Магнитные способы обогащения руд

ОГЛАВЛЕНИЕ

I. ВВЕДЕНИЕ 3

II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА 5

III. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА  МИНЕРАЛОВ. 7

IV. МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ СЕПАРАТОРОВ. 10

V. ПОДГОТОВКА РУДЫ ПЕРЕД МАГНИТНЫМ ОБОГАЩЕНИЕМ. 14

VI. ПРАКТИКА МАГНИТНОГО ОБОГАЩЕНИЯ 17

VII. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 22

VIII. БИБЛИОГРАФИЯ 23

 

I. ВВЕДЕНИЕ

Процессы магнитного обогащения, основанные на различии магнитных свойств  разделяемых компонентов, находят  широкое применение для обогащения руд черных, редких и цветных металлов, регенерации сильномагнитных утяжелителей, удаления железистых примесей из кварцевых  песков, абразивов, керамического сырья, флюсов, ванадийсодержащих шлаков и  других материалов, а также пищевых  продуктов. Основными объектами магнитного обогащения являются магнетитовые, титаномагнетитовые, магнетито-гематитовые, окисленные железные, сидеритовые, хромитовые, а также марганцевые руды.

В настоящее время разделение материалов по магнитным свойствам  осуществляется главным образом  в постоянном магнитном поле. Наряду с магнитными свойствами разделяемых  частиц на показатели обогащения оказывают  влияние их плотность, крупность  и форма, а также конструктивные особенности магнитного сепаратора. На разделение в магнитном поле существенно  влияет магнитная флокуляция сильномагнитных частиц.

Первые попытки применения постоянных магнитов для обогащения магнетитовых руд относятся к  концу XVII в. В 1700 г. при обработке  касситерита, загрязненного железом, которое не отделялось при промывке руды, применяли ручные магниты. Несколько  позже магнитная сепарация производилась  в водной среде на аппарате, сконструированном  наподобие шлюза со специальным  покрытием. В 1792 г. в Англии был взят патент на сепарацию железной руды при помощи магнита. В 1854 г. был предложен  магнитный сепаратор с полюсами перемежающейся полярности по пути движения материала. До конца XIX в. метод магнитного обогащения внедрялся медленно в связи с отсутствием удачной конструкции сепаратора. Толчок вперед был сделан применением для создания магнитного поля электромагнитов, впервые предложенных для этой цели в Сардинии в 1855 г.

В 1890 г. в Америке был  создан барабанный электромагнитный сепаратор  с полюсами перемежающейся полярности. Немного позже была предложена конструкция ленточного сепаратора для сухой сепарации мелкого сильномагнитного материала. В 1906 г. начал внедряться в промышленность барабанный сепаратор для мокрой сепарации сильномагнитных руд, переконструированный позднее фирмой «Аллианс». В 1916 г. был предложил «магнитный логуошер» для мокрой магнитной сепарации тонкоизмельченного сильномагнитного материала. В 1920 г. изобретен ленточный сепаратор для мокрой сепарации частично окисленных сильномагнитных руд. До 1920 г. для выделения хвостов из крупной магнетитовой руды применялись барабанные сепараторы. С 1920 г. при сепарации крупнокусковой руды стали использовать шкивные сепараторы фирмы «Дингс». В 1934 г. был предложен ленточный сепаратор с нижней подачей материала для мокрой сепарации сильномагнитных руд, получивший в дальнейшем широкое распространение.

Электромагнитная сепарация  в применении к слабомагнитным рудам  начала развиваться несколько позже. В 90-х годах XIX в. было предложено использовать для создания мощных магнитных полей  сочетание плоского и противопоставленного ему заостренного полюса. Это сочетание  полюсов применяется до настоящего времени во многих конструкциях сепараторов  для слабомагнитных руд.

В начале XX в. (1905-1906 годы) появилась конструкция кольцевого сепаратора, пригодного для сухой и мокрой сепарации. В 20-х годах начал внедряться в практику индукционно-роликовый сепаратор для слабомагнитных руд. У нас в стране производство электромагнитных сепараторов началось примерно в 1932-1933 годах. Первые сепараторы барабанного типа изготовлялись по чертежам, разработанным в институте «Механобр».

 

II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА

Магнитным полем называется пространство, в котором обнаруживается силовое  воздействие на движущиеся электрические  заряды. Основной характеристикой магнитного поля в данной точке пространства является вектор магнитной индукции, значение которого определяется по формуле  Ампера:

где dF – сила, действующая на элемент dl электрического тока I, Н; I – электрический ток, А ; dl – длина элемента тока, м; В – магнитная индукция, Тл.

Единицей магнитной индукции является тесла; 1 Тл – индукция такого поля, в котором на каждый метр расположенного перпендикулярно к полю проводника с электрическим током 1 А действует сила 1 Н.

Линия, касательная к которой  в каждой ее точке имеет направление  вектора   в этой точке, называется линией магнитной индукции, или силовой  линией магнитного поля. Иногда индукцию поля определяют числом силовых линий, проходящих через единицу перпендикулярной к ним площади. На участках, где  поле сильнее, силовые линии сгущаются.

Интеграл вектора магнитной индукции   по некоторой поверхности S называется магнитным потоком Ф:

 Опытным путем установлено, что полный магнитный поток, пронизывающий любую замкнутую поверхность S, всегда равен нулю.

 Это выражение математически формулирует принцип непрерывности магнитного потока. Физический же смысл этого принципа заключается в том, что линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца – они непрерывны. Это положение широко используется при расчете магнитных полей.       Напряженностью магнитного поля называется векторная величина , где m₀ = 4π∙10^-7 – магнитная постоянная, H.  Магнитное поле называется однородным, когда во всех его точках напряженность Н одинакова по значению и направлению.

Магнитное обогащение происходит только в неоднородных полях, которые  создаются соответствующей формой и расположением полюсов магнитной  системы сепаратора.

Неоднородность магнитного поля в данной его точке характеризуется  градиентом его напряженности gradН, т.е. вектором, представляющим собой производную абсолютной величины напряженности в этой точке по направлению ее наибольшего увеличения. 

Для характеристики магнитных  полей сепараторов введено понятие  – условная магнитная сила m₀НgradН, соответствующая удельной магнитной силе f_м, действующей на частицу с удельной магнитной восприимчивостью C_т = 1 м³/кг.

Основные величины, используемые при магнитном обогащении

 

Таблица 1

Наименование	Обозначение	Единица		Размерность
		Наименование	Обозначение
Сила тока	I	Ампер	A	I
Магнитный момент электрического тока	Pm	Ампер×на квадратный метр	A/м2	L2I
Магнитная индукция	B	Тесла	Тл	MT–2I–1
Магнитный поток	Ф	Вебер	Вб	L2MT–2I–1
Напряженность магнитного поля	H	Ампер на метр	А/м	L-1I
Абсолютная магнитная  проницаемость	mабс	Генри на метр	Гн/м	L2MT–2I–2
Относительная магнитная  проницаемость	m		–	1
Магнитная постоянная	m0	Генри на метр	Гн/м	L2MT–2I–2
Магнитодвижущая сила	M	Ампер	А	I
Намагниченность	J	Ампер на метр	А/м	L–1I
Магнитная восприимчивость	c		–	1
Удельная магнитная восприимчивость	C	Кубический метр на кг	м3/кг	L3M–1
Размагничивающий фактор	N		–	1
Условная магнитная сила	m0HgradH	Килограмм на квадратный метр на секунду в квадрате	кг/(м2×с2)	L–2MT–2

III. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ.

В практике магнитного обогащения применяют следующую классификацию  минералов по их магнитным свойствам: сильномагнитные, слабомагнитные и  немагнитные.

Сильномагнитные минералы извлекают на магнитных сепараторах с относительно слабым магнитным полем с напряженностью до 120 кА/м. Эти минералы имеют удельную магнитную восприимчивость вещества C > 4×10^-5 м³/кг. К ним относятся магнетит (искусственный и естественный), маггемит, титаномагнетит, франклинит и пирротин. Встречаются, однако, и слабомагнитные разновидности пирротина.

Слабомагнитные  минералы извлекают на магнитных сепараторах с сильным полем напряженностью 800-1500 кА/м и выше. Эта группа включает минералы с удельной магнитной восприимчивостью C = (750¸10)10^-8 м³/кг. К ним относятся оксиды, гидроксиды и карбонаты железа и марганца, ильменит, вольфрамит, гранат, биотит и др. Нижний предел удельной магнитной восприимчивости минералов, извлекаемых на сепараторах с сильным полем, имеет тенденцию к понижению по мере совершенствования конструкций магнитных сепараторов.

Немагнитные минералы не извлекают при магнитном обогащении. Их удельная магнитная восприимчивость C < 10^-7 м³/кг. К таким минералам относятся кварц, кальцит, касситерит, апатит и др.

Для определения магнитных  свойств минералов применяют  баллистический, магнитометрический и  пондеромоторный методы. Первые два метода используют для сильномагнитных минералов, третий – для сильномагнитных, слабомагнитных и немагнитных.

Влияние магнитных свойств минералов  на процесс магнитного обогащения. Магнитная восприимчивость подлежащих извлечению в магнитный продукт частиц руды является основным фактором, определяющим выбор типа сепаратора. Для извлечения сильномагнитных минералов выбирают сепараторы со слабым полем, для слабомагнитных минералов – сепараторы с сильным полем.

Поведение смеси намагниченных  частиц в магнитном поле и в его отсутствие изучено еще не в полной мере. Однако известно, что при магнитном обогащении сильномагнитных руд и материалов, кроме магнитной восприимчивости частиц, важную роль играют их коэрцитивная сила, остаточная индукция, размагничивающий фактор. От этих параметров зависят образование флокул в поле сепаратора или намагничивающего аппарата и частичное сохранение флокул после их удаления из поля.

В результате магнитной флокуляции ускоряется осаждение частиц при обесшламливании руды перед магнитным обогащением.

Магнитная флокуляция отрицательно влияет на классификацию пульпы в цикле измельчения магнетитовых руд, особенно в механических классификаторах, поэтому в циклах измельчения сильномагнитных продуктов, прошедших ранее через магнитное поле сепаратора или намагничивающего аппарата, обычно устанавливают размагничивающие аппараты для дефлокуляции пульпы.

Размагничивание тонких магнетитовых концентратов перед их фильтрованием  способствует снижению влажности осадка и повышает производительность фильтров.

Образование флокул из магнитных частиц при их прохождении через рабочую зону сепаратора способствует получению более бедных по содержанию железа 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 качестве же магнитного концентрата образование магнитных флокул сказывается отрицательно, так как в последние захватываются и немагнитные частицы. Образование флокул затрудняет отделение сростков от чистых рудных частиц.

Для успешного магнитного разделения двух минералов, имеющих  одинаковую магнитную восприимчивость, но различные точки Кюри, сепарацию  ведут при промежуточной температуре, соответствующей значительному  снижению магнитных свойств у  одного из них при сохранении их практически неизменными у другого. Этот процесс получил название термомагнитной сепарации.

Селективность магнитного обогащения. Отношение удельных магнитных восприимчивостей C''/C' разделенных частиц называется селективностью магнитного обогащения. При этом C' и C'' – удельная магнитная восприимчивость соответственно более магнитных и менее магнитных частиц.

Магнитные поля сепараторов  весьма неоднородны не только по напряженности Н, но и по значениям магнитной силы m₀НgradН. Размер частиц в этом случае влияет на значение средней магнитной силы, действующей на частицу, поэтому частицы разных размеров, обладающие различной магнитной восприимчивостью, могут испытывать действие одинаковых магнитных сил. Введено понятие коэффициента удельной (отнесенной к единице массы) равнопритягиваемости частиц руды при магнитном обогащении.

Соотношение размеров d'/d'' равнопритягиваемых частиц зависит от многих факторов. Наиболее важные из них: пределы изменения значений удельной магнитной восприимчивости магнитных частиц; степень неоднородности поля по m₀НgradН; сопротивление среды движению магнитных частиц; способ подачи руды в сепаратор (верхнее или нижнее питание). Это соотношение различно для разных руд и зависит от типа магнитного сепаратора.

При широком диапазоне  крупности обогащаемой руды для  повышения селективности обогащения применяют предварительное грохочение.

В изодинамическом поле, в котором величина m₀НgradН постоянна, предварительная классификация материала перед обогащением не обязательна, так как на частицы руды любой крупности в любом участке поля действует одна и та же удельная магнитная сила m₀НgradН.