Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Создание высокоградиентных сепараторов на постоянных магнитах для извлечения измельченных слабомагнитных минералов

ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Создание высокоградиентных сепараторов на постоянных магнитах для извлечения измельченных слабомагнитных минералов"

005018216 На правах рукописи

ТАГУНОВ ПЕТР ЕВГЕНЬЕВИЧ

Создание высокоградиентных сепараторов на постоянных магнитах для извлечения измельченных слабомагнитных минералов

Специальность 25.00.13. -"Обогащение полезных ископаемых"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 9 ДПР 2012

Москва 2012

005018216

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет» и Обществе с ограниченной ответственностью «МАГНЕТИТ»

Научный руководитель

КАРМАЗИН Виктор Витальевич

доктор технических наук, профессор, кафедра ОПИ ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет»

Официальные оппоненты:

СТАРЧИК Леопольд Петрович

доктор технических наук, профессор, НИЦ "Курчатовский институт" СИНЕЛЬНИКОВА Наталья Григорьевна

кандидат технических наук, доцент, "Электростальский политехническоий институт" (филиал МИСИС)

Ведущая организация

ОАО Михайловский ГОК, Курская область, г. Железногорск

Защита диссертации состоится 24 апреля 2012 г. в_час, мин, на

заседании диссертационного совета Д 212.128.08 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, д.6

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета (МГГУ)

Автореферат разослан 23 марта 2012г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Данная диссертационная работа посвящена разработке энергоэффективных магнитных сепараторов на постоянных магнитах, предназначенных для обогащения слабомагнитных руд и очистки минерального сырья от слабомагнитных примесей.

Актуальность разработки таких сепараторов связана, в частности, с проблемой обогащения слабомагнитных окисленных железных руд, от решения которой зависит развитие крупнейших предприятий горно-металлургической отрасли. В России добыча слабомагнитных руд составляет объемы во многие десятки миллионов тонн ежегодно, что требует незамедлительного решения проблемы их обогащения. Существующие технологические решения обогащения окисленных железистых кварцитов предполагают применение магнитной, флотационной и комбинированной схем обогащения. Применение для магнитного обогащения окисленных руд тяжелых роторных электромагнитных сепараторов типа ДР-317, имеющих наиболее приемлемые технические характеристики, как показали их промышленные испытания на Михайловском ГОКе, сопряжено с большими энергозатратами и проблемами при их эксплуатации. Использование флотационных технологий связано с серьёзными негативными экологическими последствиями.

Несовершенство существующих технологий магнитного обогащения магнетитового железорудного сырья, которые не ориентированы на извлечение слабомагнитной фракции, приводит к значительным потерям железа, которое неминуемо теряется в процессе переработки и в больших объемах содержится в отвалах в виде слабомагнитных окислов. Запасы такого сырья в РФ и Украине оцениваются во многие сотни миллионов тонн. Попутно добытые окисленные железистые кварциты складируются из-за отсутствия эффективных технологий обогащения (складированный запас составляет уже более 200 млн. тонн). Общий запас бедных железных руд Михайловского месторождения, в частности окисленных железистых кварцитов (содержание железа около 40%),

оценивается в 2 800 млн.тонн. Большие запасы слабомагнитных железных руд скопились также на Оленегорском ГОКе,: на горно-обогатительных предприятиях Евразруды и некоторых других.

В настоящее время активно прорабатываются технические решения для извлечения железорудного концентрата из данного вида сырья. Появление нового энергоэффективного оборудования для магнитного обогащения слабомагнитных руд, достаточно экономичного и экологически безопасного, может положить начало внедрению новых технологий, которые сделают извлечение железа из такого сырья экономически целесообразным. В этой области может оказаться наиболее эффективным и востребованным применение шарикового барабанного высоко-градиентного магнитного сепаратора, которому посвящена существенная часть данной работы.

Решению задачи магнитной сепарации слабомагнитных руд с содержанием полезного компонента, представленного в виде слабомагнитных включений низкой концентрации, и очистки минерального сырья от вредных слабомагнитных примесей посвящена часть диссертационной работы, связанная с разработкой магнитных систем для безленточных роликовых и лотковых сепараторов, использующих разработанные в диссертации магнитные системы со щелевым зазором. Такие сепараторы могут быть использованы для обогащения ильменитовых, волластонитовых, гранатовых и других слабомагнитных руд и материалов, а также для глубокой очистки от слабомагнитных включений (оксидов железа) кварцевых песков, пегматита, циркона, полевого шпата, электрокорунда и других материалов. Ежегодный объем добычи и производства только кварцевого песка в РФ составляет около 4 млн. тонн, из них около 1 млн. тонн приходится на обогащенные пески. Потенциальными потребителями таких сепараторов являются горнообогатительные комбинаты, занимающиеся добычей и переработкой упомянутых руд и материалов, стекольные заводы.

Целью работы является повышение технико-экономической эффективности и технологических возможностей обогащения слабомагнитных

руд и очистки минерального сырья от слабомагнитных примесей путём разработки и внедрения в промышленность новых процессов и аппаратов для высокоградиентной сепарации окисленных железных руд и другого слабомагнитного минерального сырья.

Идея работы. На основе современных достижений науки и техники, в частности, использования высокоэнергетичных магнитных материалов и новейших программных средств численного моделирования магнитных полей, разработать и создать новые конструкции магнитных систем для высокоградиентных сепараторов, позволяющих реализовать новые способы концентрации и перераспределения магнитного потока в рабочей области промышленных магнитных систем на постоянных магнитах с целью существенного увеличения магнитных сил, действующих на слабомагнитные частицы в области извлечения, удержания и транспортировки частиц с малым магнитным моментом.

Задачи исследований. Для достижения поставленной в работе цели были поставлены и решены следующие задачи:

- разработать эффективный метод оценки магнитно-силовых характеристик магнитных систем промышленного назначения;

- разработать метод и устройство для мониторинга магнитного поля магнитных систем с возможностью получения трёхмерного массива измерительных данных для определения магнитно-силовых характеристик поля;

разработать конструкции магнитных систем на постоянных высокоэнергетичных магнитах для новых высоградиентных сепараторов с повышенными технико-экономическими и технологическими показателями;

- установить основные закономерности влияния параметров магнитных систем с высокоградиентным магнитным полем на технологические возможности извлечения слабомагнитных включений в процессе магнитной сепарации.

Объектами исследований являлись конструктивно-технические и технологические параметры процесса магнитной сепарации слабомагнитных материалов на примере магнитной сепарации ряда окисленных железных руд,

включая мелкодробленые гематитсодержащие кварциты Михайловского ГОКа, и кварцевых песков в процессе их очистки от слабомагнитных окислов.

Методы исследований: магнитно-радиометрические методы исследования магнитных систем, магнитно-радиометрические и химические методы анализа исходных материалов и продуктов разделения; численное моделирование магнитных полей и процесса магнитной сепарации с использованием классических аналитических и современных программных средств обработки данных, лабораторное моделирование процесса магнитной сепарации в высокоградиентных магнитных полях, современной аналитической и приборной базы для изучения параметров магнитных систем сепараторов, свойств и вещественного состава продуктов обогащения.

Научные положения, выносимые на защиту и их новизна.

1.Предложен метод оценки силового режима разделения минералов на основе расчета величины нового параметра - эффективного динамического объема рабочего пространства по заданному пороговому значению магнитной силы.

2.Разработан метод и создано новое устройство на основе системы различно ориентированных магнитометрических датчиков для послойного картографирования магнитного поля в рабочем пространстве магнитного сепаратора и компьютерного моделирования его магнитодинамических карт.

3.Разработаны методы расчета индукции возбуждения и силовых параметров магнитного поля с трехмерной неоднородностью в окрестностях точек контакта элементов ферромагнитного заполнителя рабочей среды полиградиентного шарикового сепаратора с учетом магнитного насыщения.

4.Впервые экспериментально и теоретически обоснована возможность создания

ряда новых моделей высокоградиентных сепараторов на постоянных магнитах с

повышенными технико-экономическими характеристиками и технологическими

возможностями для обогащения тонкоизмельченных и мелкозернистых

слабомагнитных материалов: барабанного шарикового сепаратора, а также

роликового, лоткового и конусно-роторного сепараторов с

полиградиентными матричными структурами на поверхности рабочих органов.

4

Практическое значение работы заключается в разработке практически реализуемых конструкций новых типов магнитных систем на постоянных высокоэнергетичных магнитах, что позволило сконструировать ряд высокоградиентных магнитных сепараторов на постоянных магнитах, превосходящих функциональные аналоги по ряду технико-экономических показателей и технологических возможностей. Кроме того, разработан метод и создано устройство для оценки магнитно-силовой эффективности магнитных систем промышленного назначения.

Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на научных конференциях «Неделя горняка» (2009-2010 гг.), ХУ1-ой и ХУП-ой Международных конференциях по постоянным магнитам (Суздаль, 1721.09.2007 г., Суздаль, 21-25.09.2009 г.), семинарах кафедры ОГТИ МГГУ (20102011гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 3 статьи — в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Объем работы. Диссертационная работа состоит их введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы из 102 наименований, содержит 62 рисунка и 10 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖИНАИЕ РАБОТЫ

Магнитная сепарация руд с содержанием полезного компонента, представленного в виде слабомагнитных включений, так же как и очистка минерального сырья от вредных слабомагнитных примесей, является проблемой, трудно поддающейся решению. Для извлечения слабомагнитных компонентов требуются высокоинтенсивные магнитные системы с особо высокими значениями градиентов поля, которые способны эффективно и без существенных потерь извлекать частицы с очень малым магнитным моментом. При разработке таких систем очень важна оценка магнитно-силовой эффективности магнитных систем, используемых для разделения минералов по их магнитным свойствам. Методы такой оценки для систем промышленного назначения к настоящему времени сильно устарели. Поэтому в данной

диссертационной работе особое внимание уделено разработке методов определения и сравнения магнитно-силовых характеристик магнитных систем промышленного назначения. В их основе лежит введение ряда новых понятий и параметров. Среди них:

-эффективный динамический объем магнитной системы по порогу Р, обозначаемый Рр, — объем части рабочего пространства системы, в которой величина силового параметра у =\BgradB\ превышает заданный порог Р (у>Р); -эффективный динамический объем магнитной системы по диапазону [Р1Р2], обозначаемый Рр/р2 — объем части рабочего пространства системы, в которой величина силового параметра у=\В%гас1Щ находится в диапазоне [Р1Р2] (Р1<у<Рз). Величины параметров Рр и Рр/р2 наиболее удобно выражаются в процентах по отношению к величине исследуемого рабочего объема.

Для тестирования действующих магнитных систем должен быть произведён детальный мониторинг магнитного поля в изучаемой части рабочего пространства с целью получения трёхмерного массива данных о величинах компонент индукции магнитного поля с шагом дискретизации, достаточным для расчёта пространственных производных. Для решения этой задачи был разработан метод послойного картографирования магнитного поля и создано новое устройство на основе системы различно ориентированных магнитометрических датчиков. Магнитодинамические карты, отражающие пространственное распределение силового параметра у, строятся путём численной обработки данных по измерению величин компонент вектора индукции магнитного поля в тестируемом пространстве.

Экспериментальный образец измерительно-аналитического комплекса для тестирования магнитных систем промышленного назначения включает в себя многоканальный магнитометрический модуль, измерительно-аналитический блок и компьютер со специальным программным обеспечением. Комплекс позволяет решать следующие задачи:

• сбор данных по измерению компонент вектора магнитной индукции по

тридцати одному независимому измерительному каналу с визуализацией на мониторе компьютера данных измерений по каждому каналу и их обработка с использованием различных процедур интерполяции и усреднения;

• измерение текущих координат магнитометрического модуля при перемещении его над плоской или цилиндрической поверхностью магнитной системы с использованием оптической системы позиционирования;

• расчет в реальном масштабе времени силовых характеристик магнитного поля на основе обработки измерительных данных в соответствии с разработанными алгоритмами интерполяции и усреднения с визуализацией результатов обработки измерительных данных на экране компьютера.

На рис.1 представлены результаты исследования магнитного поля трех магнитных систем барабанного сепаратора, отличающихся межполюсным шагом и индукцией на поверхности рабочего органа. На рис.1 (а) представлены графики изменения нормальных компонент вектора магнитной индукции Вп, а на рис. 1(6) - величин силового параметра у=\В^ас1В\ на минимальном и максимальном удалении от магнитной системы в пределах одного её шага.

Рис.1(а).

Компоненты

вектора

магнитной

индукции Вп

на

поверхности барабана и на дне ванны

Рис.1(б).

Величина

силового

параметра

у =\Іі^ічиІН\

на

поверхност и барабана и на дне ванны

ма поверхности барабана

Х1НМ]

на дне ванны

МЭ 90-260

Магнитодинамические карты мз 130-170

Рис.2. Магнитодинамические карты поля для систем МС90-260, МС130-170 и МС180-250

длинношаговая

стандартная ферритовая

ва®!=-

.

1 II -

¡-1 1. -

Диапазонные гистограммы динамической эффективности

РЕТЬ'/Щ

Характеристические кривые динамической эффективности

Рис.3. Характеристические кривые и диапазонные гистограммы динамической эффективности для систем МС90-260, МС130-170 и МС180-250

На магнитодинамических картах (рис.2) отражены изменения силового параметра в выбранном сечении магнитной системы. Области с различными значениями силового параметра окрашены на ней в соответствии со шкалой, расположенной в правой части.. Кроме того, на рис.2 изображены изодины, соответствующие различным значениям силового параметра (Р=3 Тл2/м, 2 Тл/м, 1 Тл/м, 0.5 Тл/м, 0.3 Тл2/м, 0.2 ТлУм и 0.1 Тл/м). Сравнительный анализ силовых характеристик систем произведен путём сравнения диапазонных диаграмм динамической эффективности, изображенных на рис.3, где рядом размещены столбцы гистограмм разных систем, соответствующие одинаковым диапазонам [Р/Рт].

На рис.4, приведены полученные по описанному выше методу результаты исследований по подбору оптимальных геометрических параметров ферромагнитных концентраторов, используемых в высокоградиентных сепараторах. Сравнение характеристик этих устройств проведено путём анализа

а) 6) в) г)

Рис.4. Магнптодинамические карты поля вблизи вершин пластинчатых концентраторов (а, б и в) и вблизи полюсного диска роликового сепаратора (г)

магнитодинамических карт рабочего пространства, изображенных на рис.4, и построенных с их помощью диапазонных гистограмм динамической эффективности, которые изображены на рис.5.

Диапазонные гистограммы динамической эффективности магнитных систем с рифлёными пластинами и системы роликового сепаратора

500-1000 1000 - 3)00 2ГОО-ЭООО 3000-7000 >=7000

В дгайв I тла/ м ]

Рис.5. Диапазонные гистограммы динамической эффективности высокоградиентных магнитных систем

Анализ этих гистограмм позволяет, в частности, правильно подобрать угол заострения пластинчатых концентраторов, исходя из заданного порогового значения силового параметра Р, определяемого в соответствии с размерами, магнитной восприимчивостью частиц слабомагнитной фракции и уровнем гидромеханических сил, препятствующих магнитному захвату частиц.

В сочетании с зонно-вероятностной моделью процесса высокоградиентной магнитной сепарации, развитой В.В.Кармазиным, предложенный метод позволяет находить вероятность захвата слабомагнитных частиц при прохождении их через объем полиградиентной среды. Для этого, в зависимости от геометрии рабочего пространства и режима подачи пульпы, определяется величина Р порогового значения магнитных сил, при котором уровень гидромеханических сил оказывается недостаточным для того, чтобы вынести частицы магнитной фракции за пределы зоны локализации высокоградиентной магнитной силы (в случае шариковой среды такой зоной является область, прилегающая к точке контакта соседних шариков). Величина

10

Рр по данному порогу, выраженная в процентах к общему объему межшарового пространства, образующего поровые каналы, определяет вероятность захвата магнитных зерен в одном слое. Тогда, согласно зонно-вероятностной модели, ожидаемое извлечение магнитной фракции при прохождении пульпы через п

слоев задаётся выражением Е = д\\

Р/100)"],

где ц - исходная навеска

магнитного материала. Полученные результаты позволяют оптимизировать выбор наиболее значимых параметров, влияющих на технико-экономические показатели высокоградиентных сепараторов. К ним относятся индукция возбуждения магнитного поля, форма и размеры осадительных элементов полиградиентной среды, магнитные свойства материала, из которого они изготовлены, скорость движения и плотность пульпы, геометрия и размеры рабочей области, относительное направление магнитного и гидромеханического потоков, условия регенерации полиградиентной среды.

Разработка новых конструкций высокоградиентных сепараторов. Вторая глава диссертационной работы посвящена разработке магнитной системы на постоянных магнитах для высокоградиентного шарикового сепаратора, предназначенного для мокрого магнитного обогащения

слабомагнитных руд, который относится к разряду сепараторов с контактными полиградиентными средами (рис.6). Рабочей средой для создания высокоградиентных магнитных сил в нём являются находящиеся в магнитном поле стальные шарики, а отличительная особенность заключается в высоком уровне магнитных сил и самоочистке осадительных элементов в цикле мокрого обогащения.

ксюдк&пншк

хмнюаш

Рис.б. Шариковый сепаратор

Из двух типов магнитных систем (рис.7), которые были взяты за основу

для создания возбуждающего магнитного поля в полиградиентной среде, в

11

конечном итоге была выбрана магнитная система типа (б) с горизонтально намагниченными магнитными блоками, отличающаяся более высокой степенью однородности магнитного поля в рабочем пространстве.

стальные магнитапроводящие ребсриы

I

стальные магниюгтроаэдйщие реборды

/ \

5 N В N

N 5 N 5\

////////////////¿/У///////////?,

1 N Б 1 5 N 1

стальиое мгншодаводя щее ярмо

(а)

магнитные- олежи

стальные гюл юш-кшиентрзторы (б)

Рис.7. Варианты магнитных систем

Была разработана и обоснована методика расчетов, при которой сложная многокомпонентная полиградиентная среда заменяется гипотетической однородной средой, свойства которой в магнитном поле характеризуются эффективной кривой

'О.................50.......... 100 .......т..........200.....МО 300

Н [кА'м]

Рис.8. Эффективная кривая намагничивания цепочки шаров

намагничивания. Эффективная кривая намагничивания, изображенная на рис.8, построена путём трёхмерного численного моделирования магнитного поля в цепочках стальных шаров. Результаты расчетов с высокой точностью подтверждены экспериментальным путём. По эффективной кривой намагничивания шариковой среды можно определять эффективную магнитную проницаемость среды и рассчитывать значения индукции возбуждения в любом сечении рабочего пространства.

12

Рис.9. Эквивалентная схема магнитной системы

На основе изображенной на рис.9 эквивалентной схемы магнитной системы (б), где полиградиентная среда заменена участком магнитопровода длины / с эффективной магнитной проницаемостью /и,, получены аналитические выражения для индукции возбуждения в рабочей зоне:

LS,' L Ss

В

У =— —

fo^cb

Sm и S/ — площади сечения магнитного блока и магнитопровода [м2];

^о и à - зазор между полюсами и ребордами и между магнитным блоком и магнитопроводом [м];

ho и /г/-высота магнитного блока и магнитопровода [м];

Вг и Heb -остаточная индукция и коэрцетивная сила магнитного материала [Тл, А/м];

Lui- протяженность магнитного блока и магнитопровода [м].

Полученные аналитические результаты дают возможность выявить закономерности изменения магнитных параметров и оптимизировать геометрию магнитной системы. На основе данных о величине индукции возбуждения в каждом сечении рабочего пространства сепаратора

1-ехр

6К В.

где

1 +

1 / S.„

'-V+-

2& S„,

(1)

Рис.10 Графики зависимости ß,(x) для различных величин зазора S

рассчитываются характеристики магнитного поля в приконтактной области двух шаров заданного радиуса.

(а) (б)

Рис.11. Магнитная (а) и магнитодинамическая (б) карты приконтактной области двух стальных шаров при индукции возбуждения с =0.5 Тл

Приведенные на рис. 11 магнитная и магнитодинамическая карты межшарового пространства иллюстрируют полученные результаты.

С учетом применимости теории подобия магнитных систем и осевой симметрии магнитного поля в приконтактной области для индукции поля в цилиндрической системе координат можно записать выражение, не зависящее от радиуса

В О,2, о- )= Г (77, О- ), где 77 =р/Ко, £ = г/Ло (2)

Для силового параметра у=В\^га<Щ, где ( В=|В|), можно тогда записать

Г= "^Р(77, где ст) = \¥(ц,4, О)

К0 "77

АС

В демаркационной плоскости шаров, где £ = г = 0 и — = 0 выражение для силового параметра у переходит к виду:

, (4)

к0 аг]

где 77 =р/, ¡1 е [о,1], а = Фп/8 = Вср - индукция возбуждения.

Функция Е (77, о), называемая шаблонной функцией, не зависит от Н„ и рассчитывается методом трёхмерного численного моделирования для каждого вида ферромагнитного материала. Использование шаблонной функции

позволяет перейти от приближенных оценок к достаточно строгому расчету силового параметра у в зависимости от координаты.

-Д. 4ТП .6Тл 8Тл Тп

*

0.0 0.1 0.2 0.3 0.3 0.4 0.5 0.6 07 0.8 0.8 0.9

Ч = х> / К,,

Рис. 12 Графики зависимости шаблонной функции К (г], 0, а ) от безразмерной координаты г\ = р I К» при различных значениях индукции возбуждающего магнитного поля а

от коордннаты р для четырёх значений радиуса шаров !?(>= Змм, Ко= 4мм, Ко = 5мм и 1<о= 6мм при о = 0.4Тл.

На рис.12, даны графики шаблонной функции Р(77, 0, а ), которые

представляют зависимость индукции магнитного поля от безразмерной координаты г] = р! К» на оси, перпендикулярной линии, соединяющей центры шаров, при различных значениях индукции возбуждающего магнитного поля

а=Ф^=Вср.

Имея в своём распоряжении данные о значениях функции Р(?/, О, сг) <№{4,0, а) - к

-~—- и перейдя от безразмерной координаты т] =р/ Яо к координате р,

можно

определить значения силового параметра у в демаркационной плоскости шаров для любого значения радиуса шаров Яц при заданных величинах а на произвольном удалении от точки контакта. Графики зависимости силового параметра у от координаты р для индукции возбуждения а = 0.4 Тл представлены на рис.13.

На основе результатов анализа силовых характеристик полиградиентной шариковой среды проводится оптимизация основных параметров магнитной системы, начиная с выбора геометрии и габаритов магнитных блоков, магнитопроводов, концентраторов, зазоров и кончая выбором параметров магнитных и ферромагнитных материалов, используемых в конструкциях магнитных систем.

Третья глава диссертационной работы посвящена разработке высокоградиентных магнитных сепараторов с магнитными системами на постоянных магнитах, относящихся к сепараторам со щелевым магнитным зазором и полиградиентными матричными структурами на поверхности рабочих органов.

иаоммое П^АН/Е

Рис.14. Роликовый щелевой высокоградиентный магнитный сепаратор

В роликовом щелевом магнитном сепараторе (рис. 14) рабочим органом является вращающийся ролик с полиградиентной структурой поверхности.

Рабочая область располагается в щелевом зазоре между магнитной системой и ферромагнитным роликом. Вращаясь, ролик выносит частицы, притянутые к ролику, в зону разгрузки магнитного продукта за пределами экрана. Извлечение слабомагнитных частиц происходит в зонах локализации высокоградиентных магнитных сил, образуемых полиградиентными матричными структурами, расположенными на поверхности ролика.

В лотковом щелевом магнитном сепараторе (рис.15) рабочая область располагается в щелевом зазоре между магнитопроводящим экраном и лотком с полиградиентной структурой поверхности плоского днища. Магнитная система лоткового сепаратора формируется магнитными блоками и расположенными между ними концентраторами, образующими под днищем лотка полюса с чередующейся вдоль лотков полярностью. Ширина магнитных блоков соответствует суммарной ширине всех лотков, которые скомпонованы попарно. При перемещении пары лотков вдоль магнитной системы на 1/2 шага магнитное поле с рабочего зазора снимается, позволяя осуществлять смыв магнитного продукта, а в рабочее положение переходит соседний лоток. На рис.15, изображен внешний вид такого сепаратора с четырьмя лотками.

Рис.15. Лотковый щелевой высокоградиентный магнитный сепаратор

Конусно-роторный высокоградиентный сепаратор на постоянных магнитах (рис.16) реализует идею выделения из минерального сырья слабомагнитной фракции на основе разделения магнитной и немагнитной фракций при движении материала в магнитном поле по конусной поверхности. На ней

располагаются полиградиентные матрицы, позволяющие перераспределять магнитный поток, формируя локальные участки с высокими значениями магнитных сил. Частицы немагнитной фракции за счет гравитационных сил движутся по конусной поверхности вниз, а магнитные частицы, притянутые к конусной поверхности в зонах локализации высокоградиентных магнитных сил, выносятся из зоны извлечения по направлению вращения конуса. При этом движение частиц магнитной фракции происходит перпендикулярно направлению подачи материала и движения немагнитной фракции.

(а) (б)

Рис 16. Схема конусно-роторного сепаратора с внешней неподвижной магнитной системой: а)поперечный вертикальный разрез; б) вид сверху.

В работе проведено трехмерное численное моделирование магнитного поля, создаваемого магнитными системами такой конструкции. Результаты подтверждены измерениями на макетах магнитных систем, которые показали, что сочетание данной конструкции магнитной системы с полиградиентными матричными элементами выбранной конфигурации позволяет достичь на поверхности рабочих органов уникальных для промышленных систем на постоянных магнитах значений индукции магнитного поля до 2.5 Тл и значений силового параметра BgradB более 15 ООО Тл2/м.

Испытания моделей высокоградиентных сепараторов с магнитными системами на постоянных высокоэнергетичных магнитах

Изучение технологических возможностей шарикового

высокоградиентного магнитного сепаратора на постоянных магнитах

производилось на испытательном стенде, моделирующем процесс сепарации в

18

шариковой среде, расположенной на участке поверхности рабочего органа (барабана). Испытания на стенде с моделью рабочей зоны шарикового сепаратора проводились с измельченными пробами окисленных кварцитов Михайловского месторождения.

Было исследовано влияние величины индукции возбуждения на эффективность разделения при неизменных условиях по крупности измельчения, диаметру шариков, плотности питания (крупность материала 60% кл - 0.074 мм, диаметр шариков - 6 мм, плотность питания -25% твёрдого). Индукция магнитного поля (в слое шаров) изменялась от 0,5Тл до 0,8Тл. Результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1 Влияние величины индукции возбуждения на эффективность разделения

Индукция маги, продукта Продукты Выход, % Содержание Извлечение

в слое шариков, Тл Ре, % Ре, %

Маги, продукт 73,2 50,4 85,8

0,5 Нсмагн. продукт 26,8 22,8 14,2

Исходный 100,0 43,0 100,0

Маги, продукт 76,3 49,4 88,7

0,65 Немагн. продукт 23,7 20,3 11,3

Исходный 100,0 42,5 100,0

Магн. продукт 82,2 48,9 94,1

0,8 Немагн. продукт 17,8 14,2 5,9

Исходный 100,0 42,7 100,0

При анализе результатов очевиден вывод: с ростом индукции магнитного поля выход магнитного продукта увеличивается, повышается извлечение железа в этот продукт, а его качество снижается. Далее изучалось влияние диаметров шариков на эффективность разделения при неизменной индукции (в представленной таблице - 0,8 Тл). Крупность измельчения и плотность питания были теми же, что и в предыдущем опыте. Результаты приведены в табл.2.

Таблица 2 Влияние диаметров шариков на эффективность разделения

Диаметр шариков, мм Продукты Выход,% Содержание Ре, % Извлечение Ре, %

Магн. продукт 82,2 48,9 94,1

6 Немагн. продукт 17,8 14,2 5,9

Исходный 100,0 42,7 100,0

Магн. продукт 63,8 55,6 83,5

8 Нсмагн. продукт 36,2 19,4 16,5

Исходный 100,0 42,5 100,0

С уменьшением диаметра шариков выход магнитной фракции и извлечение в нее железа повышается при снижении его содержания (табл.2). При этом заметно снижается содержание железа в хвостах. Таким образом, малый диаметр шариков позволяет получать немагнитный продукт с относительно низким содержанием железа (отвальные хвосты). Было также исследовано влияние крупности измельчения исходного материала на показатели магнитного обогащения. Результаты испытаний для классов крупности - 0,5; - 0,16 и - 0,05 мм (диаметр шариков 8 мм, индукция поля 0,8 Тл, плотность питания ~ 25% твердого) приведены в табл.3.

Таблица 3 Влияние крупности измельчения исходного материала на показатели обогащения

Крупность измельчения, Продукты Выход, Содержание Извлечение

мм % Ре, % Ре, %

Магн. продукт 63,8 55,6 83,5

-0,5 Немагн. продукт 36,2 19,4 16,5

Исходный 100,0 42,5 100,0

Маш. продукт 56,8 57,6 77,5

-0,16 Немагн. продукт 43,2 23,0 22,5

Исходный 100,0 42,2 100,0

Магн. продукт 42,8 61,6 62,0

-0,05 Немагн. продукт 57,2 28,6 38,5

Исходный 100,0 42,5 100,0

Из данных табл.3, видно, что с увеличением степени измельчения (уменьшением тонины помола) выход магнитного продукта уменьшается, качество его повышается, потери в хвостах увеличиваются. Так, выход магнитного продукта с 63,8 % снизился до 42,8 %, при снижении извлечения на ~ 20 % (с 83,5 до 62,0%) содержание железа в концентрате(магнитном продукте)повысилось с 55,6 до 61,6%.

Предполагаемая упрощённая технологическая схема магнитного обогащения окисленных железистых кварцитов представлена на рис.17. Она включает в себя основную полиградиентную магнитную сепарацию с перечисткой немагнитной фракции, доизмельчение первичного концентрата и его последующую перечистку с получением промпродукта, который также

подвергается перечистке. Первая стадия измельчения обеспечивает помол до крупности 60% кл. -0.074 мм с последующим доизмельчением магнитного промежуточного продукта во второй стадии до 80% кл. -0,05 мм. Магнитные продукты последних приемов сепарации объединяются в общий концентрат.

Технологические показатели,

полученные при реализации данной схемы в лабораторных условиях приведены в табл.4. При проведении опытов основная и контрольная операции проводились при индукции в слое 0,8 Тл, а перечистные 0,63 Тл. Опыты проводились без сепарации в слабом поле для выделения магнетита и без обезшламливания. Результаты проведенных технологических исследований подтвердили возможность применения шарикового сепаратора на постоянных магнитах для обогащения окисленных железистых кварцитов. Второй испытательный стенд представлял собой модель лоткового сепаратора, которая состояла из двух параллельных соединенных между собой лотков с закрепленным над ними подвижным ферромагнитным экраном. В качестве

исходного материала для исследований использовался кварцевый песок одного из месторождений Челябинской области крупностью 0,4-0 мм с Таблица 4 Технологические показатели магнитного обогащения

Продукты Выход, % Содержание Ре, % Извлечение Ре, %

Концентрат общий 56,6 60,7 80,8

Хвосты общие -44,0 18,5 19,2

Исходная руда 100,0 42,5 100,0

Исходная РУ9° га

\4ZilOO

Измельчение '

Классификация

5Д

р.%

Магнитная сепарация

Магнитная сепарация

___(гм;

Ьгідоі

Измельчение

Классификация

Магнитная сепарация

Магнитная сепарация Магнитная сепарация

-I

га74'

05*

Магнитная сепарация

56,6 ~44

\б0,7 80.В 1/45 19,2

Концентрат ХВоста

Рис.17. Технологическая схема

«загрязняющими» включениями, содержащими слабомагнитные оксиды железа. При определении технологических возможностей лоткового сепаратора проводилось сравнение его показателей с показателями электромагнитного валкового сухого сепаратора с верхним питанием типа ЭВС на том же сырье . Результаты представлены в табл.5.

Таблица 5 Технологические показатели лоткового сепаратора и сепаратора ЭВС

Выход, % Содержание РсіОз, % Извлечение РсгОз, %

Сепаратор ЭВС

Магнитный 9,34 0,54 52,8

Немагнитный 90,66 0,05 47,2

Исходный 100,00 0,096 100,00

Лотковый сепаратор

Магнитный 9,8 0,63 64,3

Немагнитный 90,2 0,038 35,7

Исходный 100,0 0,096 100,0

Результаты, полученные на модели лоткового щелевого сепаратора на постоянных магнитах, подтвердили возможность его эффективного применения для магнитной очистки минерального сырья. При работе на кварцевом песке он, по сравнению с применяемым в настоящее время валковым электромагнитным сепаратором ЭВС, обеспечивал снижение содержания оксидов железа в очищаемом материале до 0,038 % (против 0,05 % в ЭВС).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение задачи повышения технико-экономической эффективности и технологических возможностей обогащения слабомагнитных руд и очистки минерального сырья от слабомагнитных примесей путём разработки новых процессов и аппаратов для высокоградиентной сепарации окисленных железных руд и другого слабомагнитного минерального сырья.

Основные научные выводы и практические результаты, полученные автором, заключаются в следующем:

1. Разработан метод оценки и сравнения магнитно-силовой эффективности

магнитных систем промышленного назначения на основе введения нового

параметра - эффективного динамического объема магнитной системы по

22

заданному пороговому значению магнитной силы, позволяющий путём анализа магнитодинамических карт магнитных систем определять возможности систем по извлечению частиц магнитной фракции.

2. Впервые проведен строгий расчет магнитного поля в пространстве между контактирующими ферромагнитными шарами, находящимися в магнитном поле, с учетом насыщения ферромагнитного материала. Получены математические выражения для расчета силовых характеристик поля в межшаровом пространстве, опирающиеся на использование шаблонных функций, не зависящих от размера шаров и рассчитываемых путём трёхмерного численного моделирования для каждой плотности магнитного потока и каждого вида ферромагнитного материала. Полученные результаты позволяют проводить детальный анализ силовых характеристик полиградиентной шариковой среды.

3. Разработан метод и создано устройство на основе системы различно ориентированных магнитометрических датчиков для послойного картографирования магнитных полей магнитных систем промышленного назначения с возможностью построения магнитодинамических карт рабочего пространства.

4. Разработана конструкция и рассчитаны рабочие параметры магнитной системы для шарикового барабанного сепаратора на постоянных высокоэнергетичных магнитах. Конструкция защищена Евразийским патентом.

5. Разработаны магнитные системы на постоянных магнитах для новых образцов высокоградиентных сепараторов, в которых сочетаются: высокоэффективная концентрация магнитного потока в рабочей области; расположение рабочей области в щелевом зазоре; использование новых типов полиградиентных матриц, что позволило достичь уникальных для промышленных систем на постоянных магнитах значений силового параметра В£гас1В (до 1.5-104 Тл2/м.)

6. Разработаны конструкции роликового, лоткового и конусно-роторного сепараторов на постоянных магнитах со щелевым зазором и полиградиентными матрицами на поверхности рабочих органов. Конструкции защищены двумя Евразийскими патентами.

7. Проведенные технические и технологические испытания моделей новых сепараторов показали, что они превосходят функциональные аналоги по силовым характеристикам магнитного поля и имеют в ряде случаев лучшие технологические показатели обогащения. Потребление электроэнергии по сравнению с аналогами на электромагнитных системах сокращается в 5-7 раз. Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

1. Тагунов Е.Я., Тагунов П.Е., Кармазин В.В. / Расчет магнитного поля в рабочей области высокоградиентного барабанного шарикового сепаратора на постоянных магнитах // Горный информационно-аналитический бюллетень / МГТУ .-2012 .-№2 .-С. 106-111.

2. Тагунов П.Е., Тагунов Е.Я. / Определение силовых характеристик полиградиентной шариковой среды в магнитном поле // Горный информационно-аналитический бюллетень / МГГУ.-2012.-№2.-С.117-121.

3. Tai-упов П.Е., Измалков В.А., Тагунов Е.Я. / Методика расчета магнитного поля в среде с полиградиентным феррозаполнителем из стальных шариков // Горный информационно-аналитический бюллетень / МГГУ.-2012.-№2.-С.112-116.

4. Кармазин В.В., Тагунов П.Е., Измалков В.А. «Барабанный шариковый магнитный сепаратор», Евразийский патент №014396 от 29 октября 2010г.

5. Тагунов П.Е., Измалков В.А., Тагунов Е.Я., Пучков В.А. «Роликовый магнитный сепаратор», Евразийский патент №014395 от 29 октября 2010г.

6. Тагунов Е.Я., Тагунов П.Е., Измалков В.А., Пучков В.А. «Лотковый магнитный сепаратор», Евразийский патент №014397 от 29 октября 2010г.

7. Измалков В.А., Кармазин В.В., Тагунов Е.Я., Тагунов П.Е. «Способ магнитной сепарации и устройство для его осуществления». Патент на изобретение №2438793, РФ, от 10 января 2012 г.

8. Тагунов Е.Я., Измалков В.А., Тагунов П.Е., Карпачев С.Н., Таран A.B., Пучков В.А. / Измерительно-аналитический комплекс для тестирования открытых магнитных систем // Тезисы докладов. XVI Международной конференции по постоянным магнитам (Суздаль 17-21 сентября 2007) -М., 2007.-С.174-175.

9. Тагунов П.Е., Тагунов Е.Я., Пучков В.А. / Оценка эффективности магнитных систем магнитных сепараторов // Тезисы докладов. XVII Международной конференции по постоянным магнитам (Суздаль 21-29 сентября 2009) -М.,2009.-С.200-201.

10.Тагунов Е.Я., Карпачев С.Н., Измалков В.А., Таран A.B., Тагунов П.Е. / Разработка и испытания экспериментального образца комплекса для тестирования открытых магнитных систем. Отчет о научно-исследовательской работе по государственному контракту №4392 р/6628 от 28 июня 2006г. // Депонировано в ВНТИЦ, код 14 4000 954 0320, №И081211140549 от 08.12.2008, 40стр.

Подписано в печать 21 марта 2012 Формат 60x90/16

Объем 1 п.л._ Тираж 100 экз._Заказ № 1189

ОИУП Московского государственного горного университета. Москва, Ленинский проспект, 6

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Тагунов, Петр Евгеньевич, Москва

61 12-5/3489

ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет» Общество с ограниченной ответственностью «МАГНЕТИТ»

На правах рукописи Тагунов Петр Евгеньевич

УДК 622.778:621.928

Создание высокоградиентных сепараторов на постоянных магнитах для извлечения измельченных слабомагнитных минералов

Специальность 25.00.13. "Обогащение полезных ископаемых"

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель Кармазин Виктор Витальевич, д-р технических наук, профессор

Москва

Содержание

Введение

§ В.1. Магнитная сепарация слабомагнитных руд и минералов:

актуальность и проблематика....................................................4

§ В.2.Сепараторы для обогащения слабомагнитных руд и минералов

и очистки сырья от слабомагнитных примесей................................6

§ В.3.Краткая характеристика работы..........................................11

Глава 1.

Формирование высокоградиентных магнитных полей и изучение силовых характеристик магнитного поля в рабочих областях магнитных сепараторов

§ 1.1.Методика оценки динамической эффективности магнитных

систем...................................................................................15

§ 1 ^.Сравнительная характеристика динамической эффективности

магнитных систем различных типов............................................19

§1.3. Изучение магнитных полей систем промышленного назначения

методом послойного картографирования......................................30

§ 1.4. Способы формирования высокоградиентных магнитных полей в магнитных системах промышленного назначения........................44

Глава 2.

Разработка магнитной системы на основе постоянных высокоэнергетичных магнитов для высокоградиентного барабанного шарикового сепаратора.

§2.1. Конструктивные особенности шарикового сепаратора с на постоянных магнитах и методы оптимизации параметров его

магнитной системы................................................................47

§ 2.2. Методика расчета магнитных полей в среде с полиградиентными

феррозаполнителями в виде множества стальных шариков, х.............55

§2.3. Определение силовых характеристик полиградиентной среды шарикового сепаратора на постоянных магнитах............................61

Глава 3.

Использование магнитных систем с щелевым зазором в новых конструкциях магнитных сепараторов на постоянных магнитах §3.1. Роликовый магнитный сепаратор с щелевым зазором

с магнитным роликом...............................................................79

§ 3.2. Конусно-роторный магнитный сепаратор с щелевым

зазором.................................................................................81

§3.3. Лотковый магнитный сепаратор с щелевым зазором................88

Глава 4.

♦

Испытания моделей высокоградиентных сепараторов с магнитными системами на постоянных высокоэнергетичных магнитах

§4.1. Испытательный стенд со стационарной моделью высокоградиентного

шарикового сепаратора на постоянных магнитах................................98

§ 4.2. Испытательный стенд с моделью выскоградиентного лоткового

сепаратора с щелевым зазаром на постоянных магнитах......................100

§4.3. Технологические испытания модели высокоградиентного шарикового

сепаратора...............................................................................103

§4.4. Технологические испытания модели высокоградиентного лоткового сепаратора с щелевым зазором......................................................108

Заключение.............................................................................112

Литература..............................................................•................114

Приложение 1...........................................................................124

Введение.

§ В.1. Магнитная сепарация слабомагнитных руд и минералов: актуальность и проблематика.

Данная диссертационная работа посвящена разработке магнитных систем для новых энергоэффективных магнитных сепараторов на постоянных магнитах, предназначенных для обогащения слабомагнитных руд и очистки минерального сырья от слабомагнитных примесей. Актуальность разработки таких сепараторов непосредственно связана, в частности, с проблемой эффективности мокрого обогащения слабомагнитных, окисленных железных руд, от решения которой зависит работа и развитие крупнейших предприятий горнометаллургической отрасли. В России добыча таких руд составляет объемы во многие десятки миллионов тонн ежегодно, и нерешенность проблемы их обогащения вызывает необходимость создания новых типов оборудования. Существующие технологические решения обогащения окисленных железистых кварцитов предполагают применение и флотационной, и магнитной схем обогащения. При этом, при больших объемах переработки очевидны серьёзные негативные экологические последствия использования флотационных реагентов, а применение для магнитного обогащения окисленных руд роторных электромагнитных сепараторов, имеющих наиболее приемлемые технические характеристики, сопряжено с большими энергозатратами и проблемами в их эксплуатации. Несовершенство существующих технологий магнитного обогащения магнетитового железорудного сырья, которые не ориентированы на извлечение слабомагнитной фракции, приводит к значительным потерям железа, которое неминуемо теряется в процессе переработки и в больших объемах содержится в отвалах в виде слабомагнитных окислов. Запасы такого сырья в РФ оцениваются во многие сотни миллионов тонн. Кроме того, на многих ГОКах, в частности, на крупнейшем в России Михайловском ГОКе, до недавнего времени для переработки и получения железорудного концентрата

использовались только богатые руды и неокисленные бедные руды сложного

состава. Попутно добытые окисленные железистые кварциты складируются из-

за отсутствия эффективных технологий обогащения (складированный запас

составляет уже более 200 млн. тонн). Общий запас бедных железных руд

Михайловского месторождения, в частности, окисленных железистых кварцитов

(содержание железа около 40%) оценивается в 2 803,2 млн.тонн. Большие

запасы слабомагнитных железных руд скопились также на Оленегорском ГОКе,

на горно-обогатительных предприятиях Евразруды и некоторых других. В

настоящее время активно прорабатываются технические решения для

извлечения железорудного концентрата из данного вида сырья. Появление

нового энергоэффективного оборудования дЛЯ магнитного обогащения

слабомагнитных руд, достаточно экономичного и экологически безопасного,

может положить начало внедрению новых технологий, которые сделают

извлечение железа из такого сырья экономически целесообразным.

Именно в этой области может оказаться наиболее эффективным и

востребованным, применение шарикового барабанного высоко-градиентного

магнитного сепаратора типа ПБШ, которому посвящена существенная часть данной работы.

Другой весьма актуальной и трудно поддающейся решению проблемой является магнитная сепарация слабомагнитных руд с содержанием полезного компонента, представленного в виде слабомагнитных включений низкой концентрации, для извлечения которых требуются высокоинтенсивные магнитные системы с особо высокими величинами градиентов поля, способными эффективно и без существенных потерь извлекать слабомагнитные частицы с очень малым магнитным моментом. Такие же требования по эффективности улавливания слабомагнитных частиц зачастую предъявляются и к оборудованию, предназначенному для очистки минерального и другого сырья от вредных слабомагнитных примесей. Решению этой задачи посвящена часть диссертационной работы, связанная с разработкой магнитных систем для безленточных роликовых и лотковых сепараторов, использующих

а

разработанные в диссертации магнитные системы с щелевым зазором и полиградиентные матричные структуры на поверхности рабочих органов. Такие сепараторы могут быть использованы для обогащения ильменитовых, волластонитовых, гранатовых и других слабомагнитных руд и материалов также для глубокой очистки от слабомагнитных включений (оксидов железа) кварцевых песков, пегматита, циркона, полевого шпата, электрокорунда и других материалов. Потенциальными потребителями таких сепараторов являются горно-обогатительные комбинаты, занимающиеся добычей и переработкой упомянутых руд и материалов, такие, например, как ОАО «Кварц» и ОАО «Раменский ГОК» (около 60% рынка добычи и производства кварцевого песка в РФ), Новосёловский ГОК, Вольногорский ГМК, Иршанский ГОК и др.. Ежегодный объем добычи и производства кварцевого песка в РФ составляет около 4 млн. тонн, из них около 1 млн. тонн приходится на обогащенные пески. Также сепараторы типа ПРЩ и ПЛЩ могут применяться на стекольных заводах, таких как Борский стекольный завод, Салаватский стекольный завод, Саратовский стекольный завод и другие.

§ В.2.Сепараторы для обогащения слабомагнитных руд и минералов и очистки сырья от слабомагнитных примесей.

Области применения таких сепараторов можно определить следующим образом:

-получение магнитных концентратов из руд, содержащих минералы с низкой удельной магнитной восприимчивостью: окисленные железистые кварциты, минералы марганца, хрома, вольфрама, цинка, никеля, тантала, ниобия, молибдена и такие минералы как ильменит, волластонит, гранат; -глубокая очистка ненамагничивающейся части сырья от намагничивающихся загрязнений (оксидов железа) с получением высококачественных продуктов, таких как: кварцевый песок, пегматит, циркон, каолин, плавиковый шпат, апатит, нефелин, барит, графит, боксит и др.;

и

-получение промежуточных продуктов из черновых концентратов, шлаков других отходов, которые затем перерабатываются в последующих обогатительных операциях, для выделения урана, золота, платины, хрома, марганца, железа и др.

В силу того, что слабомагнитные руды и примеси характеризуются низкой

удельной магнитной восприимчивостью, для их извлечения требуется сила

магнитного поля в сотни раз больше, чем для извлечения минералов

сильномагнитных руд. Осуществить обогащение слабомагнитных руд или

очистку сырья от слабомагнитных примесей возможно только с помощью

электромагнитных сепараторов с высокоинтенсивным магнитным полем,

создаваемым частично замкнутыми электромагнитными системами или в

сепараторах с магнитными системами как открытых, так и замкнутых, на основе

постоянных высокоэнергетичных магнитов. В открытых магнитных системах

полюса располагаются на одной линии или дуге, а замыкание магнитного

потока происходит через относительно большой воздушный зазор между

полюсами. В замкнутых магнитных системах полюса расположены друг против

друга и магнитный поток замыкается через небольшой зазор между полюсами.

Магнитные системы этих сепараторов обеспечивают магнитное поле высокой

напряженности в сравнительно небольшом объеме рабочего пространства.

К основным типам высокоинтенсивных электромагнитных сепараторов для

мокрого или сухого процессов обогащения (очистки) следует отнести: валковые

типа «ЭВМ (ЭВС); роторные типа DP-JONES, 4(6)ЭРМ, SHP, HIW, CF

вертикальным ротором и типа VMS, SLON с горизонтальным ротором;

карусельные типа HGMS, а так же цикличные магнитные фильтры

соленоидного типа HGMF, HI. С началом массового производства

высокоэнергетичных постоянных редкоземельных (P3) магнитов связаны

разработка и применение сепараторов, в которых высокоинтесивное магнитное

поле создаётся без энергозатрат. Это сепараторы роликовые: ленточные типа

«Permroll» и безленточные типа «Turkenich» для сухого процесса и «Ferrous Wheel» для мокрого.

с

В валковых сепараторах рабочее пространство располагается в зазоре между выступами рабочего органа - валка и впадинами полюсного наконечника, а магнитный поток, создаваемый электромагнитной системой и направляемый полюсным наконечником в рабочий зазор, замыкается затем вдоль оси валка. Валковые сепараторы бывают с нижней подачей питания, которые работают на принципе извлечения, т.е. в них имеет место подъем и притягивание слабомагнитных частиц к выступу вращающегося валка. В сепараторах с верхней подачей, обогащаемый материал подается непосредственно на выступ валка и работают они на принципе удержания. Для обогащения предпочтительнее первый тип, когда важен показатель качества, а для очистки -второй, когда важнее извлечение.

Рабочим органом сепараторов с вертикально расположенной осью ротора, является одно-, двух- или трех ярусный ротор. Ярусы выполнены в виде массивных дисков, по внешнему диаметру которых расположены боксы с полиградиентной средой - пакетами рифленых пластин. Роторы являются элементами магнитной цепи, поток в которой создается мощной электромагнитной системой с катушками и магнитопроводом. Рабочим пространством являются вертикальные зазоры между рифлеными пластинами, через которые замыкается магнитный поток. Исходное питание подается в рабочие зазоры на вращающийся ротор. Движение материала осуществляется вертикально под действием сил тяжести перпендикулярно горизонтальному магнитному потоку. Слабомагнитные частицы притягиваются к поверхности пластин и выносятся в зону разгрузки магнитной фракции, где магнитное поле отсутствует.

Полиградиентной средой в электромагнитных сепараторах с горизонтальным расположением оси рабочего органа (ротора) служат пакеты из сеток. Характерной особенностью этих сепараторов является электромагнитная система панцирного типа с водоохлаждаемыми катушками и совпадение направления движения материала и вектора магнитного потока. Сепараторы

этого типа могут быть как с верхним, так и с нижним расположением магнитной системы относительно ротора.

В карусельном сепараторе электромагнитная система также панцирного типа с водоохлаждаемыми, седлообразными катушками, а направление движения материала и вектора магнитного потока совпадают. Рабочий орган - карусель (ротор), вращающийся в горизонтальной плоскости на роликах; полиградиентная среда - пакеты сеток.

Магнитные фильтры это аппараты без движущегося рабочего органа как такового. Рабочее пространство - это внутренний объем соленоида, в котором располагается кассета с сетками, шарами или стальной ватой. Включение соленоида, подача питания и смывной воды осуществляется периодически по заданной программе.

Все сепараторы с сетчатым феррозаполнителем (полиградиентной средой) могут осуществлять процесс сепарации только в мокром режиме. Рабочим органом роликовых сепараторов на постоянных РЗ магнитах является ролик из чередующихся магнитных и ферромагнитных дисков. Материал подается на тонкую бесконечную ленту охватывающую ролик или непосредственно на его поверхность. Частицы немагнитной фракции отделяются затем под действием гравитационных и центробежных сил, а слабомагнитные частицы, притянувшиеся к рабочей поверхности отводятся под ролик, где отделяются с помощью ленты или электростатических сил. В упомянутом мокром сепараторе («железное колесо») на постоянных магнитах для сепарации слабомагнитных материалов рабочим органом является барабан с кольцевыми каналами, расположенными по внешнему диаметру вдоль его образующей. На дне кольцевых каналов закреплена полиградиентная среда в виде ленты из сетки, а секции магнитной системы охватывают каналы с двух сторон (бортов).

Ближайшим аналогом шарикового барабанного сепаратора по функциональному назначению является роторный электромагнитный сепаратор типа 6(4)ЭРМ («Магнис ЛТД» Украина). В общей сложности за последние 10

лет было реализовано около 140 таких сепараторов. В настоящее время сепаратор 6ЭРМ-100 эксплуатируется на месторождении «Шокаш» (Казахстан). Сепараторы такого типа были заложены в проектах Бешпагирского ГОКа (Россия), совместного украинско-канадского предприятия «Гранат» (Украина, г. Луганск), опытно-промышленной фабрики по обогащению железо-марганцевых руд Парнокского месторождения (Россия). Наиболее серьёзной проблемой при эксплуатации роторных сепараторов, наряду с высоким энергопотреблением, является проблема неполной регенерации рабочей (полиградиентной) среды вне зоны действия магнитного поля в цикле мокрого обогащения. Жесткое закрепление осадительных элементов матриц в рабочем органе сепаратора приводит к постепенному забиванию рабочих зазоров матриц магнитными частицами и отложениям солей, что требует периодических остановок сепаратора для очистки или замены матриц.

Электромагнитные валковые сепараторы серии ЭВС (Рудгормаш, Россия) и многочисленные модификации роликовых магнитных сепараторов на постоянных магнитах, наиболее близки по своему функциональному назначению к роликовому щелевому и лотковому щелевому высокоградиентным сепараторам, разработке которых посвящена часть данной диссертационной работы. Наиболее близкими к ним по рабочим параметрам являются валковый сепаратор 2ЭВС-36/100 и роликовый ленточный сепаратор RE ERIEZ Magnetics (США). Электромагнитный сепаратор серии ЭВС -традиционное обогатительное оборудование для получения кварцевых концентратов на отечествен�