Киселева Е. <<Магнитное обогащение>>

Страницы 3 4 19 21-22

Источник - Тезисы докладов студ. конференции "ФиНаТ - 2004", статья «Магнитное обогащение просыпи тонкоизмельченного магнитита», с.20.

РЕФЕРАТ

Работа содержит: стр. 22, , табл.1

Данная работа посвящена магнитному обогащению просыпи тонкоизмельченного магнетита. Исследована зависимость выхода концентрата от напряженности магнитного поля.

Изложены физические основы магнитного обогащения и описана универсальная установка обогатительного аппарата – магнитный роликовый сепаратор с замкнутой магнитной системой типа 138Т.

В работе также рассмотрены возможности регенерации загрязненного магнетита сухим способом.

МАГНЕТИТ, ОБОГАЩЕНИЕ, СЕПАРАТОР, СУСПЕНЗИЯ, КОНЦЕНТРАТ, МАГНИТНОЕ ПОЛЕ, НАПРЯЖЕННОСТЬ, МАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ

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.

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 (2.1)

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

В вакууме справедлива связь: В = µ₀Н, (2.1)

где - µ₀ = 4π10^-7 Н/А² – магнитная проницаемость вакуума.

В иной среде: В = µµ₀Н, (2.3)

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 (Р_м). 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 = Р_м/V, (2.4)

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), (2.5)

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(2.6)

Разделим на µ₀выражение (2.6):

В'/µ₀= х₀В₀/µ₀

Получим: Н' = х₀Н₀ (2.7)

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

I = х₀Н₀(2.8)

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) (2.9)

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, (2.10)

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-В_r, а при изменении направления напряженности (-Н) индукция в теле изменяется по кривой 4-3-2.

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

(Н_с), которая называется коэрцитивной силой. По величине данного параметра материалы классифицируются на магнитомягкие, (Н_с = 6 - 8 кА/м) магнитожесткие (Н_с > 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 (2.11)

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

Нв=Н-Нр=Н-NI (2.12)

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 (2.13)

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 – λ

λ = х_о.ср/х_о.м

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

Магнитные свойства сростков можно оценивать по выражению:

λ = 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:

Х_ср. = ∑γ_іх_і, (2.11)

где х_і– уд. Магнитная восприимчивость слабомагнитного і – го минерала;

γ_і– содержание в сростке і–го минерала в дол. единицы (∑γ_і= 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:

f_маг = µ₀m(H₁ – H₂), (2.19)

Поле неоднородно, поэтому можно записать:

H₂ = H₁ – l dH/dx (2.20)

Имеем f_маг = 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

Тогда f_маг = µ₀ IV dH/dx = µ₀x₀H V dH/dx (2.21)

Представим удельную силу Fм = f_маг/Q,

где Q = Vб– масса частицы.

Получим

учитывая, что x₀/б = х имеем:

Fм = µ₀x₀H V dH/dx

3. УСТРОЙСТВО И РАБОТА СЕПАРАТОРА

Сепаратор представляет собой конструкцию из системы магнитной 1, ролика 2, привода 3, лоткового питателя 4, бункера 5, разгрузочного устройства 6, катушки 7.

Основным рабочим органом является ролик, вращающийся в зазоре замкнутой магнитной системы 1 и снабженный кольцевыми выступами. Бункер 5 из немагнитного материала, расположенный над лотком и снабженный в нижней части подвижным шибером. Разгрузочное устройство 6 из немагнитного материала обеспечивает раздельную выгрузку магнитной и немагнитной фракций и снабжен разделителем. Основание представляет собой отливку из немагнитного сплава, на которой укреплены основные сборочные единицы сепаратора.

Работа сепаратора осуществляется следующим образом: исходный материал через щель в бункере поступает на питатель, которым доставляется в рабочий зазор под вращающийся ролик.

Магнитная фракция, притянутая к цилиндрическим кольцевым выступам ролика выносится из рабочей зоны за разделитель и разгружается в приемник. Немагнитная фракция свободно осыпается в приемник с края вибрирующего лотка.

Так в процессе сухого магнитного обогащения получают две фракции: магнитные – концентрат и немагнитные – отходы.