Магнитный метод обогащения

Магнитные методы обогащения основаны на различиях в магнитных свойствах разделяемых минералов. Магнитные методы широко применяются при обогащении руд черных металлов, доводке концентратов редких и цветных металлов, регенерации сильномагнитных утяжелителей, удаления железистых примесей.

Магнитный момент – основная величина, характеризующая намагниченность тел. Магнитный момент, отнесенный к единице объема вещества, называется намагниченностью, к единице массы – удельной намагниченностью.

Основной силовой характеристикой магнитного поля является напряженность. Напряженностью Н магнитного поля называется сила, с которой поле воздействует на единицу положительной магнитной массы, помещенной в данной точке поля. Единицей напряженности в системе СИ является ампер на метр (А/м), в системе СГСМ – эрстед (Э).

По характеру изменения напряженности магнитные поля делятся на однородные и неоднородные. В неоднородном поле на магнитную частицу помимо магнитного момента действует магнитная сила (притяжения или отталкивания) в направлении повышения напряженности магнитного поля. Действием этой силы и обусловлено разделение магнитных и немагнитных минералов. Неоднородное магнитное поле характеризуется градиентом поля grad Н, т. е. интенсивностью изменения напряженности магнитного поля.

Магнитные свойства минералов характеризуются магнитной восприимчивостью и магнитной проницаемостью. Магнитная восприимчивость — физическая величина, характеризующая способность того или иного тела изменять интенсивность собственной намагниченности. Различают объемную и удельную магнитную восприимчивость. Объемная магнитная восприимчивость равна отношению намагниченности тела I к напряженности магнитного поля Н, в котором находится тело:

Удельная магнитная восприимчивость χ —магнитная восприимчивость, отнесенная к единице массы тела:

χ = , см³/г

где ρ —плотность тела, г/см³.

По магнитным свойствам все минералы и горные породы принято классифицировать на сильномагнитные, слабомагнитные и немагнитные.

К сильномагнитным, или ферромагнитным, относятся минералы (магнетит, пирротин и др.) с удельной магнитной восприимчивостью не менее 3∙ 10^-3 см³/г, извлекаемые на сепараторах со слабым полем напряженностью Н до 1500 Э (до 120 кА/м).

К слабомагнитным относится большая группа минералов (например, гематит, ильменит, гранат), с меньшей удельной магнитной восприимчивостью, от 3∙ 10^-3 до 15∙ 10^-6 см³/г. Извлечение этих минералов при магнитном обогащении производится на сепараторах с сильным полем напряженностью 10000 – 20000 Э (от 800 до 1600 кА/м).

К немагнитным относятся минералы (кварц, апатит, и др.), обладающие удельной магнитной восприимчивостью менее 15∙ 10^-6 см³/г и не извлекаемые методами магнитной сепарации на современных сепараторах с полем напряженностью до 20 000 Э.

Сила, действующая на частицу минерала в магнитном поле, определяется выражением:

F = χ НgradНМ,

где: χ – удельная магнитная восприимчивость минерала, Н –напряженность магнитного поля, gradН – градиент напряженности магнитного поля, М – масса частицы.

Из выражения видно, что, чем выше удельная магнитная восприимчивость, тем при прочих равных условиях с большей силой магнитное поле воздействует на минеральное зерно. Минеральные зерна, для которых магнитная сила больше суммы противодействующих механических сил (тяжести, инерции, центробежная, сопротивление среды и т. д.), будут притягиваться к полюсам магнитной системы сепаратора и извлекаться в магнитный продукт. Минеральные зерна с низкой магнитной восприимчивостью практически не меняют намагниченности, не взаимодействуют с внешним магнитным полем и движутся в магнитном поле по траектории, зависящей от воздействия только механических сил. Эти минеральные зерна выделяются в немагнитный продукт (рис. 2.17).

Для обогащения полезных ископаемых крупностью от 3 до 50 – 100 мм применяется сухая, мельче 3(6) мм – обычно мокрая магнитная сепарация.

В зависимости от типа устройства для транспортирования магнитного продукта из зоны действия магнитной силы различают барабанные, валковые, роликовые, дисковые, ленточные, шкивные и другие сепараторы. В свою очередь, барабанные, валковые, роликовые и ленточные сепараторы различают с верхней и нижней подачей обогащаемого материала. Барабанные, валковые, роликовые и ленточные сепараторы могут быть для сухой и мокрой сепарации. Барабанные, валковые, шкивные и ленточные сепараторы предназначены для обогащения сильномагнитных, роликовые, валковые и дисковые – для слабомагнитных руд. Мокрые барабанные сепараторы в зависимости от направления движения потока пульпы в ванне сепаратора и вращения барабана бывают прямоточные, противоточные и полу противоточные. В зависимости от способа создания и характера магнитного поля сепараторы подразделяются на сепараторы с постоянными магнитами и с электромагнитами, с открытой и с замкнутой магнитной системой, с постоянной и с чередующейся полярностью магнитного поля, с бегущим и с высоко градиентным полем. Магнитные системы на основе постоянных магнитов более экономичны, но с течением времени размагничиваются, на них тяжелее создавать высокую и невозможно менять напряженность магнитного поля. В электромагнитных системах можно менять напряженность поля, легче создавать высокую напряженность поля, но они потребляют значительное количество энергии.

Открытые магнитные системы имеют ряд полюсов чередующейся полярности края, которых располагаются в плоскости или по цилиндрической поверхности.

Питание электромагнитов сепараторов осуществляется постоянным или переменным электрическим током. При питании постоянным током чередование знака полюсов магнитной системы достигается соответствующим направлением тока в обмотках соседних полюсов. При питании переменным электрическим током создается «бегущее магнитное поле». При воздействии перемежающегося магнитного поля происходит переориентация магнитных частичек на поверхности магнитной системы, а при воздействии «бегущего» магнитного поля достигается разрыхление слоя магнитного материала на поверхности магнитной системы. То и другое способствует повышению качества магнитного продукта в результате выделения из слоя магнитного продукта случайно захваченных немагнитных частичек и слабомагнитных сростков.

Сепараторы с открытой магнитной системой используются для обогащения сильномагнитных руд в слабом магнитном поле.

Замкнутые магнитные системы применяются для создания сильного магнитного поля в сепараторах для обогащения слабомагнитных полезных ископаемых (рис. 2.18). В замкнутых магнитных системах рабочая зона сепаратора помещается в промежутке между разноименными магнитными полюсами системы. Наиболее часто магнитное поле замкнутых магнитных систем образуется сочетанием зубчатых полюсов (преимущественно треугольного, реже прямоугольного сечения) и противопоставленного им плоского полюса или полюса с выемками различной формы.

Высоко градиентное магнитное поле возникает при заполнении ферромагнитными телами пространства между двумя противоположными плоскими полюсами магнитов. В точках сближения ферромагнитных тел создаются неоднородные по напряженности сильные магнитные поля, в которых могут задерживаться слабомагнитные тонкодисперсные частички магнитных минералов.

Для обогащения сильномагнитных руд применяются сухие и мокрые сепараторы различных конструкций. При крупности руды до 100 мм применяют сепараторы с электромагнитной системой, при крупности руды не более 40 мм возможно применение магнитных сепараторов с постоянными магнитами. Наиболее широкое распространение получили барабанные сепараторы.

Барабанный сепаратор для сухого обогащения руд крупностью до 100 мм схематично представлен на рисунке рис.2.17.

барабанные сепараторы (рис 2.19) для мокрой сепарации в зависимости от направления движения потока пульпы в ванне и вращения барабана бывают прямоточными, (рис 2.20 а) противоточными, (рис 2.20 б, в) и полупротивоточными (рис 2.20 г). Для материала крупностью до 6 мм предназначены сепараторы с прямоточной ванной; для мелкозернистого материала крупностью 2-3 мм и менее - сепараторы с противоточной ванной и для тонкозернистого материала крупностью не более 0, 5 мм – сепараторы с полупротивоточной ванной. Часто комплектуют по три-четыре барабана в одном агрегате.

Схемы магнитного обогащения полезных ископаемых характеризуются большим разнообразием, обусловленным особенностями физико-химических свойств обогащаемых полезных ископаемых.