4.1.5 Динамика и режимы процесса магнитной сепарации

Сепарация в магнитном поле основана, главным образом, на различии в магнитных свойствах разделяемых минералов. Однако минералы при перемещении в магнитном поле сепаратора подвергаются воздействию не только магнитных, но и механических сил.

Кроме магнитных сил, на частицы действуют сила тяжести и силы выталкивания и сопротивления среды, в которую помещаются зерна (ее плотность, вязкость, смачиваемость, степень турбулизации потока и др.). Результат взаимодействия указанных сил предопределяет различный характер движения частиц, что позволяет произвести их разделение.

Возникающие силы подразделяются на активные, пассивные и диссипативные. Для сильномагнитных зерен активной является магнитная сила, а пассивной - сила тяжести и силы выталкивания и сопротивления среды; для немагнитных зерен активной силой является сила тяжести, другие силы являются пассивными. Диссипативные силы, связанные с потерями энергии, уменьшают активные и пассивные силы. Минеральные зерна, у которых магнитная сила Fм больше суммы механических отрывных сил Fмех, при прохождении через магнитное поле будут притягиваться к полюсам магнитной системы и попадут в магнитный продукт. Немагнитные зерна или зерна с низкой магнитной восприимчивостью без взаимодействия с магнитным полем пройдут через него и попадут в немагнитный продукт.

Для того чтобы разделить смесь минералов, различающихся по магнитным свойствам, должны одновременно соблюдаться следующие условия:

1. ) магнитная сила, действующая на сильно магнитные минералы, должна быть равна или больше равнодействующей всех механических сил, действующих на эти минералы в направлении, противоположном магнитной силе;
2. ) магнитная сила, действующая на слабо магнитные минералы, должна быть меньше равнодействующей всех механических сил, действующих на эти минералы. Эти условия запишем следующим образом:

F'мех<F'магн>F"магн<F"мех,

где F'магн - магнитная сила, возникающая в сильно магнитных минералах, извлекаемых в магнитную фракцию;
F"магн - то же, возникающая в менее магнитных минералах;
F'мех, F"мех - равнодействующая механических сил, действующих на минералы, выделяющиеся в магнитную и немагнитную фракции.

Разделение руды в магнитном поле под влиянием магнитных и механических сил осуществляется в режиме извлечения магнитных минералов (нижнее питание) или в режиме их удерживания (верхнее питание). Средой, в которой осуществляется разделение минералов, может быть воздух или вода. В соответствии с этим процесс называется мокрой или сухой магнитной сепарацией.

а - нижняя подача питания (режим извлечения);
б - верхняя подача питания (режим удерживания)
Рисунок 4.4 - Схема сил, действующих на частицы минерала в рабочей зоне сепаратора

Режим извлечения. В этом случае руда подается под ленту, барабан или валок и перемещается по рабочей зоне сепаратора по прямолинейной или криволинейной траектории. Рассмотрим динамику процесса сухой магнитной сепарации при криволинейном перемещении руды через рабочую зону сепараторов (рисунок 4.4, а). На магнитную частицу действуют следующие силы (отнесенные к зерну массой, равной единице): 1) магнитная сила, нормальная к поверхности барабана,

• 
• (4.1)

где μo - магнитная постоянная; χ - удельная магнитная восприимчивость; 2) сила тяжести

разложенная на составляющие: нормальную к наклонной поверхности

и касательную к этой поверхности

3) сила трения руды о плоскость fтр (магнитные частицы под воздействием Fмагн отрываются от наклонной плоскости, поэтому для них fтр=0); 4) сила инерции Fц, возникающая за счет кривизны питающего лотка. Влияние последней силы на процесс разделения незначительно и ею можно пренебречь. Обозначим: t1 - время, за которое частица пройдет длину зоны притяжения L; t2 - время, за которое частица поднимется на высоту зоны притяжения h. Если частица поступает в рабочую зону с начальной скоростью V0, путь L, который за время t1 пройдет частица, равен

• 
• (4.2)

Одновременно магнитная частица должна переместиться в направлении к полюсу на расстояние

• 
• (4.3)

где - дополнительная магнитная сила, которую нужно создать, чтобы магнитная частица была притянута к ленте или барабану в зоне действия магнитной системы.

Для того чтобы магнитные частицы отделились от немагнитных, должно соблюдаться условие t1≥t2. Принимая t1=t2=t и решая систему равенств (4.2) и (4.3) относительно F1, находим:

• 
• (4.4)

Подставив в равенство (4.4) вместо F₁ его значение, получим:

• 
• (4.5)

Правая часть равенства (4.5) представляет собой сумму основных механических сил (отнесенных к зерну с массой, равной единице) - радиальной составляющей силы тяжести и силы инерции движущегося зерна.

Режим удерживания. В этом случае руда подается в верхнюю часть барабана и перемещение ее через рабочую зону сепаратора происходит по криволинейной траектории (рисунок 4.4,6). На магнитное зерно при разделении в воздушной среде действуют следующие силы (отнесенные к зерну массой, равной единице):

1. ) магнитная сила, нормальная к поверхности барабана, определяется по формуле (4.1);
2. ) сила тяжести , имеющая две составляющие: нормальную к поверхности барабана и касательную к этой поверхности ,
3. ) центробежная сила, нормальная к поверхности барабана,

Необходимая удельная магнитная сила для удерживания магнитных минералов, содержание которых в руде α_м=0,3 ± 0,9,

Таким образом, основными механическими силами, определяющими удельную магнитную силу при сепарации в режиме удерживания, являются центробежная сила и сила тяжести зерна, причем при значениях угла α от 0 до 90° последняя уменьшает необходимую магнитную силу.

В зависимости от направления перемещения продуктов относительно друг друга различают следующие режимы сепарации (рисунок 4.5):

прямоточный - продукты сепарации движутся в том же направлении, что и исходная руда; противоточный - магнитная фракция движется в направлении, противоположном направлению движения исходной руды;

полупротивоточный - исходная руда, направляемая на магнит, разделяется на магнитную и немагнитную фракции, отклоняющиеся под прямыми углами в разные стороны.

а - прямоточный; б - противоточный; в - полупротивоточный
Рисунок 4.5 - Режимы магнитной сепарации

Условия разделения при прямоточном режиме не обеспечивают полного извлечения магнитных зерен, поскольку слабомагнитные зерна, притягиваемые магнитом с меньшей скоростью, должны притягиваться к уже образовавшемуся на нем слою сильно магнитных зерен и в связи с этим возрастает вероятность их отрыва и попадания в немагнитный продукт.

Противоточный режим обеспечивает более благоприятные условия для извлечения магнитных зерен, так как слабо магнитные зерна могут притягиваться к поверхности магнита, свободной от сильно магнитных зерен.

При полупротивоточном режиме направление движения исходного питания совпадает с направлением магнитных сил, действующих на магнитные частицы, вследствие этого облегчается их извлечение.

предыдущий раздел | содержание| следующий раздел

Поиск в журналах РАЕ:

Авторы Публикации