СПОСОБ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ
METHOD OF ELECTRODYNAMIC SEPARATION

Изобретение относится к технологии разделения материалов по проводимости и может быть использовано для сепарации мелкодисперсного проводящего материала, например для отделения золота или другого металла из потока измельченной горной породы.
Известен способ извлечения электропроводящих немагнитных частиц из потока сыпучего материала (авт. свидетельство № 1346253 А1, МКл. В03С 1/08, 1/16), заключающийся в облучении материала переменным магнитным полем промышленной частоты 50 Гц и отделении немагнитных проводящих частиц за счет их отталкивания переменным магнитным полем электромагнитов.
Данный способ может быть использован для сепарации крупных проводящих частиц, поскольку используется низкая рабочая частота, не позволяющая создавать значительные наведенные поля в мелкодисперсных частицах.
Известен также способ электродинамической сепарации смеси электропроводящих и неэлектропроводящих частиц (авт. свидетельство № 1447408 А1, В03С 1/00), включающий разделение материала на классы по крупности, определение среднего диаметра частиц каждого класса крупности и воздействие на каждый класс материала переменным магнитным полем определенной частоты
где f - частота поля, Гц;
d - средний диаметр частиц, мм;
y - удельная проводимость частиц.
Недостатком этого способа является невозможность использования его для сепарации электропроводящего материала с произвольным диаметром частиц, поскольку частота магнитного поля выбирается под определенный средний диаметр частиц.
При сепарации электропроводящего материала произвольной крупности облучение полем определенной частоты приведет к пропуску частиц другой крупности, на которую не рассчитан сепаратор, а значит, его работа не будет эффективной по выделению всех возможных электропроводящих частиц.
В основу изобретения положена задача повышения эффективности извлечения мелкодисперсного электропроводящего материала произвольной крупности из потока измельченной горной породы.
Поставленная задача решается тем, что в способе электродинамической сепарации, включающем отделение электропроводящих частиц из смеси с непроводящим материалом под воздействием переменного магнитного поля, в качестве магнитного поля используют переменное магнитное поле импульсной формы с крутым задним фронтом длительностью
1
Г
где I - ток в индукторе радиуса R;
µ, σ, ρ - соответственно магнитная проницаемость, электропроводность и удельный вес сепарируемого материала;
k=3÷10 - коэффициент превышения силы Лоренца над весом частиц сепарируемого материала.
Заявляемый способ можно пояснить с помощью графических материалов, где на фиг.1 приведена структурная схема устройства, реализующего заявляемый способ, на фиг.2 схематично представлен индуктор сепаратора, на фиг.3 - форма импульсов тока.
1
Структурная схема устройства, реализующего заявляемый способ, включает схему 1 управления тока, соединенную через генератор 2 импульсов тока с индуктором 3. Частицы сепарируемого металла 4 отделяются от размельченной горной породы под действием магнитного поля H индуктора. Размельченная горная порода в виде песка, содержащая сепарируемый металл 4, подается в зону индуктора 3 через сопло 5. Частицы сепарируемого металла 4 под действием силы Лоренца отбрасываются из общего потока песчаной смеси в сторону накопителя - сборника 6.
Устройство работает следующим образом: от схемы управления 1 запускается генератор 2 импульсов тока с крутым задним фронтом длительностью τ и периодом повторения Т.
1
Импульсы тока генератора проходят через индуктор 3 (в виде витка провода), образуя в его центре вектор магнитного поля H, выталкивающего под действием сил Лоренца сепарируемые проводящие частицы металла 4 из общего потока размельченной горной массы, подаваемой в зону индуктора соплом 5, и накапливаются в накопителе-сборнике 6. Не содержащая металла горная порода под действием сил гравитации оседает по направлению 7.
1
2
Индуктор 3 имеет круглый виток с током I (фиг.2,а), в центре витка размещен электропроводящий диск, имитирующий частицу сепарируемого электропроводящего материала. Диск имеет средний радиус R и толщину h (фиг.2,б). На фиг 3,а изображена временная последовательность возбуждающих импульсов магнитного поля. На фиг.3,б дана спектральная характеристика заднего фронта возбуждающего импульса магнитного поля. При возбуждении индуктора последовательностью импульсов тока в форме фиг.3,а с длительностью заднего фронта τ и периодом повторения Т в проводящем диске под действием заднего фронта импульса наводится импульс тока I, который проникает в диск на глубину слоя скин-эффекта
где ω - средняя частота спектра возбуждающего сигнала фиг.3,б;
-7
µ=4π·10 Гн/м - магнитная проницаемость;
σ|См/м| - электропроводность диска.
Наведенная в диске вторичная ЭДС
где
t - текущее время относительно начала крутого спада импульса возбуждения;
Д
2
S=πR - площадь диска.
Следовательно,
Наведенный в диске импульс тока:
где |z| - эквивалентное сопротивление диска наведенному току.
С заменой в этой формуле  получим из (3):
С учетом (2) и приближения
1
2
Между возбуждающим током I и наведенным в диске током Iвозникает Лоренцева сила отталкивания
или с учетом (5) и соотношения
Для выталкивания электропроводящих частиц из магнитного поля индуктора необходимо соблюсти условие F>kP, где
ρ - удельный вес металла,
h - толщина диска;
- коэффициент превышения силы выталкивания над весом
сепарируемой частицы металла.
Из уравнения
или
1
можно определить требуемую длительность импульса в индуктивном витке, обеспечивающую выталкивание проводящего диска из магнитного поля витка при заданной амплитуде импульса тока I
Как известно, полоса возбуждаемых частот, в которой сосредоточено до 90% энергии поля, определяется как , при τ→0; Δω→∞.
Из (10) видно, что длительность импульса тока индуктора для любого металла определяется коэффициентом µσ/ρ, т.е. отношением его электропроводности и магнитной проницаемости к удельному весу, умноженным на четвертую степень напряженности магнитного поля в центре индуктора
5
3
3
1
Г
Пример: для сепарации части золота с электропроводностью σ=5·10 См/м и удельной плотностью ρ=19,3·10 кг/м при H=100 а/м, R=0,5 м, согласно формуле (10) необходима длительность заднего фронта импульсов тока в индукторе не более чем τ≤200 мкс.
Принципиальным отличием заявленного способа от прототипа является импульсная форма магнитного поля возбуждения, обладающая широкой полосой частот и обеспечивающая сепарацию проводящего материала любой крупности, что позволяет создать сепараторы более широкого промышленного применения. Кроме того, создание импульсной формы тока возбуждения достаточно большой мощности возможно более простым устройством, например разрядом накопительной емкости на индуктор. В случае же прототипа требуется достаточно мощный генератор узкополосных колебаний определенной частоты, что существенно удорожает электрическую часть сепаратора. В заявленном способе необходимая длительность импульса магнитного поля не зависит от крупности выталкиваемых из индуктора частиц металла, а подбирается для данного типа металла установкой напряженности первичного магнитного поля. При заданном магнитном моменте индуктора работоспособность сепаратора обеспечивается подбором длительности импульса τ.