МАГНИТНЫЙ СЕПАРАТОР

Область техники
Полезная модель относится к оборудованию для обогащения минерального сырья и предназначено для использования в горнодобывающей промышленности при обогащении 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 зубчатопластинчатые 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 подобная конструкция устройства описана в Авторском свидетельстве №1593701 от 04.01.1988. Между пластинами могут быть установлены дистанционные прокладки, как в Авторском свидетельстве №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 от 28.02.1989.
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.
Известна также кассета магнитного сепаратора, Авторское свидетельство СССР №1079294 от 15.03.1984, включающая элементы ферромагнитного заполнителя из магнитной проволоки и узлы крепления элементов в кассете [4]. Кассета магнитного сепаратора такого типа имеет заполнитель, который занимает в кассете объем в 6-8 раз меньше и обеспечивает градиент напряженности, а, следовательно, и извлекающую магнитную силу, в 10-100 раз больше чем зубчатые пластины или стержни. Элементы ферромагнитного заполнителя из магнитопроводной проволоки выполнены в виде пучков, жестко закрепленных одним концом со стороны подачи сепарируемого материала в узлы крепления, выполненные в виде обойм, причем проволоки в пучках расположены продольно направлению подачи материала.
Недостатком такой кассеты с таким наполнителем является то, что в магнитном поле пучки проволоки слипаются под действием поля и нарушают процесс разделения.
Известен сверхпроводящий магнитный сепаратор, описанный в патенте США №US 5004539 от 02.04.1991, который содержит носитель, сепараторный контейнер, впускную трубку для впрыскивания в контейнер с суспензией воды и каолина, который содержит, ферромагнитные частицы, выпускную трубку для проведения суспензии из контейнера и магнит сверхпроводника, содержащий по меньшей мере одну сверхпроводниковую катушку, и средства Дьюара, в катушке, содержится емкость, с осевыми полюсными наконечниками, расположенными на противоположных концах контейнера, один из которых включает в себя средства для проведения подвода суспензии в емкость и второй средство для проведения вывода суспензии из емкости; опорную стойку, проходящую в осевом направлении от первой до второй полюсной детали, стойка имеет, по меньшей мере, один осевой канал, сообщающийся с одной из указанных входных и выходных труб, и множество отверстий через радиальную поверхность из упомянутого, по меньшей мере, одного осевого канала, и набивку ферромагнитного материала, заполняющего указанный емкость снаружи указанной стойки, так что поток суспензии проходит в осевом канале через указанные отверстия и через указанную насадку для контакта с ферромагнитными частицами с указанной насадкой, так что указанные частицы удаляются магнитно из указанной суспензии; и ферромагнитные средства, расположенные вне упомянутого сверхпроводящего магнита
Недостатком данного технического решения является то, что набивка из стальных волокон в магнитном поле тоже непредсказуемо сжимается, проход сечение пульпы в матрице может меняться и рабочий процесс может нарушаться.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению, является магнитный сепаратор, Патент РФ №2300421, от 24.10.2005, содержащий намагничивающую систему, корпус, снабженный патрубками ввода очищаемой и вывода очищенной среды, рабочую матрицу, состоящую из стержневых проволочных элементов, выполненных в виде пружинных тел [6]. Пружинные тела ориентированы по отношению к намагничивающей системе с возможностью прохождения генерируемого ей магнитного потока 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 направлена заявляемая полезная модель, является увеличение надежности, срока службы обычного и сверхпроводящего 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 предложен магнитный сепаратор, содержащий намагничивающую систему, корпус, снабженный патрубками ввода очищаемой и вывода очищенной среды, рабочую кассету с матрицей, с осадительными элементами, выполненными в виде стержней, при этом стержни осадительных элементов выполнены из немагнитного материала, и содержат внутри вдоль своей оси ершики, из магнитной проволоки, концы которой выходят на поверхность стержней.
В предпочтительном варианте:
- ершики, установленные в немагнитных стержнях, выполнены в виде плоской двусторонней щетки и каждый стержень установлен в кассете так, что плоскость щетки параллельна направлению вектора напряженности магнитного поля;
- ершики, содержат проволоку разного сечения.
Совокупность приведенных выше существенных признаков приводит к тому, что:
- обеспечивается жесткость и неизменяемость всех элементов матрицы и режимов работы сепаратора за счет того, что концы проволоки ершиков, выходящие на поверхность стержней и являющиеся концентраторами магнитного поля, жестко зафиксированы в своем положении на стержнях матрицы немагнитным материалом (компаундом), а стержни, в свою очередь, закреплены в корпусе матрицы;
- при использовании тонкой проволоки для изготовления ершиков, появляется возможность удерживать очень мелкие частицы крупностью до 2-3 микрон с очень низкой магнитной восприимчивостью, что недостижимо в аналогичных конструкциях;
- 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 стержней будет не только удерживать проволочные элементы от слипания, но и предохранять их от чрезмерного износа. При изнашивании в процессе работы стержней матрицы, характеристики ее не изменяются: ни сила осаждения, действующая на магнитные частицы, ни площадь осаждения. 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 виды осадительных элементов в поперечном 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) подачи очищаемого сырья и вывода фракций (очищенной среды), кассету с рабочей матрицей 1. Стрелкой указано направление подачи очищаемой среды.
Заявляемый магнитный сепаратор (Фиг. 1 и 2), включает кассету 1 с магнитной матрицей. Матрица представляет собой набор осадительных элементов, каждый из которых выполнен в виде стержня 2 с монолитно установленным внутри него ершиком. 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.
Каждый стержень 2 осадительного элемента (Фиг. 3), выполнен из немагнитного материала, ершики фиг. 3-4 расположены внутри стержня вдоль его оси, и изготовлены из магнитной проволоки, концы которой выходят на поверхность стержней и, сделаны либо заподлицо с поверхностью немагнитного материала стержней, либо выступают на длину 2-5 своих диаметров (т.е. при толщине проволоки 10 микрон выступ составляет 20-50 микрон). Осадительные элементы могут быть сделаны путем помещения проволочного ершика в трубчатую форму и заливки его тем или иным компаундом с последующей полимеризацией и изъятием полученного стержня из формы.
Так как градиент магнитного поля направлен к концам магнитной проволоки ершиков только в плоскости вектора напряженности магнитного поля, ершики могут быть изготовлены как с равномерной навивкой проволоки Фиг. 3 так и в виде плоской двусторонней щетки Фиг. 4, а стержни установлены в кассетах 1 так, что плоскость двусторонней щетки совпадает с направлением вектора напряженности магнитного поля.
Кроме этого, для улавливания частиц различной крупности ершики могут быть намотаны из проволоки различного сечения.
Устройство работает следующим образом:
При введении кассеты 1 с матрицей и осадительными элементами 2 в магнитное поле сверхпроводящего соленоида 3, ершики, изготовленные из магнитного материала, намагничиваются и создают на концах проволоки, выходящих из немагнитных стержней, 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 стержни матрицы, при этом магнитные и слабомагнитные частицы притягиваются к концам проволоки, выходящим на поверхность немагнитных стержней, и удерживаются на них. Частицы немагнитной фракции выносятся в потоке пульпы из зоны магнитного поля матрицы.
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 ершики стержней матрицы занимают всего 5-7% всего объема матрицы, то силы одностороннего магнитного притяжения, при возникновении магнитной несимметрии, не представляют большой величины, а стержни легко удерживаются на заданном расстоянии друг от друга. Немагнитный материал стержней удерживает проволочные элементы ершиков на заданной дитанции и предохраняет их от износа. Кроме того, даже при общем износе стержней градиент магнитного поля матрицы определяется толщиной проволоки ершиков и никак не изменяется, сохраняя свою величину, что всегда обеспечивает стабильные показатели работы магнитного сепаратора. Для дополнительного уменьшения содержания массы и объема магнитных ершиков, ершики, установленные в немагнитных стержнях, могут быть выполнены в виде плоской двусторонней щетки.
Кроме того, так как частицы исходного сырья, поступающего на магнитное обогащение, могут иметь разную крупность и разную магнитную восприимчивость, то целесообразно в начале процесса отобрать более крупные частицы и частицы с большей магнитной восприимчивостью. Для этого ершики стержней ферромагнитного заполнителя могут быть навиты из проволоки различного сечения, а именно: те стержни, которые стоят в начале подачи потока пульпы, навиты из проволоки большего сечения, а те, что стоят на выходе потока, - из проволоки меньшего сечения.
Таким образом, заявленная полезная модель решает следующие основные проблемы, а именно: магнитный сепаратор с матрицей такой конструкции не имеет каких-либо пазух, обладает малым гидравлическим сопротивлением, лучше промывается водой под напором и не имеет склонности к забиванию.