ГЛАВА 7. МАГНИТНЫЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МАГНИТНОГО ОБОГАЩЕНИЯ

Магнитное обогащение основано на различном поведении минеральных частиц в магнитном поле в зависимости от их магнитных свойств. Магнитное поле характеризуется напряженностью Н, т. е. силой F, с которой поле действует на единицу положительной магнитной массы m_м, помещенной в данной точке поля, A/м:

H = F / m_м. (7.1)

Вещество, помещенное в магнитное поле, намагничивается. Для характеристики намагниченности вещества используют магнитный момент М, равный механическому моменту вещества, возникающему при помещении его в магнитное поле. Интенсивностью намагничивания I называется магнитный момент, отнесенный к единице объема вещества V:

I = M / V. (7.2)

Отношение интенсивности намагничивания к напряженности магнитного поля называют объемной магнитной восприимчивостью вещества א (безразмерная величина):

א = I / H. (7.3)

Отношение объемной магнитной восприимчивости вещества к его плотности называют удельной магнитной восприимчивостью χ, м³/кг:

χ= א /ρ. (7.4)

Удельная магнитная восприимчивость характеризует способность вещества изменять свой магнитный момент под действием внешнего магнитного поля.

Магнитное поле может быть однородным и неоднородным. В однородном поле напряженность одинакова во всех точках поля, в неоднородных значение напряженности магнитного поля различно в разных его точках. Неоднородное поле характеризуется градиентом напряженности (gradH), показывающим изменение напряженности поля ΔH при изменении расстояния на величину Δх, А/м²:

gradH = ΔH / Δх. (7.5)

Разделение минералов возможно только в неоднородном магнитном поле, при этом на частицу массой m в магнитном поле действует магнитная сила F_м, определяемая по выражению, Н:

F_м = μ_о·χ·H·gradH·m, (7.6)

где μ_о – магнитная постоянная (1,256·10^–6 Гн/м).

Все вещества по своим магнитным свойствам подразделяются на парамагнитные, которые при помещении в магнитное поле втягиваются в его участки с большей напряженностью (особенно это характерно для ферромагнитных металлов – железа, никеля, кобальта), и диамагнитные, которые при попадании в магнитное поле выталкиваются в его участки с меньшей напряженностью (медь, алюминий, серебро, висмут, сурьма).

В обогащении принята классификация минералов по величине их удельной магнитной восприимчивости:

– сильномагнитные (или ферромагнитные) минералы с удельной магнитной восприимчивостью более 4·10^–5 м³/кг. К ним относятся магнетит, титаномагнетит, маггемит (γFe₂О₃), пирротин, франклинит. Для извлечения данных минералов используют магнитные поля слабой напряженности (до 120 кА/м);

– слабомагнитные минералы с удельной магнитной восприимчивостью 1,26·10^–7< χ <4·10^–5 м³/кг (оксиды, гидроксиды и карбонаты железа, марганца, хрома, ильменит, гранат, биотит и др.). Для их извлечения используют магнитные поля с высокой напряженностью (более 800 кА/м).

– немагнитные минералы с удельной магнитной восприимчивостью менее 1,26·10^–7 м³/кг (кварц, кальцит, полевой шпат, касситерит, апатит и др.).

В процессе магнитного обогащения помимо магнитных сил на минеральные частицы действуют силы тяжести, центробежные, силы Архимеда при мокрой сепарации, сопротивления. Все эти силы определяют направление движения частиц в рабочей зоне магнитных сепараторов. Для эффективного обогащения полезного ископаемого магнитным методом необходимо, чтобы значения удельной магнитной восприимчивости разделяемых минералов различались не менее чем в 3-5 раз. При сухой магнитной сепарации крупность обогащаемого материала может достигать 100-150 мм, при мокрой сепарации требуется измельчение руды до крупности, как правило, менее 6 мм.

Магнитные методы широко применяются для обогащения руд черных металлов, при доводке концентратов редких и цветных металлов, для регенерации магнитных утяжелителей при обогащении в тяжелых суспензиях, удаления магнитных примесей из фосфоритовых руд, кварцевых песков и др. материалов.

МАГНИТНЫЕ СЕПАРАТОРЫ

В настоящее время на обогатительных фабриках применяют магнитные сепараторы различных типов и конструкций. Существующая классификация магнитных сепараторов отражает особенности их устройства, принцип действия и условия эксплуатации.

По типу магнитной системы различают сепараторы с постоянными магнитами (обозначаются буквой П) и электромагнитные (Э). Постоянные магниты изготавливаются из анизотропного феррита бария или из Fe-Ni-Co-Al сплава (ЮНДК-24). Постоянные магниты создают «слабое» поле, которое используется для выделения сильномагнитных минералов. В последнее время появились сепараторы с магнитной системой на постоянных магнитах с повышенной магнитной индукцией, изготовленных из самарий-кобальтовых и неодим-железо-боровых сплавов.

В электромагнитных сепараторах поле создается с помощью электромагнитов, на обмотки которых подается напряжение от выпрямителя. В электромагнитных сепараторах создается «сильное» поле, предназначенное для выделения слабомагнитных минералов.

В зависимости от типа среды, в которой происходит разделение, сепараторы обозначают буквой С (для сухого обогащения) или М (для мокрого обогащения).

По конструкции рабочего органа сепараторы подразделяют на барабанные (Б), валковые (В), дисковые (Д), роликовые (Р) и др.

При мокром магнитном обогащении в зависимости от направления движения исходного питания и рабочего органа сепаратора различают сепараторы прямоточные (без индекса), противоточные (П), полупротивоточные (ПП). Иногда в сепараторах предусматривается циркуляция (Ц) магнитного продукта.

Обозначение сепараторов состоит из комбинаций приведенных выше букв и цифр, характеризующих число рабочих органов, диаметр и длину барабана и пр. Кратко рассмотрим устройство и принцип действия некоторых типов магнитных сепараторов.

Магнитный барабанный сепаратор для сухого обогащения сильномагнитных руд с постоянными магнитами с диаметром барабана 900 мм и длиной барабана 2000 мм (ПБС-90/200) изображен на рис. 7.1. Рабочим органом данного сепаратора является вращающийся полый барабан из немагнитного материала (нержавеющая сталь). Внутри барабана установлена магнитная система, выполненная из постоянных магнитов. Положение магнитной системы в процессе настройки сепаратора может регулироваться, но в процессе работы система неподвижна. Обогащаемый материал вибропитателем равномерно подается на барабан по всей его длине. Немагнитные частицы не взаимодействуют с магнитной системой и поступают в бункер немагнитного продукта, магнитные – притягиваются магнитной системой к барабану и перемещаются вместе с ним до тех пор, пока не выйдут из зоны действия магнитной системы, где они отрываются от барабана и поступают в приемник магнитной фракции. Напряженность магнитного поля на поверхности барабана – 100-120 кА/м, частота вращения барабана – 40-60 мин^-1, производительность при крупности исходного питания –40+0 мм составляет 60-100 т/ч на 1 м длины барабана.

Подобные сепараторы могут изготавливаться с электромагнитной системой (ЭБС). Магнитная система барабанных сепараторов – открытого типа. Она может выполняться как без чередования, так и с чередованием полюсов по окружности барабана, последнее способствует «магнитному перемешиванию» материала на барабане и «вытряхиванию» немагнитных частиц, механически удерживаемых магнитными частицами на поверхности барабана.

Для мокрого обогащения сильномагнитных руд применяются барабанные сепараторы с постоянными магнитами и электромагнитами с прямоточной, противоточной и полупротивоточной ваннами (рис. 7.2). В сепараторе с прямоточной ванной, (например, ПБМ-90/250, рис. 7.2, а) направление подачи исходной пульпы в ванну сепаратора совпадает с направлением вращения барабана в точке подачи. Магнитные частицы, притягиваемые магнитной системой к барабану, перемещаются к разгрузочному концу ванны и после отрыва от барабана смываются водой в концентратный желоб. Немагнитный продукт разгружается через продольные щели в днище ванны. Сепараторы с прямоточной ванной применяют для обогащения крупнозернистого продукта в первых стадиях технологической схемы, когда необходимо получить высокое извлечение магнитных минералов в концентрат.

Рис. 7.2. Барабанные магнитные сепараторы для мокрого обогащения руд

Сепараторы с противоточной ванной (рис. 7.2, б) применяют для материала крупностью менее 3 мм с высоким содержанием магнитной фракции в исходном питании. В сепараторах противоточного типа направление подачи исходной пульпы и направление вращения барабана противоположны, немагнитный продукт разгружается через сливной порог в конце ванны. Обозначение, например: ПБМ-П- -120/300.

В сепараторах с полупротивоточной ванной (рис. 7.2, в) исходная пульпа подается в ванну сепаратора снизу. Применяются сепараторы такого типа для материала крупностью менее 0,2 мм с высоким содержанием магнитной фракции. Обозначение, например ПБМ-ПП- -120/300.

Напряженность магнитного поля на поверхности барабана сепараторов для мокрого обогащения – 80-95 кА/м, частота вращения барабана – 20-26 мин^-1, производительность сепараторов – 10-50 т/ч на 1 м длины барабана в зависимости от крупности исходного питания. В сепараторах данного типа может быть несколько барабанов, на которых осуществляется перечистка магнитных продуктов и контрольная сепарация хвостов. Сепараторы для мокрого обогащения широко применяются для обогащения железных руд.

Для извлечения слабомагнитных минералов применяются электромагнитные сепараторы с сильным полем. На рис. 7.3 изображен четырехвалковый электромагнитный сепаратор для сухого обогащения 4ЭВС-36/100. В данном сепараторе с двух сторон установлено по два валка – верхний и нижний. Магнитное поле сепаратора создается за счет подачи постоянного тока на катушки магнитопровода. Магнитная система сепараторов данного типа замкнутая – магнитный поток замыкается через магнитопровод, в разрыве которого вращается гладкий или рифленый валок из магнитомягкого (быстро теряющего намагниченность при выходе за зону действия магнитного потока) материала. Материал подается под валок, магнитные частицы притягиваются к нему и выносятся в зону разгрузки магнитного продукта. Разгрузка магнитного продукта осуществляется с той части валка, которая, выходя за зону действия магнитного потока, теряет свою намагниченность. Немагнитный продукт верхнего валка поступает под нижний валок, где также извлекаются магнитные минералы. Напряженность магнитного поля в рабочем зазоре – до 1400 кА/м, крупность обогащаемого материала – менее 2 мм, частота вращения валков – 85-170 мин^-1, производительность – до 8 т/ч. Сепараторы с сильным полем выпускаются и для мокрого обогащения, например 4ЭВМ-38/250 – четырехвалковый электромагнитный сепаратор для мокрого обогащения с диаметром валка 380 мм и длиной 2500 мм.

Для извлечения магнитных минералов с очень низкой удельной магнитной восприимчивостью используют высокоградиентные (полиградиентные) сепараторы, в которых для создания более высокой напряженности и градиента напряженности магнитного поля используют ферромагнитные тела, сетки, стержни и пр. На рис. 7.4 изображен высокоградиентный барабанный электромагнитный сепаратор 242-СЭ.

В данном сепараторе на поверхности барабана установлены кассеты с железными шарами. При попадании в зону действия магнит ной системы шары намагничиваются, и в точках их контактов между собой напряженность магнитного поля достигает очень высоких значений. Исходный материал крупностью менее 0,3-0,4 мм в виде пульпы подается сверху с той стороны, где установлена магнитная система. Магнитные частицы закрепляются в участках с повышенной напряженностью магнитного поля, немагнитные частицы с помощью дополнительно подаваемой промывной воды разгружаются вниз. При выходе ферромагнитных тел из зоны действия магнитной системы они размагничиваются, закрепившиеся на них магнитные частицы смываются в приемник для магнитной фракции. Высокоградиентная магнитная сепарация может использоваться при обогащении тонковкрапленных вольфрамитовых, ильменитовых, марганцевых, окисленных железных руд, для удаления слабомагнитных примесей из кварцевых концентратов и пр.