Магнитные сепараторы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Магнитные сепараторы

Качество получаемых продуктов

Влияние механических сил на обогащение

Список литературы



Введение

С помощью магнитных методов решатся многие технологические задачи в различных отраслях народного хозяйства. В обогащении полезных ископаемых магнитные методы являются основной для получения концентратов черных и редких металлов, широко применяются они при переработке руд цветных и благородных металлов, угля, алмазов и многих других ископаемых. Как известно, при этом решаются задачи не только извлечения ценных минералов, но и очистка их от магнитных примесей, регенерации магнитных суспензий при гравитационном обогащении, удаления металлолома и т. д.



Магнитные сепараторы

Все магнитные сепараторы состоят из следующих основных узлов: магнитной или электромагнитной системы; питателя для подачи материала в рабочую зону сепаратора; рабочего органа (барабана, диска, валка и др.) для извлечения магнитного продукта и удаления его из рабочей зоны, кожуха или ванны с отделениями для магнитного и немагнитного продуктов. Барабаны, ванны и некоторые другие детали магнитных сепараторов должны быть немагнитными и обладать достаточной механической прочностью и износостойкостью. Конструкции отдельных узлов и режим работы различных типов сепараторов характеризуются большим разнообразием.

В зависимости от назначения сепаратора и напряженности магнитного поля все магнитные сепараторы подразделяются на сепараторы со слабым и сильным магнитными полями (рис.5.4 ).

В сепараторах со слабым полем напряженностью от 70 до 120 кА/м и силой от 3•10⁵ до 6•10⁵ кА²/м³ большое распространение получили магнитные системы из постоянных магнитов (рис.5.4 а). Основным типом рабочего органа для извлечения и транспортирования магнитного продукта из зоны действия магнитной силы (из рабочей зоны) является барабан. Барабанные сепараторы являются основными при обогащении сильномагнитных железных руд. магнитный сепаратор обогащение



Рис. 5.4. Общие виды (разрезы) некоторых типов сепараторов: а - сухой магнитный сепаратор 2ПБС-90/250: 1,5- нижняя и верхняя части корпуса соответственно; 2 - люк смотровой; 3 - делитель; 4,7 -соответственно нижний и верхний магнитные барабаны; б - кожух; 8 -щиток; 9 - крышка; 10-течка; 11 - очиститель;

б - магнитный барабанный сепаратор ПБСЦ-63/50: 1 - бункер; 2 -вибропитатель; 3 - барабан; 4 - магнитная система; 5 - разгрузочные бункера; 6 - рама;

в - мокрый магнитный сепаратор ПБМ-ПП-90/250: 1 - барабан; 2 - магнитная система; 3 - привод;

г -валковый магнитный сепаратор 4 ЭВМ-38/250: 1 - перепускной клапан; 2 - брызгала;3 - привод; 4 - питатель; 5 - магнитная система; 6 -сливные патрубки продуктов разделения; 7 - основание;

д - магнитогидростатический сепаратор: 1 - опора магнитной системы; 2-катушка электромагнита; 3 - кювета; 4 - магнитопровод; 5 - полюсные наконечники; 6 - магнитная пластина; 7-разгрузочное устройство

В сепараторах с сильным полем -- валковых и дисковых -- поле напряженностью от 800 до 1600 кА/м и силой от 3•10⁷ до 1210•10⁷ кА/м создается электромагнитными системами, в высокоградиентных сепараторах -- полиградиентной средой. По сравнению с сепараторами со слабым магнитным полем, они характеризуются более сложной конструкцией, высокой стоимостью, более громоздки и менее производительны. Сепараторы используют при обогащении слабомагнитных железных и марганцевых руд, при обезжелезнении каолиновых, тальковых, графитовых и других неметаллических полезных ископаемых, для доводки и разделения концентратов, получаемых при обогащении руд и россыпей цветных и редких металлов.

Увеличение напряженности магнитного поля на всех типах сепараторов приводит к увеличению магнитной силы и наиболее полному извлечению магнитных зерен, в том числе и с более низкой магнитной восприимчивостью. Однако чрезмерное увеличение напряженности поля может привести к ухудшению качества концентрата за счет извлечения в него большого количества сростков магнитных минералов с немагнитными.

Недостаточная величина напряженности поля является причиной потерь магнитных минералов с хвостами магнитной сепарации. Получение максимально возможных технологических показателей достигается различной величиной напряженности магнитного поля сепараторов в основных, контрольных и перечистных операциях. Она должна увеличиваться в каждой последующей основной или контрольной операции, чтобы обеспечить получение бедных хвостов, и наоборот уменьшаться в каждой последующей операции перечистки концентрата, чтобы обеспечить необходимое его качество.

В зависимости от характера среды разделения минералов магнитные сепараторы делятся на сухие (рис.5.4 а,б) -- для обогащения полезных ископаемых в воздушной среде -- и на мокрые (рис.5.4 в,г,д)-- для обогащения в водной среде.

Сухой магнитной сепарации подвергается материал крупностью от 3 до 50--100 мм. При обогащении более мелкого материала наблюдается сильное пылеобразование, резкое ухудшение условий труда и эффективности обогащения вследствие неселективного слипания тонких частиц. Поэтому сухая магнитная сепарация тонкозернистого сильномагнитного материала является исключением, обусловленным наличием особых обстоятельств (например, острым недостатком воды), а слабомагнитного -- трудностью создания интенсивного поля в большом объеме при использовании замкнутых магнитных систем.

Мокрой магнитной сепарации подвергается материал мельче 3--6 мм, отрицательной особенностью которой является более высокое сопротивление водной среды (по сравнению с воздушной) продвижению как магнитных частиц по направлению действия магнитной силы F_м, так и немагнитных в направлении действия механических сил. Особенно неблагоприятно это сказывается на разделение тонких частиц, в результате чего часть наиболее тонких частиц теряется с немагнитным продуктом.

При сухом обогащении с увеличением скорости врашения барабана вследствие возрастания частоты поля и центробежной силы наблюдается повышение качества магнитного продукта (концентрата). При мокром обогащении, наоборот, скорость вращения барабанов или валков должна быть ограничена, так как они, перемещаясь вместе с магнитными частицами, увлекают часть пульпы со взвешенными в ней тонкими немагнитными частицами, и с увеличением скорости их вращения загрязнение магнитного продукта возрастает.

Установлено, что при мокром магнитном обогащении магнетитовых руд на барабанных сепараторах в операциях выделения отвальных хвостов скорость вращения барабана должна составлять 1,2--1,4 м/с, а в операциях перечистки магнитного концентрата -- 0,8--1,0 м/с.

Барабанные и валковые сепараторы могут быть с верхней и нижней подачей питания в рабочую зону. Дисковые сепараторы, предназначенные для и сухой магнитной сепарации, работают с нижней подачей исходного материала; высокоградиентные -- для мокрой магнитной сепарации -- с верхней подачей питания в рабочую зону.

Мокрые барабанные сепараторы в зависимости от направления движения питания, продуктов обогащения и вращения барабана бывают прямоточные, противоточные и полупротиеоточные.

Различные типы и исполнения сепараторов обозначают по ГОСТ 10512--78 следующим образом:

1-я буква: Э -- электромагнитные; П -- с постоянными магнитами;

2-я буква: Б -- барабанные; Д -- дисковые; В -- валковые;

3-я буква: М -- для мокрой сепарации; С -- для сухой сепарации.

Последующие буквы: П -- с противоточной ванной; ПП -- с полупротивоточной ванной; ГЩ -- с противоточной циркуляционной ванной; ППЦ -- с полупротивоточной циркуляционной ванной; Ц -- работающий в центробежном режиме (с высокой скоростью вращения барабана); В -- с верхней подачей питания в рабочую зону.

Цифра перед буквами -- число рабочих органов, цифры после букв -- диаметр (в числителе) и длина (в знаменателе). Например: 4ПБС-63/200 -- четырехбарабанный с постоянными магнитами для сухого обогащения, диаметр барабана 63 см и длина 200 см.

Максимально допустимая производительность сепараторов определяется их извлекающей, транспортирующей и пропускной способностями, зависящими от параметров рабочей зоны (длины, высоты), а также широты питания (длины барабана, валка). Например, увеличение длины рабочей зоны с увеличением диаметра барабана или валка приводит к улучшению извлекающей способности сепаратора и увеличению его производительности. Увеличение пропускной способности достигается увеличением длины барабана или валка и тем самым широты питания. Уменьшение высоты рабочей зоны приводит к возрастанию напряженности магнитного поля и увеличению извлекающей, но снижению пропускной способности сепаратора наоборот. Высота рабочей зоны определяется в процессе создания конструкции сепаратора и в установленных пределах может изменяться при его технологической наладке. В промышленных условиях производительность сепаратора определяется обычно опытным путем с учетом особенностей вещественного состава обогащаемого минерального сырья.

Электрические методы обогащения основаны на различии электрических свойств разделяемых минералов. Различаясь по электропроводности, диэлектрической проницаемости, контактному потенциалу, трибоэлектрическому, пироэлектрическому или пьезоэлектрическому эффекту, они приобретают при зарядке различную величину или знак заряда и, как следствие, разную траекторию движения в электрическом поле, обеспечивая разделение частиц по их электрическим свойствам или электрическую сепарацию минералов.

Зарядка частиц сепарируемого материала может осуществляться контактированием с заряженным электродом, ионизацией в электрическом поле коронного разряда, электризацией трением, изменением температуры, давления и другими способами. Выбором способа зарядки частиц обеспечивается наибольшее различие в электрических свойствах основных разделяемых минералов и тем самым максимальная эффективность электрической сепарации.

На каждую заряженную минеральную частицу при сепарации в электрическом поле действуют:

* электрическая кулоновская сила F_э, обусловленная притяжением частицы к противоположно заряженному электроду и отталкиванием ее от одноименно заряженного как в однородном, так и в неоднородном поле. Влияние Р_э на траекторию движения частиц практически нивелируется только в поле переменной полярности из-за механической инерции частиц;

* сила зеркального отображения F₃, обусловленная взаимодействием остаточного заряда частицы и вызванного этим зарядом на поверхности электрода равного по величине индуктивного заряда. Сила направлена к электроду. По абсолютной величине она значительно меньше Р_э и ее действие заметно лишь вблизи электрода или при соприкосновении с ним;

* пондеромоторная сила F_побусловленная разницей между значениями диэлектрической проницаемости частицы е_ч и среды е_с, в которой осуществляется сепарация. Она стремится вытолкнуть частицу в более слабые участки поля, если е_ч < е_с, и наоборот втянуть при е_ч > е_с. Сила проявляется только в неоднородном поле, в том числе, в отличие от F_э, и в полях переменной полярности. Она весьма мала в воздушной среде по сравнению с F_э и достигает больших значений в жидкостях с высокой диэлектрической проницаемостью;

* механические силы, основными из которых являются сила гравитационного притяжения ,F_Г центробежная сила F_цсилы сопротивления среды F_с.

Силы молекулярного сцепления частиц между собой и с электродами, сила трения между частицами и электродом для частиц крупнее 0,1 мм, а также инерционные силы, действующие на завершающем этапе сепарации, сравнительно малы и обычно не учитываются.

Разделение различно заряженных частиц происходит в результате воздействия на них электрических и механических сил в рабочей зоне сепаратора. Соотношение сил и эффективность разделения при этом будут зависеть от различия электрических свойств разделяемых минералов, изменения напряженности электрического поля во времени (постоянное или переменное) и пространстве (однородное или переменное), наличия движущихся носителей заряда (ионов, электронов), вида среды разделения (газ или жидкость) и характера движения материала в рабочем пространстве электрических сепараторов.

В сепараторах с криволинейным транспортирующим электродом барабанного типа (рис. 6.1, а) процесс разделения минералов происходит в воздушной среде.

Рис. 6.1.Векторные диаграммы сил, действующих на частицы в сепараторах: а, б -- барабанном электростатическом; в -- плоскостном электростатическом; г -- камерном электростатическом; д --диэлектрическом; 1 -- положительно заряженная частица; 2 -- отрицательно заряженная частица

Неоднородное электростатическое или электрическое поле постоянной полярности напряженностью до 10 кВ/см создается между барабаном и отстоящим от него на некотором расстоянии вторым электродом или системой электродов. Электрическая сила F_эбудет прижимать к барабану частицы, имеющие знак заряда, противоположный знаку полярности барабана, и отталкивать от него одноименно заряженные частицы. Сила зеркального отображения F₃, направлена к центру барабана, удерживая частицы на его поверхности. Центробежная сила F_ц, наоборот, стремится оторвать частицы от поверхности. Гравитационная сила F_гдействует вертикально вниз, ее составляющие зависят от угла поворота барабана. Пондеромоторная сила F_п

направлена от центра барабана, поскольку диэлектрическая проницаемость минералов больше, чем воздуха, и концентрация силовых линий поля повышается в направлении ко второму электроду. Однако сила F_п, как и сила сопротивления воздушной среды F_с для зернистых частиц в рабочей зоне сепаратора, относительно невелика и их можно не учитывать.

Результирующая сила F, определяющая траекторию движения частиц в электрическом поле сепаратора, является векторной суммой основных взаимодействующих сил:

В сепараторах с плоским транспортирующим электродом (рис. 6.1, в) между ним и расположенным сверху вторым электродом или системой электродов создается электрическое или электростатическое поле напряженностью 2--4 кВ/см. Результирующая сила F, определяющая траекторию разделяемых частиц, складывается из электрической силы F_э, силы зеркального отображения F_з, и гравитационной силы F_г, вызывающих движение частиц по плоскости и существенно влияющих на разделение минералов, резко различающихся по форме:

Силами F_си F_п, как и в первом случае, можно пренебречь.

В камерных сепараторах (рис. 6.1, г) электростатическое поле постоянной полярности напряженностью 2 -- 4 кВ/см создается между пластинчатыми электродами. Разделение частиц, обладающих различными зарядами, осуществляется в процессе их свободного падения между электродами. При этом движение частиц в горизонтальном направлении определяется в основном электрической силой F_э,вызывающей притяжение частиц к противоположно заряженному электроду и отталкивание их от одноименного электрода. Сила F₃начинает проявляться только при приближении частиц к одному из них, поэтому, как и сила F_п, практически не влияет на их разделение. В вертикальном направлении на каждую частицу будут действовать разнонаправленные силы тяжести F_Ги сопротивления среды F_п.

Разделение минералов в непроводящей жидкости в диэлектрических сепараторах (рис. 6.1, д) происходит в резко неоднородном электрическом поле переменной полярности напряженностью до 5 кВ/см. Определяющей процесс силой в этих условиях является пондеромоторная сила F_п . Под ее действием частицы с диэлектрической проницаемостью е₂, большей е_с, втягиваются в область поля наибольшей напряженности у электрода с малым радиусом кривизны, тогда как частицы с е₂, меньшей е_с, выталкиваются из этой области. Из механических сил влияют на разделение частиц силы тяжести F_Ги сопротивления среды как в вертикальном F_с, так и горизонтальном, F'_с направлении.

Разделение минералов по электропроводности производится в воздушной среде в неоднородном электрическом поле постоянной полярности в электростатических, коронно-электрических и коронно-электростатических сепараторах преимущественно барабанного типа.

При электрической сепарации в электростатических сепараторах (рис. 6.2, а) исходный материал из бункера 1 подается на заряженный вращающийся барабан 2.

Рис. 6.2. Схемы электростатического (а), коронно-электрического (б) и коронно-электростатического (в) сепараторов

При контакте с ним частицы минералов-проводников сразу же приобретают одноименный заряд, отталкиваются от него под действием кулоновских сил и, двигаясь по криволинейной траектории, попадают в приемник 6. Частицы непроводящих минералов, наоборот, прилипают под действием сил зеркального отображения к поверхности барабана и счищаются с него щеткой 3 в приемник 4. Частицы промежуточной электропроводности и сростки минералов-проводников с непроводящими минералами падают по траектории, определяемой в основном механическими силами, и попадают в приемник 5. Качество продуктов регулируют положением шиберов 5. Для увеличения отклонения частиц минералов-проводников и улучшения селективности сепарации параллельно барабану устанавливается отклоняющий электрод 7 противоположной полярности. Повышению эффективности разделения способствует также классификация материала на узкие классы крупности и увеличение различия в электропроводности разделяемых минералов в процессе подготовки материала к электрической сепарации.

При электрической сепарации в коронно-электрических сепараторах (рис. 6.2, б) материал из бункера 1 поступает на вращающийся металлический заземленный барабан -- осадительный электрод 2 -- и транспортируется им в зону действия коронирующего электрода 9, установленного параллельно образующей осадительного электрода. Коронирующий электрод представляет собой устройство из туго натянутых нихромовых проволок толщиной 0,25-- 0,40 мм, тонкостенных трубок с врезанными в них лезвиями толщиной 0,1 мм или систему игл, направленных остриями в сторону осадительного электрода. Под действием высокого напряжения (до 50 кВ), подаваемого на коронирующий электрод, вокруг него образуется (за счет частичного пробоя) поле коронного разряда, вызывающее ионизацию молекул воздуха. Образующиеся ионы, имеющие одинаковую полярность с коронирующим электродом, движутся под влиянием электрического поля к осадительному электроду, сталкиваются с минеральными частицами и заряжают их. Если

частица является проводником, то она легко передает почти весь свой заряд осадительному электроду и центробежной силой сразу же сбрасывается с него в приемник 6. Заряженные в поле коронного разряда частицы непроводящих минералов, наоборот, очень медленно разряжаются на осадительном электроде и, сохраняя значительный заряд, удерживаются на нем силами зеркального отображения, выносятся при вращении барабана из зоны действия коронирующего электрода и счищаются щеткой 3 в приемник 4. Чем меньше электропроводность частиц и выше контактное сопротивление между ними и осадительным электродом, тем больше величина остаточного заряда, сила притяжения их к поверхности барабана и тем дальше оказываются они от зоны отрыва частиц с высокой электропроводностью. Частицы с промежуточной электропроводностью разряжаются быстрее непроводящих, но медленнее проводящих частиц и, отрываясь от поверхности осадительного барабана в нижней его части, попадают в приемник 5.

Промышленные коронно-электрические сепараторы (ИГД, Карпко, ФИА, Стартевант и др.) состоят из 2--4 аналогичных секций, расположенных обычно одна над другой и обеспечивающих тем самым возможность перечистки продуктов сепарации.

Коронно-электростатические сепараторы (рис. 6.2, в) отличаются от коронно-электрических (см. рис. 6.2, б) наличием дополнительного цилиндрического отклоняющего электрода 10, имеющего одинаковый с коронирующим электродом 9 потенциал, что приводит к созданию параллельно с полем коронного разряда неравномерного электростатического поля высокой напряженности.

Если частица обладает достаточно хорошей электропроводностью, то электрическая сила статического поля будет влиять на увеличение скорости стекания остаточного заряда и более быстрый отрыв частицы от поверхности осадительного электрода. Большему отклонению ее от барабана будет способствовать пондеромоторная сила, возникающая в неравномерном электростатическом поле и действующая в направлении отклоняющего

электрода. В случае плохой электропроводности частицы стекание остаточного заряда с нее будет проходить очень медленно и электростатическое поле будет прижимать частицу к осадительному электроду.

Таким образом, содействуя разделению проводящих и непроводящих частиц, электростатическое поле может существенно повысить эффективность электрической сепарации. Поэтому коронно-электростатические сепараторы получили наиболее широкое распространение в практике обогащения полезных ископаемых.

К барабанным коронно-электростатическим сепараторам относятся ЭКС-1250 (рис. 6.3, а), ЭКС-3000, СЭС-2000 (рис. 6.3, б), СЭС-1000; к пластинчатым -- сепаратор ПЭСС (рис. 6.3, в).

Барабанный сепаратор ЭКС-1250 (рис. 6.3, а) состоит из загрузочного бункера 1 с электрическим подогревателем 2, питателя 3 и двух одинаковых каскадов сепарации. Каждый каскад включает коронирующий 5, отклоняющий 6, осадительный, 7 электроды, экранирующую шторку 4, щетку 11, питающий

лоток 12 и отсекатели 8. Корпус 10 сепаратора обшит листовым железом, в нижней части его расположены приемники 9 для продуктов сепарации.

Верхний каскад предназначен для основной операции разделения, нижний -- для перечистных операций. Величина загрузки нижнего каскада и качество продуктов сепарации регулируются отсекателями.

Рис. 8.3. Схемы коронно-электростатических сепараторов ЭКС-1250 (а), СЭС-2000 (б) и ПЭСС (в)

Секционный коронно-электростатический сепаратор барабанного типа СЭС-2000 (рис. 8.3, б) состоит из восьми блоков. Каждый блок представляет собой самостоятельный рабочий аппарат и включает в себя питающий бункер 1, коронирующий 2, отклоняющий 3 и осадительный 4 электроды, щетку 6 и отсекатель 5. Загрузка верхних блоков сепаратора осуществляется при помощи барабанно-щелевых питателей. Нижние блоки имеют приемные бункера. Преимуществом секционных сепараторов, по сравнению с сепараторами ЭКС, является возможность компоновки в одном сепараторе различных технологических схем с получением конечных продуктов обогащения.

Пластинчатый коронно-электростатический сепаратор ПЭСС собирается из 88 последовательно-параллельно соединенных ячеек. В каждой ячейке (рис. 6.3, в) верхний клинообразный электрод 3 и нижний цилиндрический электрод 4, разделенные изолятором 5. подключаются к разноименным полюсам высоковольтного генератора. Нагретый до температуры 80--120 °С концентрат поступает через питатель 1 на заземленный пластинчатый электрод 2, по которому попадает в межэлектродное пространство, где минералы-проводники приобретают больший индуктивный заряд, чем минералы-диэлектрики, отклоняются к верхнему электроду 3 и попадают в приемник 6. Минералы-диэлектрики, наоборот, отклоняются в сторону нижнего электрода 4 и попадают в приемник 7. Качество получаемых продуктов регулируется отсекателем 8.

Эффективность процесса электрической сепарации определяется различием разделяемых минералов в значениях электропроводности, конструкциях и принципах работы сепаратора, особенностями вещественного состава минерального сырья и способом подготовки его к сепарации, технологическим режимом ведения процесса.

Чем больше разница в значениях электропроводности разделяемых минералов, тем значительнее отличаются они скоростью зарядки (на заряженном электроде) и разрядки (на осадительном электроде), величиной остаточных зарядов и траекторией движения в рабочем пространстве сепаратора, тем легче осуществить их разделение. Электрическая сепарация минералов по электропроводности широко применяется при доводке титаноциркониевых, танталониобиевых, оловянно-вольфрамовых, алмазсодержащих, магнетитогематитовых концентратов, а также при обогащении гематитовых и смешанных железных руд.

Качество получаемых продуктов

Качество получаемых продуктов при сепарации зависит от содержания разделяемых минералов в исходном материале. Чем меньше в нем содержание непроводников, тем выше качество получаемой фракции проводящих минералов, и наоборот, при большом содержании непроводников для получения необходимого качества проводящей фракции требуется несколько перечистных операций. На качество конечных продуктов и эффективность сепарации существенное влияние оказывает также степень постоянства содержания, примесей в разделяемых минералах. Например, увеличение содержания включений железосодержащих минералов в непроводящем цирконе может настолько увеличить его электропроводность, что он начинает переходить в проводящую фракцию. Эффективность процесса и качество продуктов сепарации ухудшаются при увеличении содержания пылевидных частиц в исходном материале, поэтому перед электросепарацией материал подвергается обычно тщательному обеспыливанию.

С увеличением крупности частиц возрастает не только величина заряда, получаемого в поле коронного разряда или на заряженном барабане, но и центробежная сила, отрывающая их от поверхности барабана, Это затрудняет четкое разделение зерен при сепарации материала широкого диапазона крупности. Крупная непроводящая частица при этом может оторваться от барабана одновременно с более мелкой проводящей частицей и, наоборот, очень тонкие проводящие частицы попадут в непроводящую фракцию. Технологические показатели значительно улучшаются при электросепарации узко классифицированного материала.

С увеличением скорости вращения барабана сепаратора и ростом центробежной силы улучшаются условия для выделения проводников. Однако ее чрезмерное увеличение может привести к переходу в проводящую фракцию и тех непроводящих частиц, которые не смогут уже удерживаться на барабане силами электрического притяжения. При слишком малой скорости вращения барабана также наблюдается повышенное засорение проводящей фракции непроводниками, успевающими отдать свой заряд осадительному электроду. В зависимости от исходного материала частота вращения барабана диаметром 140--350 мм изменяется от 30 до 500 об/мин.

Важным параметром регулирования процесса электросепарации является напряжение на электродах, с увеличением которого возрастает разница в зарядах проводящих и непроводящих частиц и улучшаются результаты их разделения. Величина напряжения на коронирующем электроде в современных сепараторах находится в пределах 35--50 кВ, максимальный ток в межэлектродном пространстве -- около 50 мА.

Регулировать процесс электросепарации можно также изменением расстояния между электродами -- уменьшая его, увеличивают ток короны, и наоборот. Расстояние между электродами устанавливают в процессе отработки режима сепарации и не изменяют, как правило, при работе.

Производительность каждой ячейки сепаратора зависит от длины барабана, изменяющейся в разных сепараторах от 800 до 3000 мм, и скорости его вращения. Увеличивая скорость вращения, можно повысить производительность сепаратора, однако качество продуктов сепарации может ухудшиться.

Трибоэлектрическая сепарация осуществляется в воздушной среде в электрическом поле постоянной полярности, которое может быть однородным и неоднородным. Используют в основном многокаскадные сепараторы барабанною, лоткового, камерного и трубчатого типов. Зарядное устройство в них часто отделено от сепарирующей области.

В сепараторах (СЭП-1, СЭП-2, СЭС-2000С, «Джонсон», ЭСК-2000) барабанного типа (рис. 6.4, а) разделение происходит в электростатическом неоднородном поле постоянной полярности напряженностью 2--4 кВ/см, создаваемом между металлическим заземленным электродом 1 и цилиндрическим вращающимся (или статическим в виде параллельных дуг) электродом 2, на который подается высокое напряжение (15--50 кВ).



Рис. 6.4. Схемы многокаскадных трибоэлектрических сепараторов «Джонсон» (а) и СТЭ (б)

Полярность напряжения и материал электродов (медь, латунь, нержавеющая сталь) подбираются с учетом знака заряда, приобретаемого минералами при электризации, и характера контактных явлений, происходящих между частицами и барабаном. При диаметре барабана 150-- 300 мм, длине 1000--2000 мм и частоте вращения 40--400 об/мин производительность сепаратора составляет 4--12 т/ч по исходному питанию при крупности его до 3 мм. Сепараторы применяются для разделения полевых шпатов и кварца, при обогащении фосфоритов, вермикулита и других материалов.

В трехсекционных, двухкаскадных сепараторах СТЭ лоткового типа (рис. 6.4, б) материал из питателя 1 щелевого типа поступает на две заземленные латунные плоскости 2 и 3. При движении по плоскости зерна различных минералов электризуются за счет трения о плоскость и между собой, приобретая разные по величине и знаку заряды, и попадают в электростатическое поле напряженностью 3,5--4,5 кВ/см, создаваемое статическими электродами 4 и 5, один из которых заземлен, а другой подключен к высоковольтному источнику тока.

При свободном падении в межэлектродном пространстве траектория движения частиц изменяется в зависимости от величины и знака остаточного заряда, напряжения на заряженном электроде (достигающего 20 кВ), градиента напряженности поля, а также плотности и крупности частиц. Производительность сепаратора при обогащении материала крупностью -0,3 +0,074 мм составляет около 6 т/ч.

Сепараторы предназначены для использования в схемах обогащения руд цветных и редких металлов, горно-химического, керамического, абразивного, оптического и других типов сырья, разделяемые минералы которых обладают близкими электрическими характеристиками.

Трубчатые сепараторы свободного падения (рис. 6.5, а), используемые, например, в калийной промышленности Германии, состоят из двух разноименно заряженных рядов вертикальных труб 4, имеющих верхнее 2 и

нижнее б шарнирные крепления, и вращающихся вокруг своей оси под действием привода 3. От налипающей на них пыли они освобождаются неподвижными щетками 5. Максимальная напряженность электрического поля сепаратора 4--5 кВ/см.



Рис. 8.5. Схемы сепараторов:

а --трибометрического трубчатого свободного падения: б -- пневмоэлектрического

Из бункера 1 разделяемые минералы (галит и сильвин), имеющие разные заряды, поступают в рабочую зону и, притягиваясь в свободном падении к соответствующему ряду разноименно заряженных труб, попадают в приемники 7. Качество получаемых продуктов регулируют шиберами 8.

Сепараторы характеризуются высокой производительностью [20 --30 т/(ч•м)], однако требуют значительной высоты (более 10 м) помещения и по производительности на единицу занимаемого объема уступают барабанным сепараторам.

Основной особенностью конструкции пневмоэлектрического сепаратора (рис. 6.5, б) камерного типа является трибоэлектрическая зарядка тонкоизмельченных частиц при транспортировании их газовым потоком.

Успешная работа сепаратора осуществляется ускоренным движением пылегазового потока в зоне 2 трибоэлектризации и спокойным движением в зоне разделения между заземленными электродами 1 и электродом, подключенным к источнику 3 высокого напряжения. Делителями 4 продукты разделения направляются в циклоны для хвостов 5, промпродукта 6 и концентрата 7. Сепаратор показал хорошие результаты сепарации промпродуктов и доводки концентратов, полученных при магнитном обогащении окисленных труднообогатимых железных руд.

Магнитные методы обогащения основаны на различии в магнитных свойствах разделяемых минералов, главным образом на различии в их магнитной восприимчивости.

По величине удельной магнитной восприимчивости х все минералы условно делятся на следующие группы:

1) сильномагнитные (ч >3,8•10"⁵ м³/кг) -- магнетит, франклинит, маггемит, титаномагнетит, моноклинный пирротин и др.;

2) слабомагнитные (ч = 1,26•10"⁷ -- 7,5•10"⁶ м³/кг) -- окислы, гидроокислы железа и марганца, ильменит, вольфрамит, гранат, биотит, гексагональный пирротин и др.;

3) немагнитные (ч < 1,26•10" м /кг) -- кварц, полевой шпат, кальцит, касситерит, апатит и др., а также диамагнитные (ч < 0) -- цинк, медь, золото, серебро, кремний и другие минералы.

Чем больше различаются минералы по величине магнитной восприимчивости, тем легче осуществить их разделение в магнитном поле. Средой разделения минералов может быть вода или воздух. В соответствии с этим процесс называется мокрой или сухой магнитной сепарацией.

Разделение минералов осуществляется в рабочей зоне магнитных сепараторов. Исходный материал при верхней подаче поступает непосредственно на рабочий орган -- барабан (рис. 5.1, а), валок (рис. 5.1, б), диск (рис. 5.1, в) и др., при нижней -- в зазор между ним и питающим лотком, дном ванны или полюсным наконечником (рис. 5.1, г).



Рис. 5.1. Открытые (а, г) и замкнутые (б, в) магнитные системы:

- сердечник: 2--обмотка: 3 --магнмтопровод; 4--полюсный наконечник: 5 - барабан: 6 -- диск

Магнитные частицы под действием магнитного поля притягиваются к поверхности рабочего органа и выносятся за пределы действия магнитных сил, где разгружаются в приемники для магнитного продукта. Немагнитные частицы скользят под действием центробежных сил и сил тяжести по поверхности рабочего органа, полюсного наконечника, лотка или дну ванны и разгружаются в приемники для немагнитного продукта.

В рабочей зоне сепаратора различают зону притяжения магнитных частиц, высота которой Н определяется минимальным расстоянием между рабочим органом и поверхностью вибролотка, дна ванны или неподвижного полюса, и зону транспортирования магнитного продукта к месту разгрузки, в которой происходит дополнительная очистка его от механически захваченных немагнитных частиц.

Магнитное поле в рабочей зоне сепаратора создается системами из постоянных магнитов или электромагнитными системами с обмоткой. питаемой постоянным или переменным током, вызывающим соответственно образование постоянного или переменного магнитного поля. В настоящее время наиболее широко используется обогащение в постоянном магнитном поле.

В магнитных сепараторах применяются только неоднородные магнитные поля, поскольку только они позволяют получить направленную магнитную силу притяжения минерального зерна:

где м₀ -- - магнитная постоянная, равная 1,26•10^-6 Гн/м; т -- масса зерна, т; Н-- напряженность поля, А/м; gradH-- градиент напряженности, А/м²; м₀Н-- - сила магнитного поля, А²/м³.

Чем больше неоднородность магнитного поля и градиент его напряженности, тем сильнее магнитные частицы притягиваются к полюсу в направлении сходимости магнитных силовых линий, т. е. втягиваются в участки с более высокой напряженностью поля. Частицы немагнитных или диамагнитных минералов, наоборот, будут выталкиваться под действием магнитных сил в участки с меньшей напряженностью поля. Вес это обеспечивает достаточно эффективное разделение частиц магнитных и немагнитных минералов в рабочей зоне сепаратора.

В однородном магнитном поле, например между двумя разноименными полюсами плоской формы (рис. 5.2. а),в котором напряженность одинаковая и по величине, и по направлению, минеральные частицы будут подвергаться только воздействию вращающего момента, ориентирующего их параллельно силовым линиям тока. Однако перемещения частиц к полюсам магнитной системы не произойдет.

Рис. 5.2. Схемы однородного магнитного поля (а), расположения и сочетания полюсов различной формы открытой (б, в), замкнутой (г -- ж) магнитных систем и полиграднентной среды (з)

Для получения неоднородных магнитных полей применяются открытые и замкнутые многополюсные магнитные системы, полиградиентная среда.

В открытых магнитных системах края полюсов чередующейся полярности расположены по плоской (рис. 5.2, б) или цилиндрической поверхности (рис. 5.2,в), как, например, у барабанных сепараторов. В последнем случае полярность полюсов может чередоваться либо по периметру барабана, либо по его оси. Магнитные силовые линии проходят по воздушному пространству над промежутками между полюсами. Такие системы применяют в сепараторах со слабым магнитным полем (напряженностью до 240 кА/м), используемых для извлечения из руд и продуктов обогащения сильномагнитных минералов.

Полюсные концы многополюсной магнитной системы закругляют обычно по дуге радиусом 0,4--0,6 шага полюсов S. Изменение напряженности поля Н_х, А/м, по нормали к поверхности полюсов магнитной системы на расстоянии х в этом случае описывается экспоненциальным уравнением А.Я. Сочнева:

где Н₀-- напряженность поля на уровне поверхности полюсов; С_х -- коэффициент неоднородности магнитного поля, зависящий от шага полюсов S и радиуса R_ц кривизны поверхности системы, м^-1,

Напряженность магнитного поля Н₀ неоднородна и изменяется вдоль магнитной системы в зависимости от отношения ширины полюса (в) и зазора (а)между соседними полюсами. Близкие значения напряженности поля над серединой полюсов и зазоров между ними обеспечиваются при отношении в/аоколо 1,2 независимо от шага полюсов. Падение величины магнитной силы м₀Н gradH с удалением от поверхности полюсов происходит тем быстрее, чем больше коэффициент неоднородности С_х, который зависит главным образом от шага полюсов S.

Выбор шага полюсов S определяется верхним пределом крупности d?обогащаемой руды или высотой h рабочей зоны сепаратора. Он должен быть тем больше, чем больше крупность обогащаемого материала (в сепараторах с верхней подачей питания) и больше высота рабочей зоны (в сепараторах с нижней подачей питания).

Магнитная система выполняется из постоянных магнитов (литых или керамических) или из стальных сердечников (полюсов) с катушками, питаемыми постоянным или переменным током. При питании постоянным током чередование знака полюсов магнитной системы достигается противоположным направлением тока в обмотках соседних полюсов. При питании переменным электрическим током создается «бегущее магнитное поле».

При воздействии перемещающегося магнитного поля на поверхности магнитной системы происходят переориентация магнитных частиц, разрыхление слоя магнитного материала и частичное разрушение флокул. В сочетании с центробежной силой это приводит к выделению из слоя магнитного продукта случайно захваченных немагнитных зерен, слабомагнитных сростков и повышению за счет этого качества магнитного продукта.

В замкнутых магнитных системах магнитное поле образуется в пространстве между противоположно расположенными разноименными полюсами различной формы и рабочим органом, выполненным в виде валка цилиндрической формы с кольцевыми выступами и впадинами различной конфигурации или горизонтально вращающегося диска с нижней рабочей поверхностью, на которой по периметру имеется кольцевой заостренный выступ для создания неоднородного поля. Такие системы экономичнее открытых многополюсных систем и позволяют создавать поля большой напряженности. Поэтому они применяются в сепараторах с сильным магнитным полем (напряженностью до 1600 кА/м), используемых для извлечения из руд и продуктов обогащения слабомагнитных минералов.

Величина магнитной силы м₀Н gradH в замкнутой магнитной системе в большой степени зависит от формы полюсов и их размеров. Наиболее часто в сепараторах используются сочетания закругленных, трапецеидальных или прямоугольных зубцов с плоским полюсом, закругленных зубцов с желобчатым полюсом (рис. 5.2, г--ж). При сочетании плоского и многозубчатого полюсов (профили г--е) поле неоднородно лишь вблизи зубцов, а с приближением к плоскому полюсу становится близким к однородному. Замена плоского полюса полюсом желобчатым (профиль ж) существенно повышает неоднородность всего поля, увеличивая значения магнитной силы м₀Н gradH. Во всех случаях крупность обогащаемого материала определяется шагом зубцов валка и соотношением магнитной восприимчивости разделяемых минералов.

Полиградиентная среда (рис. 5.2, з) возникает при заполнении рабочего пространства сепаратора мелкими ферромагнитными телам (шариками, стержнями, рифлеными пластинами, стальным волокном и др.). в зазорах между которыми индуцируются сильные магнитные поля.

Полиградиентность среды обусловлена тем, что магнитные силы в таком поле действуют по всем направлениям и на всех участках сближения индукционных магнитов. Благодаря малым размерам они соприкасаются в точке и даже при небольшой напряженности поля в рабочем пространстве прилегающие к этим точкам области характеризуются очень высоким градиентом и, следовательно, большой силой поля. В таких областях и происходит интенсивное притяжение и удерживание тонкоизмельченных слабомагнитных частиц, в то время как немагнитные частицы фильтруются (вымываются) через зазоры между ферромагнитными телами (магнитами-носителями). Чтобы избежать закупорки зазоров, размер ферромагнитных тел. например шариков, должен быть в 10--25 раз больше верхнего предела крупности обогащаемого материала. Однако он не должен превышать 6--8 мм из-за резкого уменьшения величины действующих на частицы магнитных сил. поэтому максимальная крупность обогащаемого материала не должна превышать d_mах =8/25 = 0,32 мм. Нижний предел крупности материала при обогащении в полиградиентных сепараторах составляет около 10 мкм.

Влияние механических сил на обогащение

При перемещении в рабочей зоне магнитного сепаратора минералы подвергаются воздействию не только магнитной силы, но и механических сил (тяжести, инерции, центробежных, сопротивления среды и т. д.). Разделение смеси минералов, различающихся по магнитным свойствам, произойдет, если магнитная сила, действующая на более магнитные минералы (F_м1), будет больше, а на менее магнитные минералы (F_м2) - - меньше равнодействующей всех механических сил (f_мех). действующих на эти минералы в направлении. противоположном магнитной силе. т. е. если F_м1 > f_мех > F_м2. В результате воздействия (на частицы руды) магнитной и механической сил частицы с различными магнитными свойствами приобретают разные траектории движения и выводятся из магнитного поля в виде отдельных продуктов. отличающихся не только по магнитным свойствам, но и по вещественному составу.

Разделение минералов в магнитном поле под влиянием магнитных и механических сил может осуществляться в режиме удерживания или извлечения магнитных минералов.

При сепарации в режиме удерживания (см. рис. 5.1, а б) исходный материал подается в верхнюю часть барабана или валка сепаратора и перемещение его через рабочую зону происходит по криволинейной траектории. Совпадение направлений движения материала и магнитной силы в начальный момент способствует максимальному извлечению магнитных минералов в магнитный продукт.

При сепарации в режиме извлечения (см. рис. 5.1, в, г) исходный материал подается под барабан, диск или валок сепаратора, а пеэемещение его через рабочую зону происходит по криволинейной или прямолинейной траектории. Прохождение потока материала под магнитной системой обеспечивает наибольшую селективность обогащения, поскольку менее магнитные частицы лучше отделяются от магнитных под влиянием относительно большой разделяющей силы.

В зависимости от направления движения рабочего органа, исходного питания и продуктов обогащения различают прямоточный, противоточный и полупротивоточный режимы магнитной сепарации.

При прямоточном (рис. 5.3. а)режиме направления движения рабочего органа, исходного питания и продуктов обогащения совпадают.

Рис. 5.3. Магнитные барабанные сепараторы для мокрого обогащения с прямоточной (а), противоточной (б) и полупротивоточной (в) винной

Это позволяет предотвратить забивку или заиливание рабочей зоны, уменьшить износ рабочих поверхностей и энергоемкость процесса, но не обеспечивает максимального извлечения магнитных частиц. В начале рабочей зоны свободная поверхность рабочего органа приходит во взаимодействие с исходным питанием, богатым сильномагнитными частицами, которые и покрывают поверхность, затрудняя притяжение к ней менее магнитных частиц в конце рабочей зоны.

При противоточном режиме (рис. 7.3, б) рабочий озган вместе с магнитным продуктом движутся навстречу исходному питанию В этом сл\чае к свободной поверхности рабочего органа в конце рабочей зоны притягиваются сначала под действием магнитной силы менее магнитные частицы, которые прижимаются затем к поверхности сильномагнитными частицами по мере приближения рабочего органа к месту загрузки исходного питания, обеспечивая тем самым максимальное извлечение магнитных частиц. По сравнению с прямоточным недостатками режима являются более высокая энергоемкость процесса (в 1.5--2.0 раза) и интенсивный износ рабочих поверхностей.

При полупропшвиточном режиме (рис. 5.3. в) исходное питание подводится к рабочему органу снизу. В этих условиях направления потока питания и магнитной силы совпадают, что обеспечивает эффективное притяжение к поверхности рабочего органа даже очень тонких магнитных частиц. При дальнейшем движении материала навстречу рабочему органу создаются благоприятные условия для доизвлечения менее магнитных частиц, как и при противоточном режиме.

Селективность и эффективность разделения минералов при магнитной сепарации возрастают с увеличением различия между их удельными магнитными восприимчивостями ч₁ и ч₂, однородности поля сепаратора по величине магнитной силы F_м= м₀НgradH, с уменьшением диапазона крупности зерен в исходном материале.

Очевидно, что при прочих равных условиях чем больше удельная магнитная восприимчивость, тем с большей силой магнитное поле воздействует на минеральное зерно и наоборот. Отношение ч₁ / ч₂ разделяемых более магнитного (ч₁) и менее магнитного (ч₂) зерен получило название коэффициента селективности магнитного обогащения. Чем меньше его значение, тем труднее осуществить разделение минералов. Достичь разделения близких по значению ч, минеральных зерен можно только в однородном по величине магнитной силы поле. Однако магнитные поля современных сепараторов неоднородны не только по напряженности H, но и по магнитной силе. Поэтому при близких значениях ч₁ и ч₂ разделяемых зерен может оказаться, что F_м1более магнитного зерна, удаленного от полюса, будет меньше F_м2 менее магнитного зерна, находящегося у полюса, что приведет к взаимному засорению магнитного и немагнитного продуктов. Как показывает практика, для успешного разделения минералов в современных магнитных сепараторах необходимо, чтобы коэффициент селективности магнитного обогащения был не менее 3--5.

При широком диапазоне крупности обогащаемого материала в неоднородном по величине магнитной силы поле может оказаться также, что F_м,действующая на мелкие зерна сильно магнитного минерала на участках поля с малой магнитной силой, будет меньше F_м2, действующей на менее магнитные зерна вблизи магнитных полюсов с большим значением магнитной силы поля. В результате этого произойдет загрязнение магнитного продукта крупными зернами менее магнитных минералов и потери тонких зерен более магнитного минерала с немагнитными минералами. Для повышения селективности процесса в таких случаях применяют предварительное грохочение или классификацию исходного материала.

Размер отверстий сит при грохочении материала перед сухим обогащением на сепараторах с верхним питанием определяется шагом полюсов (в открытых магнитных системах) или шагом зубцов валка и отношением магнитных восприимчивостей разделяемых минералов (в замкнутых магнитных системах).

При этом соотношение размеров наибольшего и наименьшего зерен в классе крупности не должно превышать их «коэффициента удельной равнопритягиваемости». Допустимая разница между верхним и нижним пределами крупности обогащаемого материала возрастает с уменьшением неоднородности поля.

При магнитном обогащении сильномагнитных руд и материалов, кроме магнитной восприимчивости частиц, важную роль играют их коэрцитивная сила, остаточная индукция, размагничивающий фактор. От их значений зависит как образование флокул в поле сепаратора или намагничивающего аппарата, так и степень их сохранения после удаления из поля.

Образование флокул из магнитных частиц при прохождении через рабочую зону сепаратора способствует получению более бедных по содержанию извлекаемых минералов хвостов, особенно при мокром обогащении. Это объясняется тем, что магнитная восприимчивость флокул вследствие меньшего коэффициента размагничивания выше, а сопротивление водной среды их движению ниже, чем отдельной частицы.

На качество же магнитного концентрата образование магнитных флокул сказывается отрицательно, так как в последние захватываются и немагнитные частицы. Образование флокул затрудняет также отделение свободных магнитных зерен от их сростков с немагнитными минералами.



Список литературы

1.Специализированное издание по вопросам обогащения полезных ископаемых - журнал "Обогащение

2.Эйгелес М.А. Обогащение неметаллических полезных ископаемых, М., 1952.

3.Полькин С.И. Обогащение руд, М., 1953.

Размещено на Allbest.ru

...