МАГНИТНЫЙ СЕПАРАТОР

Область техники
Магнитный сепаратор относится к оборудованию для обогащения минерального сырья и предназначен для использования в горнодобывающей промышленности при обогащении магнитных и слабомагнитных материалов.
Уровень техники
Магнитное обогащение слабомагнитного сырья осуществляется на высокоградиентных магнитных сепараторах, которые используют электромагнитную систему для создания магнитного поля в зоне разделения и ферромагнитную матрицу для создания зон с высоким градиентом магнитного поля. От уровня этих величин зависит степень извлечения магнитной фракции и качество полученного конечного концентрата, что прямым образом влияет на дальнейший металлургический передел.
Для создания магнитного поля в большом объеме с высокой магнитной напряженностью и низким расходом эксплуатационных энергозатрат используют сверхпроводящие магнитные системы.
Матрица магнитного сепаратора должна удовлетворять следующим требованиям: создавать концентрацию магнитного поля в зоне сепарации с образованием высокого градиента магнитного поля; обеспечивать аккумуляцию слабомагнитных частиц на элементах матрицы; обеспечивать прохождение немагнитных частиц через элементы матрицы; обеспечивать очищение элементов матрицы от слабомагнитных частиц вне зоны магнитного поля.
На практике широкое применение нашли матрицы зубчато-пластинчатые и стержневого типа, как для обычных, так и для сверхпроводящих магнитных сепараторов.
Матрицы первого типа представляют собой ферромагнитные пластины, установленные с зазором между собой. Поверхность пластин выполнена рифленой, в виде чередующихся впадин и выступов авторское свидетельство СССР №1593701, от 04.01.1988. Между пластинами могут быть установлены дистанционные прокладки авторское свидетельство СССР №1502108, от 27.07.1987. Пульпа, содержащая обогащаемый материал, подается в зазоры между пластинами, магнитные частицы задерживаются на вершинах выступов, на которых сконцентрирована максимальная удерживающая сила, немагнитные частицы уносятся потоком пульпы в приемник. Магнитные частицы, после выхода матрицы из зоны действия магнитного поля смываются в сборник магнитной фракции. Обычно зазоры между зубцами соседних пластин составляют 1-2 мм.
Примером матрицы первого типа для сверхпроводящих магнитных сепараторов является конструкция пластинчатой матрицы из чередующихся магнитных и немагнитных полос, например конструкция магнитного сепаратора описанного в авторском свидетельстве СССР №1461507.
Недостатком матриц такого типа является забивание сильмагнитными частицами, которые удерживаются на зубцах полем рассеивания магнитной системы. Кроме того, острия зубцов постепенно изнашиваются и притупляются, что влечет за собой уменьшение расчетного градиента магнитного поля, а, следовательно, и удерживающих сил магнитного поля. То и другое снижают эффективность работы сепаратора. В дополнение к указанному, ферромагнитные элементы матрицы такого типа занимает большую долю объема в кассете и при любой магнитной асимметрии поля возникают силы одностороннего магнитного притяжения, создающие большие нагрузки на механическую часть сепаратора, способные привести к поломке или повышенному износу всей конструкции.
Матрицы стержневого типа представляют собой набор стержней из ферромагнитного материала, установленных, как правило, в шахматном порядке. Диаметр стержней имеет размер от 1 до 6 мм. Матрица с таким наполнителем лучше промывается водой под напором.
Однако ферромагнитные элементы кассеты с таким типом матрицы тоже занимают большую долю объема и также могут создавать большие силы одностороннего магнитного притяжения. Кроме того, ферромагнитные стержни сильно притягиваются друг к другу и требуют установки дистанционных прокладок, что также приводит к снижению каналов протока пульпы и возможной их забивки.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению, является магнитный сепаратор, описанный в патенте РФ №2300421, от 24.10.2005 принятый за прототип, содержащий намагничивающую систему, корпус, снабженный патрубками ввода очищаемой и вывода очищенной среды, рабочую матрицу, состоящую из стержневых осадительных проволочных элементов, выполненных в виде пружинных тел. При этом проволочные элементы выполнены в виде высокопористых пружинных тел, обладающих низкой металлоемкостью и способных формировать высокоградиентные магнитные поля. При этом оси пружинных тел ориентированы по отношению к намагничивающей системе таким образом, чтобы магнитный поток проходил вдоль осей пружинных тел и одновременно ориентированных поперек направления потока очищаемой среды в рабочей матрице.
Недостатком такого сепаратора является то, что при использовании пружинных элементов из тонкой проволоки, обеспечивающей создание высокого градиента магнитного поля, необходимого для улавливания слабомагнитных частиц, пружины, под действием магнитного поля, непредсказуемо сжимаются и нарушают рабочий процесс.
Раскрытие полезной модели
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, является увеличение надежности, срока службы магнитного сепаратора и повышение эффективности его работы.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в том, что заявляемое устройство способно улавливать пара- и ферромагнитные частицы тонких классов крупности, не теряя в процессе работы своих характеристик.
Технический результат заявленной полезной модели достигается тем, что магнитный сепаратор содержит намагничивающую систему, корпус, снабженный патрубками ввода очищаемой и вывода очищенной среды, рабочую кассету с матрицей, включающей стержневые осадительные элементы, при этом осадительные элементы выполнены в виде ферромагнитных трубок, на поверхности которых нарезан винтовой профиль, межвитковое пространство которого заполнено немагнитным материалом.
Кроме того, для повышения конструктивной жесткости осадительных элементов внутренняя полость ферромагнитных трубок заполнена немагнитным материалом.
Совокупность приведенных выше существенных признаков приводит к тому, что:
- обеспечивается конструктивная жесткость и неизменяемость всех элементов матрицы и режимов работы сепаратора;
- при выполнении трубок с характерными размерами радиусов острий винтового профиля около 20 микрон, можно удерживать магнитные и парамагнитные частицы сырья крупностью до 5 микрон;
- матрица магнитного сепаратора хорошо промывается и не забивается в процессе эксплуатации.
Кроме того, доля магнитного материала матрицы может составлять всего несколько процентов от объема всей матрицы сепаратора, что снижает все нагрузки на матрицу от действия магнитных сил и облегчает условия работы сепаратора. В конструкции такого осадительного элемента немагнитный заполнитель межвиткового пространства будет предохранять профиль трубок от чрезмерного износа. Такая конструкция способна значительно снизить металлоемкость рабочей матрицы с сохранением большой площади осадительной поверхности и обеспечением высокой эффективности работы сепаратора, его надежности и долговечности.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан магнитный сепаратор, помещенный в магнитное поле сверхпроводящего соленоида в разрезе, где цифрами обозначены:
1 - Кассета с магнитной матрицей.
2 - Осадительные элементы
3 - Сверхпроводящий соленоид.
На фиг. 2 показан магнитный сепаратор вид сверху, где цифрами обозначены:
1 - Кассета с магнитной матрицей.
2 - Осадительные элементы.
На фиг. 3 и 4 показаны профили осадительных элементов в разрезе.
Осуществление полезной модели
Ниже приведен пример конкретного выполнения устройства, который не ограничивает варианты его исполнения.
Так же как прототип, заявляемое техническое решение содержит намагничивающую систему в виде сверхпроводящего соленоида 3, корпус сепаратора (на фигурах не показан), снабженный патрубками (на фигурах не показаны) ввода очищаемой и вывода очищенной среды, кассету с рабочей матрицей 1. Стрелкой указано направление подачи очищаемой среды.
Магнитный сепаратор Фиг. 1 и 2 включает кассету 1 с магнитной матрицей. Матрица представляет собой набор осадительных элементов, каждый из которых выполнен в виде ферромагнитной трубки, на поверхности которой нарезан винтовой профиль, а межвитковое пространство профиля заполнено немагнитным материалом. Кассета 1 установлена внутри сверхпроводящего соленоида 3 и снабжена устройством для ввода ее в магнитное поле внутрь сверхпроводящего соленоида 3 и ее вывода (на фигурах устройство не показано). Стержни 2 установлены в шахматном порядке относительно друг друга (Фиг. 1) так, что их оси направлены перпендикулярно вектору внешнего магнитного поля В. Торцы стержней 2 жестко закреплены в кассете 1.
Каждая трубка 2 осадительного элемента фиг. 3 и 4, выполнена с нарезанным винтовым профилем, а межвитковое пространство профиля заполнено немагнитным материалом.
Ферромагнитные трубки могут быть выполнены с другим расчетным профилем, он может иметь разную форму с разный шаг, что определяется необходимым градиентом напряженности магнитного поля и характеристиками обогащаемого сырья.
Для повышения конструктивной жесткости осадительных элементов, внутренняя полость трубок также может быть заполнена немагнитным материалом. Например, в трубки могут быть вставлены капролоновые стержни.
Оси трубок в матрице ориентированы перпендикулярно вектору напряженности магнитного поля В. В такой конструкции трубки матрицы имеют высокую конструктивную жесткость, а градиент магнитного поля определяется геометрией и размером острий винтового профиля, с уменьшением которых растет величина градиента в локальной области. А заполнение межвиткового пространства профиля немагнитным материалом снижает износ матрицы и улучшает условия ее очистки.
Немагнитным заполнителем межвиткового пространства профиля трубок может служить пластик с хорошей адгезией к металлу.
Устройство работает следующим образом:
При введении кассеты с матрицей и осадительными элементами в магнитное поле сверхпроводящего соленоида, магнитопроводные трубки, намагничиваются и создают на остриях каждого витка, выходящих на внешнюю поверхность, в локальной области - градиент магнитного поля.
В процессе работы в кассету магнитного сепаратора подается сырье в виде пульпы Фиг. 1 (стрелкой указана подача сырья). Частицы сырья, обтекают осадительные элементы матрицы, при этом магнитные и слабомагнитные частицы притягиваются к вершинам (остриям) каждого витка профиля, выходящим на поверхность трубок, и удерживаются на них. Частицы немагнитной фракции выносятся в потоке пульпы из зоны магнитного поля.
При выводе матрицы магнитного сепаратора из зоны действия магнитного поля сверхпроводящего соленоида, действие магнитных сил на магнитные частицы прекращается и в матрицу подается вода для смыва магнитных частиц в приемник магнитной фракции.
Так как ферромагнитные трубки занимают не более 10% всего объема матрицы, то силы одностороннего магнитного притяжения, при возникновении магнитной асимметрии, не представляют большой величины, а трубки имеют высокую конструктивную жесткость и легко удерживаются на заданном расстоянии. В качестве немагнитного материала, заполняющего межвитковое пространство винтового профиля трубок, может быть взят износостойкий полиуретан, предохраняющий заполнитель матрицы (трубки) от износа.
Матрица такой конструкции с такими осадительными элементами не имеет каких-либо пазух, обладает малым гидравлическим сопротивлением, лучше промывается водой под напором и не имеет склонности к забиванию.