МАГНИТОГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ СЕПАРАТОР
MAGNETOHYDROSTATIC SEPARATOR

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых и переработке вторичного сырья и может быть использовано для сепарации по плотности смесей из различных немагнитных материалов.
Известен магнитогидростатический сепаратор (Авторское свидетельство СССР №1041154, МПК B03C 1/30, 1983 г.), включающий электромагнитную систему с полюсными наконечниками гиперболического профиля, камеру с магнитной жидкостью, размещенную в зазоре между полюсными наконечниками, питатель и приемники продуктов разделения. Рабочие поверхности полюсных наконечников со стороны питателя расположены в горизонтальной плоскости под углом друг к другу, раскрытие которого выполнено по направлению от входного торца к рабочей поверхности, в которой происходит разделение исходного материала на две фракции - тяжелую и легкую.
Недостатками этого сепаратора являются низкая избирательность, сводящаяся к разделению всего исходного материала только на две группы - тяжелую и легкую, и, как следствие, низкая производительность сепарации, при необходимости разделения исходного материала на несколько отличных по плотности фракций.
Прототипом предлагаемого изобретения является феррогидростатический сепаратор (Авторское свидетельство СССР №1136840. МПК B03C 1/30, 1985 г.), включающий магнитную систему с полюсными наконечниками, имеющими гиперболический профиль как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях, камеру с магнитной жидкостью, расположенную в межполюсном зазоре, загрузочное и разгрузочное приспособления.
Недостатками указанного сепаратора являются сложность изготовления полюсов с гиперболическим профилем как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях, а также низкая избирательность, сводящаяся к разделению всего исходного материала только на две группы - тяжелую и легкую, и, как следствие, низкая производительность сепарации при необходимости разделения исходного материала на несколько отличных по плотности фракций.
Техническим результатом является увеличение эффективности работы и производительности магнитогидростатического сепаратора.
k
k+1
Указанный технический результат достигается тем, что магнитогидростатический сепаратор, включающий магнитную систему с полюсными наконечниками, имеющими гиперболический профиль в вертикальной плоскости, камеру с магнитной жидкостью, расположенную в межполюсном зазоре, загрузочное и разгрузочное устройства, согласно изобретению снабжен устройством регулирования угла наклона магнитной системы к горизонту в пределах от 0 до 45 градусов, две или более пар полюсных наконечников формируют такое же количество участков межполюсного зазора, причем эффективная плотность магнитной жидкости соседних участков удовлетворяет условию ρ>ρ, где ρ - эффективная плотность магнитной жидкости, k - порядковый номер участка, каждая пара полюсных наконечников снабжена регуляторами напряженности магнитного поля. В вертикальной секущей плоскости профиль рабочей поверхности полюсного наконечника имеет либо гиперболическую форму, либо трапецеидальную форму, либо многоугольную форму. Кромки рабочей поверхности полюсных наконечников скруглены. Регуляторы напряженности магнитного поля выполнены в виде ферромагнитных пластин, установленных с возможностью вертикального движения между каждым полюсным наконечником и сердечником магнитной системы, и в виде магнитных шунтов, установленных с возможностью вертикального движения над каждой парой полюсных наконечников.
Конструкция предлагаемого магнитогидростатического сепаратора поясняется чертежами, представленными на фигурах 1-4:
Фиг.1. Магнитогидростатический сепаратор (вид спереди и вид сверху).
Фиг.2. Магнитогидростатический сепаратор (вид слева).
Фиг.3. Формы профиля поверхности полюсного наконечника: (а) - гиперболический профиль; (б) - трапецеидальный профиль; (в) и (г) - многоугольный профиль.
Фиг.4. Расположение магнитного шунта над полюсными наконечниками.
1
2
Электромагнитная система сепаратора (фиг.1, 2) состоит из ферромагнитного сердечника 1 с обмоткой намагничивания 2. По длине сердечника в его верхней части расположены попарно симметричные и параллельные полюсные наконечники 3, формирующие соответствующие числу пар количество участков межполюсного зазора, расширяющегося к выходному торцу сепаратора (на чертежах приведен пример сепаратора с четырьмя парами полюсных наконечников). В межполюсном зазоре размещена камера 4 из немагнитного материала. В камере 4 находится магнитная жидкость 5, которая удерживается за счет магнитного поля, создаваемого обмоткой 2 при протекании по ней электрического тока I. Сепаратор содержит загрузочное устройство 6 и разгрузочное устройство с контейнерами 7 для продуктов разделения, количество контейнеров соответствует количеству участков межполюсного зазора и количеству пар полюсных наконечников 3. Между сердечником 1 и каждым полюсным наконечником размещены ферромагнитные пластины 8, при перемещении которых в вертикальном направлении между сердечником 1 и полюсным наконечником образуется воздушный зазор Δ. Над каждой парой полюсных наконечников установлены магнитные шунты 9 (фиг.4), выполненные в виде пластин из ферромагнитного материала. Воздушный зазор Δ между магнитным шунтом 9 и парой полюсных наконечников 3 регулируется за счет перемещения шунта 9. Сепаратор снабжен устройством регулирования угла наклона α магнитной системы к горизонту в пределах от 0 до 45 градусов (на чертежах не показано).
В вертикальной секущей плоскости межполюсный зазор, образованный парами полюсных наконечников, расширяется кверху. Геометрия рабочей поверхности полюсного наконечника имеет либо гиперболическую, либо трапецеидальную, либо многоугольную форму (фиг.3).
1
2
k
k+1
Число разделяемых фракций в смеси немагнитных материалов равно числу участков межполюсного зазора и количеству пар полюсных наконечников. Величина межнолюсного зазора между парой полюсных наконечников, геометрии их профиля, величины воздушных зазоров Δ и Δ для каждой пары полюсных наконечников выбираются из условия ρ>ρ, где ρ - эффективная плотность магнитной жидкости, k - порядковый номер участка.
м
В заявляемом магнитогидростатическом сепараторе используется эффект изменения эффективной плотности магнитной жидкости, находящейся в неоднородном магнитном поле. В этом случае на единицу объема магнитной жидкости действуют магнитная сила f в направлении увеличения напряженности магнитного поля
M
0
f=µ·M·|∇H|,
0
где µ - магнитная проницаемость вакуума, M - намагниченность магнитной жидкости, |∇H| - модуль градиента напряженности магнитного поля.
Ж
м
Ж
Если направления силы тяжести (ρ·g) и магнитной силы f совпадают, то эффективная плотность магнитной жидкости ρ превышает плотность ρ магнитной жидкости при отсутствии магнитного поля
Регулируя эффективную плотность магнитной жидкости путем изменения напряженности магнитного поля, можно влиять на величину архимедовой силы и осуществлять разделение немагнитных материалов по их плотности.
1
Для первой пары полюсных наконечников величина минимального зазора δ между ними, геометрия их профиля и величина тока I в обмотке выбираются из условия, что эффективная плотность магнитной жидкости превышает плотность самой тяжелой фракции в смеси немагнитных материалов
1
Фмакс.
Ф,1
ρ>(ρ=ρ),
1
Ф макс.
Ф,1
где ρ - эффективная плотность магнитной жидкости на первом участке, ρ - плотность самой тяжелой фракции в смеси немагнитных материалов, ρ - плотность самой тяжелой фракции в смеси немагнитных материалов на первом участке.
В результате все фракции исходной смеси будут находиться на поверхности магнитной жидкости.
к
Ф(k-1)
Для второй и каждой следующей пары полюсных наконечников величина минимального зазора δ между ними, геометрия их профиля выбираются из условия отделения из смеси фракции с плотностью ρ:
Ф,k-1
k
Ф,k
Р>ρ>ρ,
k
Ф,k-1
Ф,k
где ρ - эффективная плотность магнитной жидкости на k-ом участке, Р - плотность самой тяжелой фракции в смеси немагнитных материалов на k-1-ом участке. ρ - плотность самой тяжелой фракции в смеси немагнитных материалов на k-ом участке.
м
м макс
м мин
макс
мин
Удельная магнитная сила f в верхней половине заполненного магнитной жидкостью рабочего зазора может изменяться от максимального значения f до минимального значения f. Соответственно и эффективная плотность магнитной жидкости изменяется от ρ до ρ.
Главное требование при выборе геометрии профиля пары полюсных наконечников на каждом участке, начиная со второго (k≥2), заключается в том, что в верхней половине заполненного магнитной жидкостью межполюсного зазора разница значений эффективной плотности не должна превышать разницы значений плотностей разделяемых фракций
k макс
k мин
Ф(k-1)
Ф k
(ρ-ρ)<(ρ-ρ).
Кромки на поверхности полюсных наконечников, обращенной к межполюсному зазору, скруглены для исключения концентрации магнитных силовых линий и резкого локального изменения эффективной плотности магнитной жидкости.
Магнитогидростатический сепаратор работает следующим образом.
м
1
м
2
м
В обмотке намагничивания 2 устанавливают ток I, необходимый для удерживания в рабочем зазоре сепаратора необходимого количества магнитной жидкости 5. С помощью устройства регулирования угла наклона магнитную систему сепаратора устанавливают под углом α к горизонту (0<α<45°), в результате чего плавающие на поверхности магнитной жидкости частицы будут двигаться по этой поверхности в направлении выходного торца сепаратора. Величина угла α выбирается из условий обеспечения необходимой производительности и точности процесса работы сепаратора. Из загрузочного устройства 6 на поверхность магнитной жидкости в зону первой ступени поступает смесь немагнитных частиц, подлежащих разделению. Величина тока I в обмотке 2 пропорционально влияет на величину напряженности магнитного поля и магнитную силу f. Ток регулируется таким образом, чтобы по мере движения частиц по наклонной поверхности магнитной жидкости происходило последовательное разделение фракций по плотности на каждом участке межполюсного зазора. Повышение точности разделения фракций по плотности производится путем дополнительного регулирования напряженности магнитного поля в пределах каждого участка зазора с помощью перемещения пластин 8 и/или магнитного шунта 9. При подъеме пластин 8 магнитное сопротивление для магнитного потока, обусловленное зазором Δ, увеличивается, что приводит к уменьшению напряженности магнитного поля в зазоре и уменьшению силы f. При опускании магнитного шунта 9 (фиг.4) происходит уменьшение зазора Δ и усиление эффекта шунтирования магнитного потока, вследствие чего напряженность магнитного поля в межполюсном зазоре и сила f уменьшаются.
В итоге поступающая из загрузочного устройства 6 (фиг.2) смесь немагнитных материалов сортируется по величине плотности на отдельные фракции, попадающие в контейнеры 7. В предлагаемом магнитогидростатическом сепараторе при однократной загрузке сепарируемой смеси увеличивается количество разделяемых по плотности фракций, что способствует повышению производительности и эффективности работы магнитогидростатического сепаратора.