядом других отраслей промышленности. Магнитные процессы обогащения призваны подготавливать руды, обладающими магнитными свойствами, к дальнейшей переработке. Кроме того, данные методы широко используются при доводки (получение требуемого качества) концентратов руд редких металлов, при очистке от магнитных включений горно-химического сырья.

Магнитное обогащение получило применение и в углеобогатительной промышленности в качестве метода регенерации магнетитовых суспензий при тяжелосреднем обогащении.

1. Материалы и методика

1.1 Характеристика объектов магнитного обогащения

Основным объектом магнитного обогащения является руда. Под рудой понимают природное минеральное сырье, содержащее какой-либо металл или несколько металлов в концентрациях и видах, пригодных для промышленного использования.

Магнитному обогащению подвергаются руды, содержащие минералы, обладающие магнитными свойствами, достаточными для разделения сырья по данному признаку. Это руды, содержащие железо, марганец, хром и ряд других металлов.

Наибольший объем руд, обогащающихся магнитными методами, относится к железным рудам, составляющих основу металлургической промышленности страны.

К железным рудам относятся магнетитовые, гематитовые, сидеритовые и бурожелезняковые руды.

Магнетит (Fe3O4) - сильномагнитный минерал черного цвета, содержит 72,4% железа, плотность 4,9 - 5,2г/см3. основное месторождение магнетитовых руд в Украине - Криворожский бассейн, где сосредоточены магнетитовые кварциты. Сопутствующие минералы - гематит, кремнезем, глинозем, пирит, ильменит (титаносодержащий минерал). Магнетитовые кварциты - основное сырье черной металлургии Украины.

При значительном содержании ильменита в магнетитовой руде последние называют титаномагнетитовые руды.

Гематит (Fe2О3) - слабомагнитный минерал красно-бурого цвета, содержит около 70% железа. Попутно извлекается с магнетитовыми кварцитами в Кривбассе.

Сидерит (FeСО3) - слабомагнитный минерал, содержит 48% железа. Сидеритовые руды весьма ценны для металлургической промышленности, в Украине отсутствуют. магнитный обогащение минерал

Бурый железняк (nFe2O3m) - слабомагнитный минерал, руды невысокого качества, промышленное использование незначительно.

Марганцевые руды относятся к слабомагнитным, состоят из смеси различных минералов: гаусманит (Mn3O4), пиролюзит (MnO2), манганит (Mn2O3H2O), браунит (Mn2O3) и др.

Марганцевые руды сосредоточены в Никопольском месторождении.

Хромовые руды состоят из хромистых железняков, содержащих Cr, Fe, O, а также Mg, Al. По физическим свойствам руды сходны с железными, но обладают меньшими магнитными свойствами.

1.2 Сущность магнитного обогащения

Магнитное обогащение основано на использовании различия магнитных свойств разделяемых материалов. Сущность метода заключается в воздействии на частицы руды магнитной и механических сил, в результате которого частицы с отличающимися магнитными свойствами приобретают различные траектории движения. Это позволяет магнитные частицы исходной руды концентрировать в отдельный магнитный продукт (чаще всего «концентрат»), а немагнитные - в немагнитную фракцию (отходы).

Магнитное обогащение осуществляется в магнитных сепараторах, в рабочей зоне которых создается неоднородное магнитное поле

На схеме исходная руда питателем подается на наклонный лоток (например, вибрационный). Материал перемещается в рабочую зону сепаратора, где начинает действовать магнитное поле, образованное полюсами N и S. магнитные частицы (черные) под действием магнитной силы притягиваются к рабочему органу сепаратора (валку) и выносятся им из зоны действия магнитного поля. Под действием механических сил (центробежная, сила тяжести) эти частицы сбрасываются с поверхности валка и собираются в приемнике концентрата (маг. фракция).

Немагнитные частицы не притягиваются к валку и транспортируются лотком в приемник немагнитной фракции.

Очевидно, что условием магнитного разделения является превосходство магнитной силы, действующей на магнитные частицы, над механическими, с другой стороны, на немагнитные частицы, действующие механические силы должны превосходить магнитную силу.

2. Физические основы магнитного обогащения

2.1 Магнитное поле и его параметры

Магнитное поле - особая форма материи, существующая вокруг движущихся зарядов (проводников с током или полюсов постоянных магнитов). В последнем случае магнитное поле обусловлено элементарными электрическими токами, существующими в веществе магнита.

Теория магнитного поля находится в постоянном развитии, но важно знать некоторые характеристики магнитного поля.

Магнитное поле иногда изображается силовыми линиями, общее число которых, пронизывающих ортогональную плоскость, называется магнитным потоком - Ф. Единица измерения - Вебер (Вб).

Основной характеристикой магнитного поля является магнитная индукция - В, которая численно равна количеству магнитных силовых линий, пронизывающих площадь в 1м2 данного сечения. Величина векторная. Единица измерения - Тесла (Тл).

Индукция связана с магнитным потоком соотношением:

В=Ф/S

Важнейшей характеристикой магнитного поля является напряженность - Н, единица измерения - А/м (кА/м)

В вакууме справедлива связь:

В = µ0Н

где - µ0 = 4р10-7 Н/А2 - магнитная проницаемость вакуума.

В иной среде:

В = µµ0Н

где µ - магнитная проницаемость среды (безразмерная величина).

µ показывает во сколько раз индукция магнитного поля в среде отличается от индукции магнитного поля в вакууме.

Магнитное поле может быть однородным и неоднородным. Для первого случая напряженность поля - величина постоянная в разных его сечениях.

Неоднородность поля характеризуется градиентом напряженности поля - grad Н = dН/dх, где х - линейное перемещение.

В однородном магнитном поле (grad Н=0) магнитные частицы подвергаются воздействию вращающего момента, который ориентирует их параллельно силовым линиям поля.

В неоднородном магнитном поле магнитные частицы испытывают силу притяжения в направлении более интенсивного участка поля.

2.2 Краткая характеристика магнитных свойств веществ

Для характеристики намагниченности вещества в магнитном поле используется магнитный момент (Рм). Он численно равен механическому моменту, испытываемому веществом в магнитном поле с индукцией в 1 Тл.

Магнитный момент единицы объема вещества называют намагниченностью - І, которая определяется по формуле:

І = Рм /V

где V - объем вещества.

Намагниченность в системе СИ измеряется, как и напряженность, в А/м, величина векторная.

Магнитные свойства веществ характеризуются объемной магнитной восприимчивостью - х0 , величина безразмерная.

Если какое-либо тело поместить в магнитное поле с индукцией В0, то происходит его намагничивание. Вследствие этого тело создает свое собственное магнитное поле с индукцией В, которое взаимодействует с намагничивающим полем.

В этом случае вектор индукции (В) в среде будет слагаться из векторов:

В = В0 + В ( знак вектора опущен)

Где В - индукция собственного магнитного поля намагнитившегося вещества.

Индукция собственного поля определяется магнитными свойствами вещества, которые характеризуются объемной магнитной восприимчивостью - х0, справедливо выражение:

В' = х0В0

Разделим на µ0 выражение:

В'/µ0 = х0В0 /µ0

Н' = х0Н0

но Н' определяет намагниченность вещества I, т.е. Н = I, тогда из (2.7):

I = х0Н0

Таким образом, если вещество находится во внешнем магнитном поле с напряженностью Н0, то внутри него индукция определяется выражением:

В = В0 + В' = µ0Н0 + µ0Н' = µ0 (Н0 + I)

Последнее выражение строго справедливо, когда сердечник (вещество) находится полностью во внешнем однородном магнитном поле (замкнутый тор, бесконечно длинный соленоид и т.д.).

2.3 Магнитные свойства минералов

2.3.1 Классификация минералов по магнитным свойствам

Все вещества по магнитным свойствам классифицируют на три группы:

- ферромагнитные (х0 = 1 - 104 )

- парамагнитные (х0 >0)

- диамагнитные (х0<0)

однако технологическая классификация минералов по магнитным свойствам отличается, так как магнитному обогащению подвергаются в основном ферромагнитные и частично парамагнитные минералы.

Технологическая классификация минералов производится по величине их удельной магнитной восприимчивости - х.

Х = - х0 /б,

где б - плотность вещества.

Размерность удельной магнитной восприимчивости - м3/кг.

По величине удельной магнитной восприимчивости все минералы классифицируют также на три группы:

- сильномагнитные минералы (ферромагнитные) - х > 3.8 10-5

- слабомагнитные минералы 7.5 10-6> x <3/8 10-5

- немагнитные минералы x < 1.26 10-7

К первой группе относятся: магнетит, пирротин, маггемит.

Ко второй - гематит, марганцевые руды, ильменит, вольфрамит, гранат и др.

2.3.2 Магнитные свойства сильномагнитных минералов

Сильномагнитные минералы уникальны по своим магнитным свойствам. Наиболее важное из них - это явление гистерезиса. На в координатах «Индукция » (В) и «напряженность поля» (Н) показана петля гистерезиса. При помещении сильномагнитного тела впервые в поле с напряженностью (Н) его намагниченность осуществляется по кривой 1-2 до насыщения тела (Напряженность Н2)

При снижении напряженности поля до 0 размагничивание тела осуществляется по кривой 2-Вr, а при изменении направления напряженности (-Н) индукция в теле изменяется по кривой 4-3-2.

На петле видно, что при Н=0 (точка Br) в теле присутствует индукция. Эта величина (Br) называется остаточной намагниченностью. Для ее снятия необходимо приложить напряженность

(Нс), которая называется коэрцитивной силой. По величине данного параметра материалы классифицируются на магнитомягкие, (Нс = 6 - 8 кА/м) магнитожесткие (Нс > 10 кА/м). Влияние на технологию данных показателей рассмотрено в разделе 2.6.

Зависимость магнитных свойств сильномагнитных минералов от формы частиц

На краях ферромагнитного поля, помещенного во внешнее магнитное поле, возникают магнитные полюса (см.схему).они создают собственное поле с напряженностью Нр, направленное против внешнего поля Н. Его поле наз. размагничивающим.

Его напряженность пропорциональна коэффициенту размагничивания

N : Нр=NI

По этой причине напряженность поля, действительно намагничивающее тело, меньше внешнего:

Нв=Н-Нр=Н-NI

Коэффициент размагничивания N зависит не от размеров тела, а от их соотношения, т.е. от формы тела.

Для бесконечно длинного стержня, ось которого совпадает с направлением напряженности поля, N=0, для тонкого диска, расположенного перпендикулярно Н поля, N=1.для шара N=0,33, для частиц магнетита, N=0,16.

На основании выражения (2.8) можно записать :

I =ХоНв

Здесь Хо-объемная магнитная восприимчивость вещества.

С учетом (2.11 и 2.12) получим:

Нв=Н-NI =Н-NхоНв откуда:

Нв(1+NХо)

Подставив это выражение в (2.13), получим :

Зависимость магнитной восприимчивости магнита от крупности.

Исследования показали, что с уменьшением крупности частиц магнетита коэрцитивная сила их возрастает, а удельная магнитная восприимчивость- падает.

Снижение Х с уменьшением диаметра магнетита может служить причиной потерь тонких классов с хвостами магнитной сепарации. Однако, этому явлению препятствует магнитная флокуляция частиц и образование магнитных “прядей” из тонких частиц. При этом удельная магнитная восприимчивость пряди, как длинного тела, возрастает. Увеличение коэрцитивной силы тонких частиц благоприятствует образованию прядей.

2.4 Магнитные свойства сростков

Магнитная восприимчивость сростка магнетита с иным минералом зависит только от содержания в нем магнетита, так как его удельная магнитная восприимчивость в 80 - 100 раз больше, чем у других минералов.

Магнитные свойства сростков характеризуются относительной объемной магнитной восприимчивостью - л

л = хо.ср/хо.м

исследования показали, что зависимость л от концентрации магнетита (С) определяется еще формой и расположением осей магнитных включений.

Магнитные свойства сростков можно оценивать по выражению:

л = 10 -4 С 2,

где С - содержание магнетита в %.

2.5 Магнитные свойства слабомагнитных минералов

Магнитные свойства слабомагнитных минералов не зависят от формы частиц.

Магнитная восприимчивость слабомагнитных сростков определяется:

Хср. = ?гіхі,

где хі - уд. Магнитная восприимчивость слабомагнитного і - го минерала;

гі - содержание в сростке і-го минерала в дол. единицы (?гі = 1)

2.6 Влияние магнитных свойств минералов на процесс магнитного обогащения

Магнитная восприимчивость подлежащих извлечению в магнитную фракцию минералов определяет в основном тип применяемого сепаратора (с сильным либо слабым полем).

Мелкие частицы сильномагнитного магнетита в магнитном поле сепаратора ориентируются вдоль силовых линий и благодаря остаточной намагниченности образуют магнитные пряди. Удельная магнитная восприимчивость пряди, как длинного тела, выше, чем восприимчивость отдельных мелких частиц магнетита. Это способствует более глубокому извлечению тонких магнетитовых частиц. Однако в момент образования пряди происходит захват и немагнитных частиц, т.е. происходит засорение магнитного продукта. Нужно принимать меры!

При магнитном обогащении магнетита важную роль играет коэрцитивная сила и остаточная намагниченность. Наличие этих свойств приводит к тому, что сильномагнитные частицы, прошедшие через магнитное поле сепаратора, сохраняют намагниченность и при выходе из этого поля. Это приводит к образованию магнитных флоккул. Данный процесс оказывает положительное влияние при операциях сгущения, обесшламливания и обезвоживания. Отрицательное влияние - при мокрой классификации по крупности. В этом случае мелкие и крупные частицы магнетита образуют агрегаты, классификация по крупности нарушается.

Следовательно, необходимо предусматривать операции намагничивания и размагничивания.

2.7 Магнитная сила, действующая на частицы в магнитном поле

Пусть в неоднородном магнитном поле расположена частица длиной l и магнитной массой - m

магнитная сила, действующая на частицу, будет равна:

fмаг = µ0m(H1 - H2),

Поле неоднородно, поэтому можно записать:

H2 = H1 - l dH/dx

fмаг = µ0m(H1 - H1 + l dH/dx = µ0ml dH/dx,

Но ml = Pm - это магнитный момент, который можно представить: ml = Pm = IV,

Где I - намагниченность частицы,

V - объем частицы.

Ранее было:

I = x0H

fмаг = µ0 IV dH/dx = µ0x0H V dH/dx

Представим удельную силу

Fм = fмаг/Q,

где Q = Vб- масса частицы.

Получим учитывая, что x0/б = х имеем:

Fм = µ0x0H V dH/dx

3. Магнитные сепараторы

Магнитный сепаратор - что это такое

Это вид технологического оборудования. Его задача - очистить сыпучий материал от металлических примесей. Последние могут быть как из черного металла, так и из цветного. Поэтому в каждом конкретном случае применяются разные технологии очистки с применением магнитов определенной модификации.

Описание типов магнитных сепараторов

В каждой отрасли, где применяют сыпучие материалы, используют разного типа магнитные сепараторы. Они отличаются друг от друга не только формой, размерами, принципом работы, но и используемыми в них магнитами.

В основном применяют два из них:

· ферритовые;

· неодимовые.

Первые применяются, когда необходимо извлечь из сыпучей массы крупные размеры металлической примеси. Вторые дороже, и они более мощные. С их помощью можно извлекать как крупные фракции металлов, так и очень мелкие.

Существует классификация магнитных сепараторов. Чисто конструктивно они делятся на:

· барабанного типа;

· подвесного;

· вихревого.

По типу очищаемого материала на:

· мокрые;

· сухие.

По мощности магнитов на:

· слабые;

· сильные;

· регулируемые.

По направлению движения очищаемого материала или продукта;

· прямоточные;

· противоточные.

Барабанного типа

Этот вид оборудования чаще других используется во всех отраслях промышленности. Он прост по конструкции, и его принцип работы основан на притягивании металлической примеси за счет установленного внутри барабана неподвижного магнита. То есть процесс очистки происходит за счет магнитного поля, которое образуется вокруг барабана.

Обычно его устанавливают, как основной элемент ленточных транспортеров, подключая к электродвигателю через редуктор. Сам процесс очистки происходит по следующей технологии:

1. сыпучий материал из бункера попадает на ленточный транспортер;

2. перемещаясь по ленте, он движется к барабану;

3. попадая в зону магнитного поля, металлические крупицы через ленту притягиваются к области действия магнитного поля;

4. неметаллический материал с ленты ссыпается в нижний бункер;

5. металлический продолжает перемещаться далее по нижней части ленты, удерживаемый магнитом;

6. по мере удаления от барабана магнитное поле ослабевает, металлические включения самопроизвольно падают в установленный специально для них бункер или лоток, отделяясь от ленты.

Мокрого типа

Эта разновидность отличается от предыдущей тем, что используется для очистки сыпучих материалов, расположенных в воде. Этот способ применяется в горнодобывающем деле, где руда на очистку подается вперемешку с водой. Такая смесь называется пульпой.

Ее засыпают в бункер, где в нижней части установлен магнитный барабан. Он вращается, захватывая с собой частички металлической примеси. При этом сама руда при попадании на барабан все время переворачивается, что увеличивает качество очистки.

В сепараторах этого типа используют барабаны из не намагничиваемых материалов. Чаще это нержавеющая сталь, срок эксплуатации которой во влажной среде практически неограничен. Здесь также устанавливают электромагниты с переменным регулируемым напряжением. Это дает возможность увеличить качество очистки за счет регулировки силы магнитного поля. К примеру, если сыпучий материал подается в большом объеме, то силу действия магнита увеличивают до максимума.

Пластинчатые

Эта разновидность очищающих машин представлена несколькими моделями. Самая простая - это магнит, установленный в наклонный или вертикальный материалопровод, по которому перемещается сыпучий материал. Магнитный элемент прикрыт стальной пластиной, к которой под действием поля прикрепляются частички металла.

Сам сепаратор в материалопровод вставляется, как отдельный встраиваемый откидной элемент. Суть такой конструкции заключается в том, что пластину необходимо периодически очищать от металла. И делать это надо вручную.

Есть другой более сложный вариант. Его используют также для очистки сыпучих материалов, движущихся только по наклонной плоскости. Магнит устанавливают поверх перемещающейся продукции, чтобы она попадала в зону действия магнитного поля. Чисто конструктивно оборудование работает так:

1. материал попадает в горловину сепаратора;

2. падает на наклонную плоскость, которая совершает мелкие возвратно-поступательные движения;

3. перемещается в нижнюю часть, откуда выводится из агрегата через выходной патрубок.

Именно тип движения создает на поверхности пластины тонкий слой очищаемого материала. Установленному сверху магниту не трудно захватить даже самые мелкие металлические включения. Очистка сепаратора этого типа от металла производится с помощью вентиляции, к которой он подключен. Некоторые производители предлагают сепараторы с уже установленными внутри вентиляторами.

Еще один вариант, он относится к классу подвесных. Это все тот же сепаратор с магнитом, последний закрыт перемещающейся пластиной, он же сбрасыватель. Устройство обычно устанавливают на выходе ленточных или цепных транспортеров. Принцип работы тот же. Единственное отличие - отодвигающая в автоматическом режиме пластина, которая закрывает собой магнит. Назначение этого действия - ослабить магнитное поле, чтобы прилипшие металлические примеси отлепились и упали в специальный поддон.

Стержневые

Этот тип еще называют магнитными решетками. По конструктивным особенностям это просто решетка, состоящая из рамки и параллельно или крест-накрест расположенных магнитных стержней. Проходящая через них сыпучая продукция очищается от металлических крупиц, которые прилипают к магнитам.

Частота расположения стержней, расстояние между ними, их диаметр зависят от того, какой материал необходимо очистить. Сами элементы сепарации - это трубки из нержавеющей стали, в которых вмонтированы магниты.

Вихретоковые

В некоторых предприятиях, где применяются сыпучие материалы как сырье или готовый продукт, требуется очистка не черного, а цветных металлов. Поэтому были разработаны сепараторы, работающие по принципу вихревых токов.

Принцип работы такого станка заключается в том, что для сепарации продукта используется электромагнит. Он работает за счет индуктора, который создает переменное магнитное поле. В свою очередь крупинки цветных металлов, попадая в его действие, сами намагничиваются. То есть вокруг них создается собственное магнитное поле. Получается так, что оба поля начинают воздействовать друг на друга, отчего возникает сила, выталкивающая металлические примеси из очищаемой массы сыпучего материала.

Список литературы

1. В.В. Кармазин, В.И. Кармазин. Магнитные и электрические методы обогащения: Уч. для вузов. - М.: Недра, 1988.

2. Кравец Б.Н. Специальные и комбинированные методы обогащения. - М.: Недра, 1986.

3. Справочник по обогащению руд. Гл. ред. Багданов О.С. - М.: Недра, 1974.

Размещено на Allbest.ru

...