Папушин Ю.Л. Конспект лекций. Магнитные и электрические процессы обогащения - файл n1.doc

Папушин Ю.Л. Конспект лекций. Магнитные и электрические процессы обогащения
скачать (2632 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2632kb.08.07.2012 19:22скачать

n1.doc

  1   2   3   4

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ




Ю.Л. Папушин



КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ


по дисциплине

"Магнитные и электрические процессы обогащения"

для студентов специальности 7.050303

("Обогащение полезных ископаемых")

Утверждено на заседании

учебно-издательского совета ДонНТУ
Протокол № 1 от 25.10.2007 г.


Донецк – 2007


УДК 622.7
Конспект лекций по дисциплине "Магнитные и электрические процессы обогащения", (для студентов специальности 7.050303 «Обогащение полезных ископаемых» дневной и заочной форм обучения) /Ю.Л. Папушин. – Донецк: ДонНТУ, 2007. –65 с.
Конспект подготовлен в соответствии с действующей программой дисциплины "Магнитные и электрические процессы обогащения".


Составитель проф. Ю.Л. Папушин
Рецензенты к.т.н. В.Н.Бредихин

1 ВВЕДЕНИЕ

    1. Роль магнитных методов обогащения в промышленности страны


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

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


    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 – 5.2 г/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 (Fe2O3) – слабомагнитный минерал красно-бурого цвета, содержит около 70 % железа. Попутно извлекается с магнетитовыми кварцитами в Кривбассе.

Сидерит (FeCO3) – 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. Сущность магнитного обогащения


Магнитное обогащение основано на использовании различия магнитных свойств разделяемых минералов. 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 (Рис 1.1).

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


    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, для данного курса важно знать некоторые характеристики магнитного поля.

Магнитное поле иногда изображается силовыми линиями, общее число которых, пронизывающих ортогональную плоскость, наз. 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 1 м2 данного сечения. Величина векторная. Единица измерения - Тесла (Тл).

Согласно определению: В=Ф/S (2.1)

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

В вакууме справедлива связь: В=0Н, (2.2)

где -0 = 410 -7 Н/А2 - магнитная проницаемость вакуума.

В иной среде: В=0Н, (2.3)

где - магнитная проницаемость среды (безразмерная величина).

 показывает во сколько раз сила, действующая на движущие заряды в данной среде больше, чем в вакууме.

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

Неоднородность поля характеризуется показателем - градиентом напряженности поля - grad H = dH/dx, где х - линейное перемещение.

В однородном магнитном поле (grad H = 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 характеризует его намагниченность - I, определяется по формуле:

I= Рм /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 - о , 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 среде (В) 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 - о , справедливо выражение: В' = о В0 (2.6)

Разделим на 0 выражение (2.6):

В'/ о= о В0 /0

Получим: Н' = о Н0 , (2.7)

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

I = о Н0. (2.8)

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

В=В0 + В' = 0Н0 +0Н' = 0 0 + 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.).


    1. Магнитные свойства минералов


2.3.1 Классификация минералов по магнитным свойствам
Все вещества по магнитным свойствам классифицируют на три группы:

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 - .

.= - 0 /, (2.10)

где - плотность вещества.

Размерность удельной магнитной восприимчивости - м3/кг.

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

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 рисунке в координатах "индукция" (В) и "напряженность поля" (Н) показана петля гистерезиса. При помещении сильномагнитного тела впервые в поле с напряженностью (Н) его намагничиваемость осуществляется по кривой 1-2 до насыщения тела (напряженность Н2)

При снижении напряженности поля до 0 размагничивание тела осуществляется по кривой 2-Br, а при изменении направления напряженности (-Н) индукция в теле изменяется по кривой 5-4.

Обратный ход – 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 (-Hc), которая называется коэрцитивной силой. По величине данного параметра материалы классификация на магнитомягкие, (Нс = 6-8 кА/м), и 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. Это 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 = 0 Нв (2.13)

здесь 0 - объемная магнитная восприимчивость вещества.

С учетом (2.11 и 2.12) получим:

Нв = Н - NI = Н- N0 Нв. Откуда:

Нв(1 + N0) = Н или
Подставив это выражение в (2.13), получим:

(2.14)

Обозначим: (2.15)

Здесь величина от называется объемной магнитной восприимчивостью тела.

Соответственно, удельная магнитная восприимчивость тела равна

т = от / (2.16)
Величины т и связаны соотношением:

(2.17)

Анализируя выражение (2.17) можно сделать вывод, что для малых значений о < 1 (слабомагнитные минералы) о т о , при больших значениях (сильномагнитные минералы) о т = 1/N , т.е. в этом случае магнитная восприимчивость зависит в основном от формы частиц. Это иллюстрируется графиком, приведенном на рисунке.

Зависимость магнитной восприимчивости магнетита от крупности
Исследования показали, что с уменьшением крупности частиц магнетита (менее 74 мкм) коэрцитивная сила их возрастает, а удельная магнитная восприимчивость - падает (графики).

Снижение 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 восприим-

чивость в 80 - 100 раз больше, чем у других минералов.

Магнитные свойства сростков характеризуются относительной объемной магнитной восприимчивостью - .

= о.ср. / о.м.

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

Магнитные свойства сростков можно оценивать по выражению:

= 10-4 С2 ,

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:
ср= ii, (2.18)

где i - уд. магнитная восприимчивость слабомагнитного i - го минерала;

i - содержание в сростке i - го минерала в дол. единицы (i= 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 частиц, прошедшие через магнитное поле сепаратора, сохраняют намагниченность и при выходе из этого поля. Это приводит к образованию магнитных флокул. 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 (рисунок)

Магнитная сила, действующая на частицу, будет равна:

fмаг = 0 m(H1 - H2), (2.19)

Поле неоднородно, поэтому можно записать:

H2 = H1 - l dH/dx (2.20)

Имеем fмаг = 0 m(H1 - H1 +l dH/dx = 0 ml dH/dx.

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

где I - намагниченность частицы,

V - объем частицы.

Раннее было: I = 0H.
Тогда: fмаг= 0 IV dH/dx = 0 0H V dH/dx (2.21)

Представим удельную силу Fм = fмаг/Q,

где Q = V - масса частицы.

Получим Fм = (0 0H V dH/dx)/V,

учитывая, что 0 / = , имеем:

Fм = 0 H gradH (2.22)

Можно представить выражение (2.22) в другом виде:

dH/dx = cH = gradH, где с - коэффициент неоднородности поля, тогда:

Fм = 0 cH2 (2.23)
2.8 Явление равнопритягиваемости
Магнитное поле в рабочем зазоре сепаратора весьма неоднородно. При подаче в сепаратор руды с широким диапазоном крупности может оказаться, что магнитная сила, действующая на частицы наибольшего и наименьшего диаметра , будет различна. Следовательно, если при сепарации в режиме извлечения создать магнитную силу, достаточную для притяжения самого мелкого зерна, находящегося в самом низу зоны, то с такой же силой, а может еще большей, будут притягиваться и крупные частицы, расположенные ближе к поверхности полюса, хотя и магнитные свойства у них ниже, например сростки. Происходит засорение концентрата.

Это явление, когда частицы разного диаметра и с различной магнитной восприимчивостью притягиваются с одинаковой магнитной силой, наз равнопритягиваемостью.

Отношение диаметров двух минералов с различными магнитными восприимчивостями притягивающихся с одинаковой магнитной силой наз. коэффициентом равнопртягиваемости: Kp = D/d

Условие удельной равнопритягиваемости частиц можно выразить:

1 ( HgradH)1 = 2 (HgradH)2 (2.24)
Меры борьбы с этим явлением применение изодинамического магнитного поля, где HgradH = const или обогащать узкими классами крупности, предварительно классифицируя исходную руду на классы крупности.


3 МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ СЕПАРАТОРОВ
3.1 Способы магнитной сепарации
Разделение минералов в магнитном поле может осуществляться следующими способами (режимами):

Режим отклонения (Рис. 3.1) "в чистом виде" применяется редко, он малоэффективен, малопро-изводителен.

Однако данный режим частично имеет место в других режимах сепарации.

Угол () между конкурирующими силами называется углом раскрытия веера продуктов, до 90о.
Режим удерживания (подача материала сверху), (рис. 3.2) - магнитная фракция удерживается на рабочем органе сепаратора (барабане), немагнитная сбрасывается центробежной силой с его поверхности. Характеризуется большой производительностью, высоким извлечением, но малой селективностью. Причина - из внутреннего слоя материала немагнитные частицы с трудом сбрасываются с поверхности барабана. Угол раскрытия веера продуктов – до 900. Применяется обычно при сухой сепарации сильномагнитных минералов.




Режим извлечения (подача материала снизу,

рис. 3.3.) - магнитная фракция извлекается из материала, проходящего под рабочим органом сепаратора.

Способ включает режимы отклонения и удерживания. Характеризуется высокой селективностью, но меньшей производительностью. Применяется при сухой и мокрой сепарации измельченных руд. Основной режим обогащения магнетитовых руд в водной среде.

Угол раскрытия веера продуктов – до 900, при мокром обогащении – до 1800

    1. Общая характеристика полей сепараторов


Известно, что магнитная восприимчивость сильномагнитных минералов в 150 - 200 раз выше, чем у слабомагнитных. Следовательно, для извлечения слабомагнитных минералов требуется магнитная сила во столько же раз большая. Учитывая, что Fмаг = cH2, следует, что напряженность поля сепараторов для обогащения слабомагнитных руд должна быть в 10 - 15 раз выше напряженности сепараторов, обогащающих сильномагнитные руды. Промышленность выпускает сепараторы со слабым полем (Н = 80 - 120 кА/м) и с сильным полем (Н = 800 - 1600 кА/м).

В сепараторах со слабым полем применяют открытые магнитные системы, с сильным полем - замкнутые (закрытые) магнитные системы. Последние позволяют получать поля с высокой напряженностью.

В сепараторах имеется рабочая зона - это участок магнитного поля, где происходит притяжение магнитных частиц и их удерживание вблизи полюсов магнитной системы.

Рабочая зона характеризуется длиной (L), и высотой (глубиной) (h).

Длина рабочей зоны определяется расстоянием от участка, где начинается притяжение магнитных частиц, до участка, где заканчивается разгрузка немагнитных частиц.

Высота рабочей зоны - это расстояние от поверхности полюсов до участка, где магнитная сила уже не обеспечивает удерживание (или извлечение) магнитных частиц с требуемой магнитной восприимчивостью.

Сепараторы со слабым полем имеют рабочую зону с большей длиной и высотой, могут обогащаться руды крупностью до 150 мм, сепараторы с сильным полем имеют малый объем рабочей зоны, крупность обогащаемого материала ограничивается диаметров 5 - 6 мм.


    1. Открытые магнитные системы (ОМС)




      1. Основное уравнение напряженности поля ОМС

Сепараторы с открытыми магнитными системами - это многополюсные системы. Магнитные полюса могут располагаться по цилиндрической поверхности или в плоскости. В свою очередь, полюса могут чередоваться по периметру рабочего органа (например, барабана) или по оси.




На характеристики магнитного поля многополюсных систем кроме магнитодвижущей силы (Ампер-витки) оказывает влияние:

Сочнев А.Я. представил основное уравнение магнитного поля системой в частных производных. Возьмем одно из них за основу:

, (3.1)

где - угол между осью Х вектором напряженности (Н) по часовой стрелке.

Закрепим начало координат в средней точке одного из полюсов (рис).

Перепишем уравнение (3.1) в виде:

(3.2)

Обозначим (3.3)

Тогда: , откуда , (3.4)

где С1 - постоянная интегрирования.

Составим начальные условия (следуют из рисунка):

Х=0, Н=Н0 - напряженность на поверхности полюса,

y =0, = 0

y =0.5S, = /2
При Х=0, lnН0 -C*0+C1 , следовательно С1 = lnН0 (3.5)

Подставим (3.5) в (3.4):

lnH= -CX+lnH0

Перепишем последнее выражение:

ln(H0) = -CX (3.6)

Пропотенцируем выражение (3.6):

H = H0e-cx (3.7)

Выражение (3.7) -общий вид основного уравнения магнитного поля.

Здесь С - коэффициент неоднородности поля.

Продолжим использовать уравнение Сочнева. Из (3.3) следует:
 = Сy, откуда = Сy + С2, (3.8)

где С2 - постоянная интегрирования.

Определим ее из начальных условий:

При y=0, =0 имеем С2 = 0

Из начальных условий: при y=0.5S, =/2 и выражения (3.8) имеем:

= / 2= С*0.5S +0,

откуда С= / S (3.9) и = y/S (3.10)

Теперь выражение (3.7) имеет вид (с учетом 3.9):

(3.11)

Определим проекции напряженности Н на оси X и Y, с учетом (3.10 и 3.11):

На ось Х: (3.12)

На ось Y: (3.13)

Таким образом, полное основное уравнение напряженности поля имеет вид:


(3.14)




Анализ системы (14) приводит к заключению:

= /2: Нх=0; .

У поверхности полюсов, где Х=0:


(3.15)



Если полюса расположены по цилиндрической поверхности, то коэффициент неоднородности поля представляется выражением (следует из теории размерности):

, (3.16),

где R - радиус барабана
Большое влияние на картину магнитного поля многополюсной системы оказывает влияние отношение ширины полюса к ширине межполюсного зазора (b/a)
Для литых постоянных магнитов (Рис) только при b/a = 1.2 напряженности поля на поверхности барабана напротив середины полюса и середины межполюсного зазора равны между собой. Это ценно для работы сепаратора. Для феррито-бариевых магнитов это отношение составляет 4:1.


По мере удаления от поверхности полюсов эта разность сглаживается. Но по мере удаления от поверхности полюсов сила магнитного поля HgradH резко падает. Расчеты показывают, что магнитная сила на расстоянии X=S/2 падает в 23 раза

по сравнению с Н0, а на расстоянии X=S - в 525 раз.

Поэтому выбор оптимального шага полюсов - важная задача.





      1. Оптимальный шаг полюсов магнитной системы


Оптимальный шаг полюсов определятся крупностью руды (d), высотой слоя руды или пульпы (h) и режимом сепарации - удерживания или извлечения.



При обогащении кусковой руды на барабанном сепараторе в режиме удерживания (схема 1) необходимо иметь магнитную силу, достаточную для удерживания магнитных кусков руды на расстоянии Х=0.5d +, а в режиме извлечения (схема 2)- достаточную для извлечения частиц с глубины, равной X=h+.

Удельная магнитная сила, действующая на расстоянии Х от полюсов, может быть представлена (с учетом выражения 2.7):
Fмаг=оHgradH = оHоe-cxgradH

Раннее было: H=Hoe-cx ; gradH = CН, тогда следует:

(3.17)

Здесь значение "Х" - из схем: X=0.5d+ или X=h+.

Отметим, что оптимальный шаг полюсов (S) должен обеспечивать максимальную магнитную силу и что он входит в значение "С". Значит, следует исследовать выражение (3.17) на максимум в зависимости от "С", т.е. взять производную dF/dC и приравняв ее "0", найти значение "С".

Производную берем как функцию произведения, получим:




Чтобы производная была равна "0", нужно выполнение условия:

1 - 2СХ =0,

Тогда С=1/2Х,

для первого случая следует C = 1/(d+2) (3.18)

lдля второго - С = 1/(2(h + ) (3.19)
При расположении полюсов в плоскости имеем (С = /S):

/S = 1/(d+2), откуда S = ( d+2) (3.20) - в режиме удерживания.

/S =1/(2(h + )), S = 2(h + ) (3.21) - в режиме извлечения

При расположении полюсов по цилиндрической поверхности, когда

C=/S + 1/R, имеем:

(3.22) - в режиме удерживания

(3.23) в режиме извлечения


      1. Влияние шага полюсов на технологические показатели

процесса сепарации
Практика магнитного обогащения магнетитовой руды показала, что при сухой сепарации мелкой руды с верхней подачей с уменьшением шага полюсов растет содержание железа в концентрате и снижается в хвостах.

При мокрой сепарации картина обратная. (Рисунки)

Проанализируем показанную зависимость.

Концентрат. Приведенная зависимость объясняется поведением магнитных прядей в рабочей зоне. При перемещении прядей относительно чередующихся полюсов происходит их перемешивание, (вращение), что способствует очистке концентрата.



При одной и той же длине рабочей зоны сепаратора число полюсов возрастает с уменьшением шага полюсов. Следовательно, растет частота колебаний прядей, что повышает качество концентрата (1-й фактор).

С другой стороны, с уменьшением шага полюсов снижается длина пряди, прочность (жесткость) ее растет, что затрудняет вымывание из прядей немагнитных частиц при мокром обогащении (2-й фактор). Очевидно, при сухой сепарации определяющим является первый фактор, при мокрой - второй.

Хвосты. Уменьшение содержания железа в хвостах со снижением шага полюсов при сухой сепарации - следствие того, что в этом режиме мелкая руда поступает непосредственно на поверхность барабана, где HgradH выше при малом шаге полюсов. При мокрой же сепарации (режим извлечения) материал поступает под барабан, т.е. извлечение должно производится с большей глубины. Здесь большее значение HgradH достигается при увеличении шага полюсов.
Таким образом, оптимальный шаг полюсов определяется режимом сепарации, диаметром обогащаемого материала, отношением ширины полюса к межполюсному зазору, диаметром расположения магнитных полюсов.

Для расчета подобных систем применяют специальные математические методы, например, конформное отображение.

3.3.4 Бегущее магнитное поле открытых магнитных систем.


Бегущее магнитное поле может создаваться двумя способами: обмоткой трехфазного переменного тока и относительным перемещением материала (с барабаном, лентой) и чередующихся полюсов.

В первом случае бегущее поле образуется за счет трех синусоидальных однофазных полей, сдвинутых относительно друг друга на 120о. В этом случае при неподвижном рабочем органе, например, барабане магнитное поле как бы перемещается. Напряженность поля, создаваемого трехфазным током описывается выражением:

Hx = Hoe-cxcost

Hy = Hoe-cxsint,

где - угловая частота переменного тока.
Сепараторы с подобными магнитными системами не получили распространение из-за низкой производительности и низкого cos системы.

Во втором случае синусоидальное магнитное поле образуется при перемещении барабана с материалом относительно неподвижной многополюсной магнитной системы. Полюса при этом чередуются по направлению движения материала.

Из рисунка видно, что при перемещении точки с лентой на расстояние l=2S угол вектора напряженности будет изменяться в этой точке от 0 до 2.

Очевидно, частота этого поля составит:
f = V/2S (3.24)



Учитывая, что в данном случае y = Vt основное уравнение магнитного поля примет вид:


(3.25)




Обе составляющие напряженности имеют характер поступательного волнового движения со скоростью V. Частота колебания поля определяется скоростью вращения барабана и шагом полюсов.

Частота бегущего магнитного поля оказывает значительное влияние на эффективность обогащения, как в воздушной среде, так и в водной.

При сухой магнитной сепарации в режиме удерживания эффективность обогащения связана с частотой магнитного поля эмпирическим выражением:

, (3.26)

где 0 – эффективность сепарации при f = 0;

k - опытный коэффициент.

Влияние частоты поля на качество магнитного концентрата иллюстрируется на рисунке.

Fe


Данные выводы нельзя распространять на все способы сепарации. Методы расчета оптимальной частоты не разработаны. Практика показывает, что при мокром обогащении она должна быть значительно меньшей, чем при сухой сепарации и составляет единицы Герц. Замечено также, что изменение частоты при мокрой сепарации существенно влияет лишь до определенной крупности материала, ниже которой магнитные пряди не переориентируются, а лишь перемаг-


60

40

20


25 50 Частота, Гц
ничиваются. При мокрой сепарации магнитожесткого магнетита (Нс > 10 кА) переориентация прядей может нанести и вред. Если оторвавшиеся от поверхности барабана прядь окажется сориентирована одноименным полюсом к полюсу магнитной системы, она может быть вытолкнута энергией гистерезисного цикла из рабочей зоны сепаратора. Это может происходить, если Нс > 2Н.


    1. Характеристика магнитных полей замкнутых систем


В замкнутых магнитных системах магнитное поле образуется в пространстве между противопоставленными полюсами различной формы (Рисунок).

На рис. показано сочетание полюсов:

а) плоский - гиперболический;

б) – 2 гиперболических полюса;

в) вогнутый – клинообразный (закругленный);

г) плоский – многозубчатый;

д) желобчатый – многозубчатый.
Теоретическое определение напряженности магнитного поля в зазорах, образованных различным сочетанием полюсов затруднено. Наиболее простое выражение для сочетания полюсов плоский – гиперболический получено А. Сочневым. Оно имеет вид:

, (3.27)

где Нх – напряженность на расстоянии "х" от поверхности гиперболического полюса;

Нх - напряженность на расстоянии "х = 0";

L – расстояние между полюсами;

 - половина угла между асимптотами гиперболического полюса.

Из выражения видно, что при Х=L напряженность поля (на поверхности плоского полюса) равна:

НL =H0sin,
откуда следует: (НgradH)x=L = 0. (3.28)

Следовательно, магнитная сила на поверхности плоского полюса в этом случае равно 0.

В случае сочетания полюсов, как показано на рис. б (НgradH)x=L не равно 0.

Сочетание полюсов типа в) обеспечивает изодинамическое поле, где (НgradH) = const и оценивается:

(3.29)
Сочетание с многозубчатым полюсом получили наибольшее распространение в сепараторах с сильным полем для обогащения слабомагнитных руд. При этом форма зубьев может быть различной: треугольная, трапециидальная, закругленная , прямоугольная. Чаще применяют треугольную форму зубьев с закругленным углом (45о) при вершине. Это снижает вероятность магнитного насыщения вершины зуба.


Напряженность поля между полюсами подобного сочетания зависит от расстояния между полюсами, формы и шага зубьев.

Расстояния между полюсами выбирается в зависимости от крупности руды, ее магнитных свойств, толщины слоя материала в рабочей зоне. Это расстояние должно быть таким, чтобы обеспечить условия для разделения поступающего слоя материала на два потока, не мешающих друг другу при движении. Высота рабочего зазора устанавливается опытным путем. При разделении крупнозернистого материала она должна быть не менее (3 – 4)dmax, мелкозернистого (15 – 20)dmax и при тонкозернистом материале (100- 150)dmax, здесь dmax. – максимальный размер зерна питания.

  1   2   3   4


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации