СЕПАРАТОР МАГНИТНЫЙ ДВУХКАСКАДНЫЙ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ СУХИХ СЫПУЧИХ СЛАБОМАГНИТНЫХ РУД

Полезная модель относится к технологии магнитного обогащения сухих сыпучих слабомагнитных руд и может быть использована в горнодобывающей отрасли, например, для обогащения окисленных железных руд.
Известные двухкаскадные валковые электромагнитные сепараторы предназначенные для обогащения сыпучих слабомагнитных руд [1]. Такие валковые сепараторы оснащены мощными электромагнитами и в замкнутой магнитной цепи, на выступах зубцов валка имеют магнитные индукции порядка (1,2-1,7) Тл, что позволяет получить магнитную силу поля на поверхности зубца наибольшую из возможных в процессах магнитного обогащения. Валковым сепараторам [1], которые можно рассматривать, как функциональные аналоги предложенному сепаратору, свойственны следующие недостатки:
- наличие больших магнитных сил взаимного притяжения валков к полюсам электромагнитов, что приводит к быстрому изнашиванию и разрушению шарикоподшипниковых опор;
- низкая удельная производительность;
- большие расходы электроэнергии;
- расход кабельной, коммутационной аппаратуры и аппаратуры защиты катушек электромагнитов.
Известен двухкаскадный барабанный магнитный сепаратор [2], в котором реализуется способ двухступенчатого обогащения сильномагнитных руд. Магнитный сепаратор [2] включает два магнитных барабана, установленных на разных уровнях и друг за другом в направлении перемещения измельченной сыпучей руды, подлежащей магнитному обогащению. Магнитные барабаны смонтированы в одном корпусе, каждый из которых обеспечен устройствами подачи на их рабочую поверхность руды, разделителей потоков руды в процессе ее магнитного обогащения и приемников просепарированной руды. Каждый из барабанов имеет свой индивидуальный электропривод. Оба
1
2
магнитных барабана представляют собой тонкостенные немагнитные цилиндры, внутри которых установлена неподвижная магнитная система, составленная из отдельных феритбариевых постоянных магнитов, закрепленных на ферромагнитном шунте. Каждый из магнитов намагничен радиально относительно рабочей поверхности барабана, а сами магниты установлены внутри барабана по дуге с чередованием их полярности в направлении перемещения руды. Напряженность магнитного поля на поверхности первого магнитного барабана (H=80 КА/м) меньше, чем соответствующая напряженность на втором магнитном барабане (Н=100 КА/м). Скорость вращения первого барабана больше, чем скорость вращения второго барабана.
Недостатком двухкаскадного барабанного сепаратора [2], принятого в качестве прототипа, является его недостаточная эффективность для обогащения слабомагнитных руд, что обусловливается, в первую очередь, низкой магнитной энергией ферритбариевых постоянных магнитов, из которых состоит магнитная система сепаратора [2], и как следствие - низкие значения магнитных сил поля в рабочем объеме сепаратора, недостаточные для обогащения слабомагнитных руд. Поэтому традиционно обогащение слабомагнитных руд осуществляют на двух- или многоступенчатых валковых сепараторах [1].
Освоение высокоэнергетических постоянных магнитов (Nd-Fe-B) позволяет создавать магнитные системы сепараторов на постоянных магнитах с величиной магнитной индукции и магнитных сил, соизмеримых с величинами, получаемыми на валковых электромагнитных сепараторах, что открывает путь для интенсификации магнитных систем на постоянных магнитах и созданию барабанных магнитных сепараторов для обогащения слабомагнитных руд.
Но простой заменой в барабанных магнитных сепараторах, в том числе и в сепараторе [2], слабоэнергетических ферритбариевых постоянных магнитов на высокоэнергетические (Wd=300-500 кДж/м3) Nd-Fe-B магниты не удается достичь достаточной эффективности обогащения слабомагнитных руд. Такая замена должна сопровождаться дополнительно соответствующими
изменениями конструкции магнитных систем (топологии их магнитного поля), а также изменением технологических параметров и некоторых характеристик сепаратора в целом. Так, увеличение в несколько раз величины магнитной индукции магнитного поля, в котором вращается тонкостенный немагнитный цилиндр, на порядок и больше увеличивает мощность тепловых потерь от протекания вихревых токов в этом цилиндре. Тепло, которое выделяется в цилиндре, передается от нагретого цилиндра через небольшой воздушный промежуток постоянным магнитам (Nd-Fe-B), которые являются термонестойкими и допускают максимальную температуру не более 220°С, теряя при таких предельно допустимых температурах часть магнитной индукции на их поверхности. Допустимая температура нагревания магнитов накладывает ограничение на частоту вихревых токов, а значит при других одинаковых условиях, на скорость вращения барабанов. В свою очередь ограничение скорости вращения барабанов сопровождается ограничением величины центробежных сил, действующих на частицы руды, и являющихся определяющими в процессе разделения магнитных и немагнитных фракций руды. Поэтому для эффективного обогащения слабомагнитных руд на магнитных сепараторах барабанного типа необходимо, кроме замены в магнитных барабанах слабоэнергетических постоянных магнитов, магнитами высокой энергии (Nd-Fe-B) изменить конструкцию самих магнитных систем, соотношение между числом оборотов первого и второго магнитных барабанов, их диаметрами, удельную величину производительности барабанов, высоту слоя потока руды на поверхности барабанов.
В основу полезной модели поставленная задача совершенствования двухкаскадного магнитного сепаратора для обогащения сухих сыпучих слабомагнитных руд путем выполнения магнитных систем барабанного сепаратора из высокоэнергетических постоянных магнитов и изменением конструкции магнитной системы второго магнитного барабана.
Поставленная задача решается тем, что сепаратор магнитный двухкаскадный для обогащения сухих сыпучих слабомагнитных руд, что включает корпус, в котором в направлении перемещения руды, что подлежит
обогащению, устанавливают на разных уровнях и друг за другом два магнитных барабана различной магнитной интенсивности, магнитная система первого из которых неподвижна, размещена по дуге 90°-180° внутри установленного с возможностью вращения, тонкостенного немагнитного цилиндра и составлена из отдельных постоянных магнитов чередующейся полярности, закрепленных на ферромагнитном шунте и намагниченных по нормали относительно поверхности барабана, а магнитная система второго магнитного барабана выполнена с большей интенсивностью магнитных сил поля на его рабочей поверхности, чем на рабочей поверхности первого магнитного барабана, при этом магнитные системы обоих магнитных барабанов выполняют из постоянных магнитов высокой энергии и магнитную систему второго магнитного барабана выполняют из постоянных магнитов установленных с чередованием их полярности по оси барабана и оснащают устройством очистки рабочей поверхности от осевших на нее магнитновосприимчивых частиц руды.
Поставленная задача решается тем, что магнитную систему второго магнитного барабана выполняют с аксиально намагниченных соосных кольцевых или дисковых постоянных магнитов, разделенных между собой по оси барабана ферромагнитными кольцами или дисками, к которым постоянные магниты прилегают одноименными полюсами, а вся магнитная система жестко зафиксирована относительно вала магнитного барабана, устройство очистки рабочей поверхности которого включает гибкую немагнитную бесконечную ленту.
Поставленная задача решается тем, что гибкую бесконечную ленту выполняют переменной толщины вдоль оси барабана с чередованием большей и меньшей толщин соответственно в зонах ферромагнитных колец или дисков и в зонах изменения полярности магнитной системы.
Поставленная задача решается тем, что магнитную систему второго магнитного барабана размещают внутри тонкостенного немагнитного цилиндра по дуге 90°-180° и выполняют неподвижной из радиально намагниченных постоянных магнитов, которые закрепляют на ферромагнитном шунте.
Поставленная задача решается тем, что магнитную систему второго магнитного барабана дополняют постоянными радиально намагниченными магнитами установленными на ферромагнитном шунте с чередованием их полярности в направлении перемещения руды.
Поставленная задача решается тем, что на рабочей поверхности второго магнитного барабана посредине каждого из полюсов устанавливают немагнитные кольца с клинообразным поперечным сечением, недопускающие попадание руды, подлежащей обогащению, в зоны действия минимальных магнитных сил поля.
Выполнение магнитных систем первого и второго магнитных барабанов из высокоэнергетических постоянных магнитов (Nd-Fe-B) обеспечивает создание в слое руды, подлежащей сепарации, магнитных сил поля достаточной величины для эффективного обогащения слабомагнитных руд, как на первом так и на втором магнитном барабане.
14
2
3
Магнитная система сепаратора с чередованием аксиально намагниченных постоянных магнитов, разделенных между собой ферромагнитными кольцами (концентраторами) вдоль оси магнитного барабана, позволяет получить на поверхности этих концентраторов предельные значения величины магнитной индукции (до 2 Тл) и соответственно величины магнитных сил поля (до 10А/м). При таком варианте выполнения магнитной системы второго магнитного барабана достигается обогащение наиболее слабомагнитных руд и других слабомагнитных продуктов.
Топология магнитного поля магнитной системы с чередованием полярности полюсов вдоль оси барабана формирует неизменный профиль магнитных сил в направлении движения потока руды на всем участке вдоль магнитной системы, что увеличивает время непрерывного действия на магнитную фракцию руды магнитных сил того же (одинакового) направления, и тем самым интенсифицирует процесс осаждения магнитных фракций руды на рабочую поверхность.
Выполнением гибкой бесконечной ленты переменной толщины вдоль оси второго магнитного барабана достигается улучшение осаждения на рабочую
поверхность ленты за счет исключения попадания руды, транспортируемой по ленте в зоны действия наименьших сил магнитного поля. Увеличение в этих зонах толщины ленты одновременно укрепляет ее механическую прочность. При выполнении второго магнитного барабана с магнитной системой, которая вращается вместе с барабаном, отсутствует проблема нагревания магнитного барабана вихревыми токами (что имеет место в первом магнитном барабане) и тем самым снимается ограничение на скорость вращения этого барабана и соответственно на величину центробежных сил, действующих на частицы руды. В этом случае скорость второго магнитного барабана определяется только конструктивными и технологическими параметрами сепаратора.
Переход в магнитной системе второго магнитного барабана от чередования полярности полюсов в направлении перемещения руды к чередованию полярности полюсов вдоль оси барабана приводит к резкому уменьшению нагревания барабана, наведенными в нем вихревыми токами, что объясняется взаимно противоположным направлением электродвижущих сил наведенных в теле немагнитного цилиндра вдоль его оси при его вращении относительно магнитной системы. Уменьшение нагревания немагнитного барабана, которое зависит от скорости его вращения, уменьшает ограничение на величину этой скорости и тем самым соответственно уменьшает ограничение на величину центробежных сил, являющимися определяющими в процессах магнитного обогащения руды.
Размещением на рабочей поверхности второго магнитного барабана с неподвижной магнитной системой немагнитных колец в зонах действия минимальных магнитных сил повышается эффективность обогащения за счет исключения возможности попадания руды в эти зоны.
Так как магнитная система с чередованием полярности магнитов вдоль оси барабана не сопровождается перемагничиванием руды в направлении ее движения, то в случае необходимости перемагничивания руды для устранения ее флокуляции (комкования) магнитную систему второго магнитного барабана выполняют «гибридной» за счет дополнения магнитной системы с чередованием полярности полюсов вдоль оси барабана магнитной системой с
чередованием полярности полюсов в направлении вращения барабана.
На фиг.1 изображенна конструктивная схема магнитного двухкаскадного сепаратора с подвижной магнитной системой второго магнитного барабана.
На фиг.2 изображена конструктивная схема магнитного двухкаскадного сепаратора с неподвижной магнитной системой второго магнитного барабана.
На фиг.3 изображена в продольном сечении магнитная система второго магнитного барабана с ферромагнитными кольцами.
На фиг.4 изображен в поперечном сечении второй магнитный барабан, охваченный бесконечной лентой.
На фиг.5 изображена в поперечном сечениие гибкая лента переменной толщины.
На фиг.6 изображена в продольном сечении неподвижная магнитная система второго барабана с радиально намагниченными магнитами.
На фиг.7 изображено поперечное сечение второго магнитного барабана с радиально намагниченными магнитами.
На фиг.8 изображено продольное сечение магнитной системы второго магнитного барабана с немагнитными кольцами.
На фиг.9 изображено поперечное сечение магнитной системы второго магнитного барабана, дополненной постоянными магнитами с чередованием полюсности магнитов в направлении перемещения руды.
На фиг.10 изображена развертка магнитной системы второго магнитного барабана, дополненная постоянными магнитами с чередованием полюсности магнитов в направлении перемещения руды.
Сепаратор магнитный двухкаскадный для магнитного обогащения сухих сыпучих слабомагнитных руд (фиг.1, фиг.2) включает корпус 1, в котором друг за другом в направлении перемещения руды, подлежащей сепарации, установлены на разных уровнях два магнитных барабана 2 и 3. Первый магнитный барабан 2 включает установленный с возможностью вращения тонкостенный немагнитный цилиндр 4, внутри которого неподвижно закреплена магнитная система 5. Магнитная система 5 состоит из постоянных магнитов высокой энергии, намагниченных радиально относительно
поверхности тонкостенного цилиндра 4 и установленных с чередованием их полярности в направлении перемещения руды.
Второй магнитный барабан 3 (фиг.1) включает магнитную систему 6 состоящую из постоянных магнитов высокой энергии, размещенную по дуге 360° и жестко закрепленную на валу с возможностью ее вращения вместе с валом. Магнитный барабан 3 оснащен устройством 7 очистки рабочей поверхности от осевших на нее магнитновосприимчивых частиц руды, который включает натяжной барабан 8 и гибкую немагнитную бесконечную ленту 9. Устройство 7 выполняет функцию транспортировки руды, подлежащей сепарации, на второй магнитный барабан 3 и очистки его рабочей поверхности от осевших на ленту 9 магнитновосприимчивых частиц руды (концентрата).
Каждый магнитный барабан имеет свой индивидуальный электропривод.
Сепаратор оснащен устройством 10 подачи руды (вибропитатель), системой разделителей 11 фракций руды после ее обогащения на первом магнитном барабане 2 и системой разделителей 12 фракций руды после ее обогащения на втором магнитном барабане 3. Выходящими фракциями руды, подлежащей обогащению на обоих барабанах являются: обогащенная руда (концентрат), промежуточный продукт (промпродукт) и обедненная слабомагнитная фракция (хвосты).
Второй магнитный барабан 3 может иметь другое исполнение (фиг.2) и включать неподвижную магнитную систему 13, размещенную внутри установленного с возможностью вращения тонкостенного немагнитного цилиндра 14 вдоль внутренней поверхности этого цилиндра по дуге 90°-180°. Подачу промпродукта на второй магнитный барабан 3 осуществляют вибропитателем 15.
На фиг.3 изображена в продольном сечении магнитная система 6. Магнитная система 6 составлена из кольцевых постоянных магнитов высоких энергий 16, намагниченных аксиально, ферромагнитных колец 17, к которым магниты прилегают одноименными полюсами. Кольцевые магниты и ферромагнитные кольца установлены на поверхности немагнитного полого цилиндра 18. Встречное направление намагничивания смежных кольцевых
м
max
м
min
mах
min
магнитов вытесняет магнитный поток Ф каждого из магнитов в рабочий объем магнитного барабана 3 преимущественно с внешней поверхности узких ферромагнитных колец 17. Вследствие этого на поверхности ферромагнитных колец 17 магнитная индукция достигает наибольших значений (2-2,2) Тл, величина которой быстро уменьшается в радиальном направлении, создавая тем самым большие градиенты магнитного поля и наибольшие магнитные силы поля. При таком варианте выполнения магнитной системы второго магнитного барабана 3 полярность магнитного поля поочередно изменяется вдоль оси барабана. Величина магнитных сил поля Fм, как это изображено на фиг.5, тоже поочередно изменяет свою величину от максимального значения F на поверхности ферромагнитных колец 17 к минимальному значению F посредине кольцевых магнитов 16. Выполнение гибкой ленты (фиг.4 поз.9) переменной толщины от Δ до Δ (фиг.5 поз.19) закрывает зоны действия минимальных магнитных сил (Fм min) от попадания в эти зоны руды, транспортирующемой по поверхности ленты 19.
Изменением конфигурации и площади сечения ленты 19 в зонах увеличения ее толщины можно формировать поперечный профиль потока руды и эффективность осаждения магнитной фракции руды на поверхность ленты 19.
Магнитная система 13 (фиг.2) второго магнитного барабана 3 составлена, как это изображено на фиг.6, из радиально намагниченных постоянных магнитов 20, установленных на магнитном шунте 21 с поочередным изменением их полярности вдоль оси барабана. Магнитная система неподвижна и установлена по дуге 90°-180° вдоль внутренней поверхности немагнитного тонкостенного цилиндра 14 (фиг.7). Магнитный поток Ф каждого полюса (фиг.6) замыкается между смежными постоянными магнитами 20 противоположной полярности. Ферромагнитный шунт 21 уменьшает магнитное сопротивление для потока Ф полюсов и увеличивает тем самым величину потока Ф на рабочей поверхности магнитного барабана 3.
Наибольшие значения магнитной индукции и магнитных сил поля возникают в плоскости изменения полярности магнитов вдоль оси барабана. Так как топология магнитного поля в направлении перемещения руды,
подлежащей обогащению, не изменяется, то часть отдельных "ручьев" общего потока руды будут двигаться только в зонах действия минимальных магнитных сил поля, ухудшая процесс обогащения в целом. Для увеличения эффективности осаждения магнитной фракции руды, как это изображено на фиг.8, в зонах действия минимальных магнитных сил на поверхности немагнитного цилиндра 14 устанавливают немагнитные кольца 22, исключающие попадание в эти зоны руды, подлежащей обогащению, на таком магнитном барабане.
Для обогащения руды, которая подвержена "комкованию" и созданию флокул, второй магнитный барабан 3 выполняют с "гибридной магнитной системой" за счет дополнения магнитной системы 13 магнитного барабана 3 постоянными магнитами 23 с чередованием их полярности в направлении перемещения руды (фиг.9).
На фиг.10 изображена развертка на плоскости магнитной системы по фиг.9. При перемещении руды в поле переменной полярности и интенсивности происходит ее перемагничивание, что приводит к ослаблению или полному устранению процесса флокуляции.
Предложенный магнитный сепаратор работает следующим образом.
Сухую сыпучую слабомагнитную руду вибропитателем 10 (фиг.1) подают на поверхность первого магнитного барабана 2, которая дальше перемещается на его поверхности в направлении вращения барабана.
Под действием магнитных сил наиболее магнитновосприимчивые частицы руды, преодолевая центробежную силу, притягиваются к поверхности барабана и выносятся на этой поверхности в результате вращения барабана из зоны действия магнитных сил и в дальнейшем под действием центробежных и гравитационных сил транспортируются в приемник концентрата руды. Немагнитный продукт под действием центробежных и гравитационных сил еще в зоне действия магнитных сил отрывается от поверхности барабана и направляется системой разделителей 11 в приемник немагнитного продукта (хвостов). Магнитные частицы руды с меньшей величиной магнитной восприимчивости тела (промпродукт) системой разделителей 11 направляются
на поверхность устройства 7 очистки рабочей поверхности (бесконечную ленту 9) второго барабана 3, который имеет большую скорость вращения, меньший диаметр и магнитную систему большей интенсивности, чем первый барабан 2. Интенсивность магнитного поля и его топология (наличие ферромагнитных колец-концентраторов и чередование полярности полюсов вдоль оси барабана) на втором магнитном барабане создают условия для осуществления процесса последующего обогащения промпродукта, которое не произошло на первом барабане 2. Успешному обогащению руды на втором магнитном барабане 3 способствует более тонкий слой руды на поверхности ленты (в связи с уменьшением производительности второго барабана по сравнению с первым). В результате на второй ступени обогащения получают готовые исходные продукты: концентрат, хвосты и новый промпродукт, который можно использовать в последующих процессах обогащения.
Предложенный двухкаскадный магнитный сепаратор экспериментально исследовался на НПФ "Продэкология" (г.Ровно) и показал свою эффективность в процессе обогащения слабомагнитных железных руд. Так при обогащении гематитовых кварцитов крупностью -5+0 мм, с содержанием 36% Fe общ.. получены: концентрат для агломерации (Fe общ.=58%), промпродукт (Fe общ.=51%) и хвосты (Fe общ.=23%).
При обогащении мартит-гематитовых железных руд крупностью -10+0 мм с содержанием Fеобщ.=38% получены: руда агломерированная (Fe общ.=51%), промпродукт (Fe общ.=42%) и хвосты (Fe общ.=29%).
Источники информации:
1. В.А.Грамм, К.В.Николаенко, А.Г.Федоров "Машинист магнитных сепараторов", Москва, "Недра", 1990 г., стр.82.
2. В.А.Грамм, К.В.Николаенко, А.Г.Федоров "Машинист магнитных сепараторов", Москва, "Недра", 1990 г., стр.44.