МАГНИТНАЯ МАТРИЦА ДЛЯ МАГНИТНОГО СЕПАРАТОРА С ВЫСОКОЙ ИНТЕНСИВНОСТЬЮ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
MAGNETIC MATRIX FOR A MAGNETIC SEPARATOR WITH HIGH MAGNETIC FIELD INTENSITY

Изобретение относится к магнитной матрице для магнитного сепаратора с высокой интенсивностью магнитного поля (WHIMS), используемой для извлечения сверхмелких частиц руды, которая значительно уменьшает объем хвостов, возникающих в процессе добычи, что позволяет снизить влияние на окружающую среду, связанное с их хранением в отвалах, а также более полно использовать природные ресурсы.
Уровень техники
В добываемой руде содержатся примеси. Эту руду необходимо очищать с целью обогащения и увеличения ее добавленной стоимости. Перед очисткой руду подвергают мокрому грохочению и превращают в пульпу, которую затем подают в магнитные матрицы сепараторов.
Уже известны магнитные сепараторы, которые в процессах магнитного обогащения используют для отделения магнитных частиц, содержащихся в пульпе, что позволяет получить продукт хорошего качества. Эти сепараторы характеризуются как эффективностью, так и удобством использования, и их используют для выделения мелких фракций из магнитных и немагнитных руд.
Примерные магнитные сепараторы описаны в документах US 3,830,367 и СА 717,830. Внутри этих магнитных сепараторов установлены магнитные матрицы, состоящие из намагничиваемых стальных пластин, имеющих продольные канавки, проходящие с обеих сторон этих пластин по всей их поверхности. Каждая матрица имеет несколько пластин, установленных вертикально, параллельно и друг против друга, в результате чего между канавками смежных пластин возникают каналы, по которым перемещается рудная пульпа. Канавки имеют в сечении треугольную форму, и на возникших в результате верхних кромках происходит концентрация силовых линий и возникает сильное магнитное поле. Между пластинами, имеющими канавки, установлены разделители, которые обеспечивают заданное расстояние между упомянутыми верхними кромками в расположенных напротив пластинах. Это пространство между расположенными напротив верхними кромками представляет собой промежуток в матрице, величина которого измеряется в мм, в котором перемещается разделяемая рудная пульпа, и который в области процессов магнитной сепарации при высокой интенсивности магнитного поля называют "зазором".
Зазор, или промежуток, между пластинами с канавками представляет собой воздушное пространство, через которое должны проходить силовые линии магнитного поля, поэтому он является основной характеристикой, задаваемой при выполнении процесса магнитной сепарации, так как от него, помимо других факторов, зависит интенсивность возникающего магнитного поля. Зазор также задает максимальный размер частиц минерала, которые могут проходить через матрицу. Как правило, существуют зазоры нескольких типичных величин, например, 1,5 мм; 2,0 мм; 2,5 мм; 3,0 мм; 3,2 мм и 3,8 мм, кроме того, зазор может иметь размер в промежутке между указанными величинами, и иногда может составлять до 5,0 мм.
Эти матрицы устанавливают по окружности стальных роторов и намагничивают за счет индукции, когда роторы вращаются и проходят мимо магнитных полюсов сепараторов. Из-за магнитного поля, возбужденного полюсами, намагничиваемые частицы рудной пульпы, загруженной в магнитные матрицы, притягиваются и улавливаются пластинами этих матриц, в то время как хвосты, содержащие немагнитные частицы, проходят по каналам, возникшим между канавками, и направляются к выпуску для хвостов.
В настоящее время в процессах магнитной сепарации при высокой интенсивности магнитного поля (WHIMS) требуется, чтобы сепарация проводилась в очень узких каналах или промежутках, что является условием обеспечения высокой интенсивности и высоких градиентов магнитного поля. Сокращение запасов минеральных ресурсов и необходимость повторного использования отходов приводят к тому, что неуклонно уменьшается размер частиц минералов, которые необходимо обрабатывать, и требуются все более сильные магнитные поля и высокие градиенты, это влечет за собой неуклонное уменьшение промежутков в магнитных матрицах, через которые должны проходить сепарируемые частицы.
В известных магнитных сепараторах, в которых используются матрицы с пластинами, имеющими канавки, максимальная интенсивность магнитного поля имеет предельное значение приблизительно 15000 Гс (1,5 Тл), которое получают при использовании зазора величиной 1,5 мм. Это предельное значение интенсивности поля не позволяет выполнять магнитную сепарацию тех частиц руды, содержащихся в пульпе, которые можно извлечь только в магнитных полях с интенсивностью выше 15000 Гс (1,5 Тл) из-за их очень небольшого размера, согласно гранулометрии, и низкой магнитной восприимчивости. Как следствие, эти магнитные частицы, которые имеют коммерческую ценность, остаются в хвостохранилищах, что влияет на окружающую среду.
Для увеличения этого магнитного поля было предложено помещать плоские просечно-вытяжные стальные листы между пластинами с канавками. Этот эксперимент привел к увеличению интенсивности магнитного поля в матрицах, но такое решение не позволяет улучшить эксплуатационные характеристики магнитных сепараторов с высокой интенсивностью магнитного поля существенным образом, и по этой причине отсутствует информация о его применении на практике.
Трудности, с которыми пришлось столкнуться, обусловлены тем, что по практическим соображениям были использованы обычные предлагаемые на рынке матрицы, в которых пластины с канавками установлены таким образом, что их выступы расположены друг против друга, и это заставило использовать плоские просечно-вытяжные стальные листы, или пластины. В упомянутых плоских просечно-вытяжных стальных листах, из-за того, что они не входят в углубления, созданные канавками в пластинах, протяженность собирающих кромок ограничена шириной матрицы. Но из-за расположения выступов смежных пластин, имеющих канавки, друг против друга можно использовать только плоские просечно-вытяжные листы.
Кроме того, вынимание таких плоских просечно-вытяжных листов, из-за того, что они не входят в канавки в пластинах, не может сопровождаться очисткой этих канавок за счет соскабливания. Поэтому эти плоские листы не устраняют проблему в виде трудности очистки пластин с канавками и не устраняют риск засорения матрицы.
Таким образом, при известном уровне техники, который описан выше, существует множество ограничений, препятствующих извлечению сверхмелких частиц, из которых основными являются следующие:
1. Ограничение магнитного поля и градиента значениями, которых недостаточно для притягивания и отделения микрочастиц;
2. Свободное и беспрепятственное прохождение пульпы через каналы, образованные канавками в матрицах, что приводит к ее перемещению с очень высокой скоростью и поэтому значительно уменьшает время, имеющееся для улавливания микрочастиц;
3. Мало собирающих кромок на пластинах с канавками, протяженность этих кромок ограничена протяженностью выступов, созданных канавками.
В качестве попыток устранить эти проблемы, за последние 50 лет было разработано несколько моделей матриц, в которых используются металлические сферы, стальные губки и, наконец, плоские просечно-вытяжные стальные листы, помещенные между пластинами с канавками, но все они имели ограниченный успех, и все еще остается основная проблема, заключающаяся в трудности очистки матриц в случае засорения, которое приводит к остановке производства.
Задачи изобретения
Одна задача изобретения - сделать возможной работу магнитных сепараторов с интенсивностью магнитного поля до 18000 Гс (1,8 Тл) и градиентами до 4000 Гс/мм (0,4 Тл/мм), что приведет к увеличению количества и разнообразия магнитных частиц, которые можно отделить и извлечь из рудной пульпы, и позволит отделять частицы, имеющие меньший размер и меньшую магнитную восприимчивость.
Еще одна задача изобретения - предложить матрицу для магнитного сепаратора, которую легко очищать, и которая уменьшает риск засорения сепаратора и, как следствие, перерыва в работе установки, в которой смонтирован магнитный сепаратор.
Кроме того, целью настоящего изобретения является уменьшение количества минеральных остатков и хвостов, хранящихся в отвалах, а также уменьшение расхода воды в процессе добычи.
Другая задача изобретения - увеличить до максимума количество и качество материала, имеющего коммерческую ценность, который извлекается из руды, чтобы таким образом поднять стоимость этого материала, используемого далее как сырье.
Помимо этого, целью настоящего изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик магнитных сепараторов за счет увеличения количества и разнообразия магнитных частиц, которые можно отделить и извлечь из рудной пульпы, что позволит отделять частицы, имеющие меньший размер и меньшую магнитную восприимчивость.
Сущность изобретения
Проблемы, обусловленные существующим уровнем техники, устраняются при помощи магнитной матрицы для магнитного сепаратора с высокой интенсивностью магнитного поля, в которую подают пульпу, содержащую магнитные и немагнитные частицы, причем магнитная матрица содержит множество металлических пластин, имеющих канавки на двух поверхностях, в корпусе эти пластины с канавками установлены в ряд, параллельно друг другу и дистанцированными друг от друга на одинаковый промежуток, и выступы на каждой из упомянутых поверхностей каждой металлической пластины с канавками выровнены с углублениями на обращенной к ней поверхности смежной металлической пластины с канавками.
В каждом промежутке между смежными пластинами с канавками расположен волнистый просечно-вытяжной лист, при этом волнистость волнистых просечно-вытяжных листов соответствует выравниванию выступов и углублений в смежных пластинах с канавками.
Магнитная матрица может содержать волнистые просечно-вытяжные листы разной высоты, высота этих листов меньше высоты пластин с канавками или равна ей. Высоту каждого волнистого просечно-вытяжного листа выбирают в зависимости по меньшей мере от одного из следующего: гидравлической нагрузки, расхода пульпы и времени нахождения пульпы в матрице. Каждый волнистый просечно-вытяжной лист имеет ручку на его верхнем крае.
Эта конфигурация обеспечивает идеальное соответствие вставляемых просечно-вытяжных стальных листов, которые имеют волнистость, пространствам между пластинами с канавками.
Краткое описание чертежей
Из сопровождающих чертежей:
на Фиг.1 приведен вид спереди магнитной матрицы, соответствующей известному уровню техники, в которой используются пластины с канавками, установленные с расположением выступов друг против друга;
на Фиг.1А в увеличенном масштабе показана часть магнитной матрицы, изображенной на Фиг.1;
на Фиг.1В в увеличенном масштабе показана часть магнитной матрицы, изображенной на Фиг.1, с расположенными между пластинами плоскими просечно-вытяжными стальными листами;
на Фиг.2 показана магнитная матрица, соответствующая настоящему изобретению;
на Фиг.2А в увеличенном масштабе показана часть магнитной матрицы, изображенной на Фиг.2;
на Фиг.2В в увеличенном масштабе показана часть магнитной матрицы, изображенной на Фиг.1, с расположенными между пластинами волнистыми просечно-вытяжными стальными листами;
на Фиг.3 магнитная матрица, соответствующая настоящему изобретению, показана в изометрии;
на Фиг.3А в увеличенном масштабе показана часть магнитной матрицы, изображенной на Фиг.3А, на этом чертеже убрана часть внешнего корпуса матрицы и показано, как она выглядит внутри;
на Фиг.3В в увеличенном масштабе показаны пластины с канавками и волнистые листы в виде решетки, находящиеся внутри матрицы, изображенной на Фиг.3;
на Фиг.4 показана магнитная матрица, в которой на разных уровнях сделаны вырезы для демонстрации расположения пластин с канавками и волнистых листов в виде решетки;
на Фиг.5 подробно показан волнистый просечно-вытяжной лист в виде решетки, находящийся перед пластиной с канавками.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Настоящее изобретение может быть лучше понято, если обратиться к Фиг.1 - Фиг.5. На Фиг.1 показана обычная магнитная матрица 1, которая является стандартной на рынке в настоящее время, и которую можно рассмотреть в деталях на Фиг.1А. В магнитных матрицах магнитных сепараторов с высокой интенсивностью магнитного поля (WHIMS) пластины 7 с канавками установлены таким образом, что выступы смежных пластин находятся точно на линии 3. Промежуток между пластинами 7 с канавками указан ссылочным номером 6 и представляет собой расстояние между выступами таких смежных пластин. Этот промежуток в области процессов магнитной сепарации называется просто "зазором".
На Фиг.1В в увеличенном масштабе показан вариант магнитной матрицы, в котором между смежными пластинами с канавками установлен плоский просечно-вытяжной лист 5. Необходимо отметить, что установка пластин с канавками таким образом, чтобы их выступы располагались друг против друга, не обеспечивает достаточного пространства между двумя пластинами с канавками для вставки между ними волнистого листа, который полностью входит в канавки этих пластин.
На Фиг.2 показана магнитная матрица 8, соответствующая настоящему изобретению и снабженная пластинами 7 с канавками, которые можно рассмотреть в деталях на Фиг.2А. Линией 10 показано расположение друг против друга выступа на одной пластине и углубления на смежной пластине, отличающее эту конфигурацию "выступ напротив углубления". Этот тип сборки пластин 7 с канавками позволяет вставлять между двумя смежными пластинами волнистый просечно-вытяжной лист 12, предпочтительно изготовленный из стали, который, по существу, заполняет пространство в канавках, как в увеличенном масштабе показано на Фиг.2В.
Если сравнить Фиг.1В с Фиг.2В, можно увидеть, что волнистый просечно-вытяжной лист 12 имеет общую протяженность, превышающую протяженность плоского просечно-вытяжного листа 5 на величину до 41%. Это увеличение протяженности может быть подтверждено тем фактом, что полная ширина волнистого просечно-вытяжного листа 12 представляет собой сумму длин боковых сторон равнобедренных прямоугольных треугольников, которые один за другим входят в канавки, в то время как протяженность плоского просечно-вытяжного листа равна сумме длин оснований этих треугольников. Геометрическая взаимосвязь показывает, что сумма длин боковых сторон этих треугольников в 1,41 раза превышает длину их оснований.
Такая конфигурация волнистого просечно-вытяжного стального листа 12, делающая возможным это увеличение протяженности, является одним из основных факторов, увеличивающих производительность магнитной матрицы волнистой конфигурации, так как данное увеличение протяженности непосредственно приводит к увеличению поверхности, на которой происходит сбор магнитных микрочастиц.
На Фиг.3 соответствующая настоящему изобретению магнитная матрица 8, в которой пластины 7 с канавками установлены по принципу "выступ напротив углубления", и между этими пластинами расположены волнистые листы 12, показана в изометрии. Этот вариант реализации изобретения наилучшим образом можно рассмотреть на Фиг.3А, где приведен вид в увеличенном масштабе, и матрица показана без части внешнего корпуса, чтобы можно было увидеть пластины и листы внутри нее, и на Фиг.3В, где подробно показано внутреннее пространство матрицы. Волнистые листы состоят из ряда волнистых или зигзагообразных узких полосок 16, образующих волнистую просечно-вытяжную решетку. Такие волнистые решетки 12 имеют на углах собирающие кромки 17, которые также создают градиент магнитного поля, обеспечивающий притягивание магнитных микрочастиц. Такие волнистые листы 12 в виде решетки вставлены между пластинами с канавками.
Как можно видеть на Фиг.3, для работы с волнистыми просечно-вытяжными листами 12 на их верхних краях предусмотрены ручки 15, при помощи которых эти листы можно перемещать вверх и вниз как при их установке и удалении, так и во время очистки пластин с канавками.
На Фиг.4 показана магнитная матрица 8, имеющая конфигурацию "выступ напротив углубления", в которой на разных уровнях сделаны вырезы, чтобы можно было увидеть волнистые листы 12 с разной высотой - большей высотой 19 и меньшей высотой 20. Поток подаваемой пульпы указан стрелкой 18. За счет выбора подходящей высоты волнистого просечно-вытяжного листа 12 можно регулировать падение давления жидкости для задания расхода пульпы, а также правильно выбирать время нахождения пульпы в матрицах сепаратора в соответствии с особенностями обрабатываемого минерала.
На Фиг.5 показан волнистый просечно-вытяжной лист 12, находящийся перед пластиной 7 с канавками. Некоторые собирающие кромки 17 показаны жирными линиями 21 для указания длины линейных участков, на которых собираются магнитные частицы, чтобы лучше продемонстрировать эффект, который увеличенная протяженность волнистого просечно-вытяжного листа оказывает на увеличение производительности.
Описанные здесь модификации магнитной матрицы данного типа с волнистой конструкцией также имеют три особенности, которые улучшают процесс магнитной сепарации, а именно:
1. Наличие листа между пластинами позволяет уменьшить расход пульпы, используемой при сепарации, что уменьшает гидродинамическое воздействие содержащейся в ней воды на микрочастицы. Уменьшенный расход - это ключевой фактор, позволяющий обеспечить достаточное время для сбора микрочастиц на кромках узких полосок, возникших при изготовлении волнистых просечно-вытяжных листов.
2. Волнистая форма просечно-вытяжного листа и множество кромок на таком листе позволяют существенно увеличить количество мест сбора микрочастиц, что увеличивает количество извлекаемого продаваемого продукта. Эти увеличение протяженности собирающих кромок узких полосок в сочетании с уменьшением скорости пульпы и возникновением высоких градиентов магнитного поля в итоге увеличивают до максимума степень извлечения и качество продукта, имеющего магнитные свойства.
3. То, что пластины с канавками установлены таким образом, что выступы находятся напротив углублений, и волнистая форма просечно-вытяжных листов, вставленных в каналы, образованные расположенными друг против друга пластинами с канавками, повторяет форму этих пластин, приводит к возникновению сэндвича, который в случае засорения каналов по какой-либо причине делает возможным быстрое устранение препятствий путем простого вынимания этих волнистых стальных экранов из каналов матрицы.
Вынимание экрана приводит к удалению материалов, вызвавших засорение. Вынутый экран можно затем очистить и легко повторно установить в исходное положение, чтобы таким образом завершить процесс устранения засорения. В этом случае нет необходимости в использовании другого оборудования для очистки небольшого пространства между пластинами с канавками, так как эти волнистые просечно-вытяжные листы служат в качестве естественного в этих условиях инструмента для очистки канавок в случае засорения.
Кроме того, такая магнитная матрица волнистой конфигурации обладает тем свойством, что при воздействии на нее поля магнитного сепаратора она позволяет получить магнитную индукцию до 18000 Гс (1,8 Тл) с градиентами магнитного поля до 4000 Гс/мм (0,4 Тл/мм), что значительно повышает ее способность к извлечению сверхмелких частиц из обрабатываемой руды. Это обусловлено тем, что волнистые просечно-вытяжные листы способствуют увеличению магнитного поля в этой матрице.
Совместное действие всех этих описанных особенностей в итоге позволяет обеспечить отличные эксплуатационные характеристики, производительность и легкость использования магнитной матрицы волнистой конфигурации, являющейся объектом настоящего изобретения.
Приведенный выше пример представляет собой предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения, при этом необходимо понимать, что объем настоящего изобретения охватывает все возможные модификации и ограничен только содержанием пунктов приложенной Формулы изобретения, которые включают все возможные эквиваленты.