СПОСОБ МАГНИТНОЙ СЕПАРАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF MAGNETIC SEPARATION AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к процессам и устройствам разделения материалов по магнитным свойствам и может быть применено для выделения частиц сильномагнитных минералов из шлиховых концентратов (шлиходоводочные операции), в геологоразведочной и лабораторной практике.
Известен способ и устройство для его осуществления, реализуемый в сепараторе для разделения минерального сырья по магнитным свойствам, включающий цилиндрическую магнитную систему из постоянных магнитов, создающую бегущее магнитное поле, неподвижную обечайку, расположенную с наружной стороны магнитной системы, питатель, приемники продуктов сепарации [1]. Обечайка в зоне разделения концентрична магнитной системе, а в зоне разгрузки магнитной фракции расположена по касательной.
Недостатком данного способа и аппарата является невозможность получения концентратов высокого качества. Отсутствие конкурирующих с магнитными силами центробежных сил вследствие неподвижности обечайки будет обуславливать попадание немагнитных и бедных сростковых частиц в магнитный продукт и тем самым снижать его качество.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемых способа и устройства для его осуществления является способ, реализуемый в барабанном магнитном сепараторе (конструкции Лаурилла), включающем: горизонтально расположенный барабан с замкнутой (круговой) магнитной системой, устройство для верхней подачи обогащаемого материала, магнитоиндукционный съемник магнитного продукта, устройства для подачи питания и отвода продуктов сепарации [2]. Встречное вращение обечайки барабана и магнитной системы обеспечивает центробежный режим магнитного обогащения в высокочастотном переменном (бегущем) магнитном поле.
Недостатком данных способа и сепаратора является низкая эффективность при получении концентратов высокого качества, когда исходный материал характеризуется большим содержанием мелких сростковых фракций. Ограниченное общее время нахождения обогащаемого материала на поверхности барабана (десятые доли секунды), обусловленное высокой скоростью вращения обечайки и ограниченностью пути проходимого материалом от точки подачи его на барабан до точки разгрузки (менее 360°) не позволит полностью очиститься флокулам магнитной фракции от мелких сростков и пустопородных частиц. Эффективность работы магнитоиндукционного съемника концентрата (щетки) при наличии влаги в материале снижается.
Целью изобретения является обеспечение получения магнитных концентратов высокого качества при исходном питании, с большим содержанием сростковых фракций, а также достижение высокой степени очистки полиминеральных смесей от сильномагнитных примесей.
Известно, что в магнитном поле сепараторов частицы магнитоактивных (ферромагнитных) минералов флокулируют с образованием множества отдельных прядей-флокул. Каждая флокула представляет собой совокупность цепочек вытянутой формы последовательно соединившихся за счет магнитных сил частиц и сориентирована длинной осью в пространстве вдоль силовых линий магнитного поля. Угол между длинной осью флокулы и рабочей поверхностью сепаратора зависит от взаимного положения флокулы и полюсов магнитной системы.
При относительном движении поверхности рабочего органа и магнитной системы с чередующейся полярностью в направлении движения, вектор индукции магнитного поля вблизи поверхности совершает вращение, то есть возникает явление бегущего магнитного поля. Флокулы, ориентируясь вдоль силовых линий, также совершают враещательное движение вокруг точки касания с рабочей поверхностью и таким образом перекатываются вдоль своей длинной оси по поверхности навстречу движению полюсов магнитной системы. Частота вращения вектора поля и соответственно флокул прямо пропорциональна линейной скорости относительного движения магнитной системы и рабочей поверхности и обратно пропорциональна шагу полюсов.
При образовании флокул в магнитном поле в них за счет магнитных сил, сил трения, адгезионных сил захватывается часть частиц с пониженной магнитной восприимчивостью - сростки и немагнитные - пустой породы. В существующих способах магнитной сепарации действия сил гравитационных, центробежных, виброаккустических и других конкурирующих с удерживающими силами не достаточно для полного эффективного разделения частиц концентрата и хвостов (промпродукта). При движении слоя флокул за счет движения рабочего органа и бегущего магнитного поля в рабочей зоне сепаратора флокулы не полностью освобождаются от пустопородных и сростковых частиц. Поэтому высокое качество концентрата или степень очистки обеспечивается многократными перечистками с классификацией по крупности.
В существующих барабанных сепараторах, в том числе во взятом за прототип, флокулы перед разгрузкой в концентратный отсек сборника продуктов сепарации только один раз оказываются на оптимальном для разделения частиц по магнитным свойствам нижнем участке поверхности барабана. На этом участке сила притяжения магнитного поля действует в направлении, противоположном действию центробежных и гравитационных сил. Время прохождения флокулами этого участка составляет сотые доли секунды. Как известно, процесс магнитной сепарации в силу сложного взаимодействия разных по происхождению сил, воздействующих на множество частиц с различными физическими свойствами, имеет в значительной степени вероятностный, статистический характер. Поэтому вероятность эффективного разделения частиц по магнитным свойствам за один проход флокул рабочей зоны сепаратора менее 360°, при ограниченном времени недостаточно велика.
Поставленная цель достигается в изобретении тем, что в способе магнитного обогащения (очистки) дисперсных полиминеральных смесей с сильномагнитными минералами, включающем подачу исходного материала на цилиндрическую рабочую поверхность сепаратора с бегущим магнитным полем, разделение материала под действием магнитных, гравитационных, центробежных сил на магнитную и немагнитную фракции и выведение этих продуктов, отделение захваченных во флокулы сростковых и немагнитных частиц от раскрытых зерен сильномагнитного минерала обеспечивается за счет многократного прохождения сфлокулировавшегося материала по замкнутой круговой траектории по поверхности барабана, а периодическая разгрузка магнитной фракции осуществляется после прекращения действия удерживающего ее магнитного поля на всей поверхности рабочей части барабана.
Способ реализуется в устройстве - барабанном магнитном сепараторе для выделения частиц сильномагнитных минералов из полиминеральных смесей, включающем горизонтально расположенный барабан с вращающимися встречно обечайкой и внутренней круговой магнитной системой на постоянных магнитах, с полюсами чередующейся полярности, системами подвода питания и отвода продуктов разделения, в котором согласно изобретению магнитная система выполнена по длине менее половины длины барабана, вал магнитной системы и два опирающихся на раму подшипниковых узла выполнены с возможностью перемещать магнитную систему вдоль оси внутри барабана при осевом перемещении (движении) вала, а наружная поверхность обечайки разделена на две равные части по длине фланцем-ребордой. Сборник продуктов включает два отсека - для немагнитной и магнитной фракций и может перемещаться перпендикулярно оси барабана. Для регулирования индукции магнитного поля на рабочей поверхности за счет изменения расстояния от этой поверхности до магнитной системы на обечайку барабана крепятся сменные листы из гибкого немагнитного материала различной толщены.
На фиг.1 показана рабочая поверхность барабана сепаратора 1 с реализацией способа магнитной сепарации, круговая магнитная система 2, траектория движения слоя флокул, разгрузка немагнитной фракции.
На фиг.2 показана нижняя часть барабана с магнитными флокулами и распределение сил, действующих на частицы флокулы, находящейся в нижней точке поверхности барабана.
На фиг.3 показан процесс разгрузки магнитной фракции после прекращения действия магнитного поля на поверхности рабочей части барабана.
Изображенный на фиг.4 магнитный сепаратор для осуществления заявляемого способа магнитного обогащения, включает: барабан, состоящий из круговой магнитной системы на постоянных магнитах чередующейся полярности 1, цилиндрической обечайки 2, фланца-реборды 3, делящего поверхность обечайки на две части, вала 4, подшипниковых узлов 5 и крышек 6, а также питающий короб 7, корпус 8, отсеки сборника продуктов сепарации - хвостовой 9 и концентратный 10, сменные цилиндрические немагнитные элементы 11.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом (фиг.1). Магнитные частицы исходного материала, поступающего сверху на барабан, попадают в зону действия магнитного поля и структурируются с образованием множества флокул. Во флокулы кроме частиц раскрытого магнитного минерала могут захватываться частицы сростков и пустой породы. Образовавшийся слой флокул перемещается с обечайкой барабана в бегущем магнитном поле по круговой траектории. При этом скорость флокул складывается из линейной скорости обечайки барабана и скорости перекатывания их вдоль своей длинной оси навстречу движению полюсов, т.е. за счет воздействия на них бегущего магнитного поля. В процессе движения слоя флокул они под действием центробежных и гравитационных сил освобождаются от частиц сростков и пустой породы, которые попадают в хвостовой отсек сборника продуктов.
M
г
цб1
цб2
Наилучшие условия для разделения богатых частиц ферромагнитного минерала и бедных (слабо или немагнитных) частиц будут в нижней точке поверхности барабана (фиг.2). Здесь сила магнитного притяжения F и основные конкурирующие с ней силы: гравитационная F, центробежная от вращения барабана F, центробежная от вращения (перекатывания) вокруг точки касания флокулы F будут действовать по одной вертикальной линии, в противоположных направлениях. При этом группа соседних флокул раскрываются веером, что способствует выделению из них и из промежутков между ними немагнитных и слабомагнитных частиц. Эта ситуация складывается только для тех флокул, которые оказываются вблизи нижней точки, когда ось одного из полюсов совпадает с вертикалью. После того как полюс смещается от вертикали, условия для разделения становятся менее благоприятными. В момент, когда напротив нижней точки барабана оказывается межполюсный промежуток, флокулы ложатся на барабан и действие конкурирующих сил становится для разделения частиц менее эффективным.
В заявляемом способе слой сфлокулировавшихся частиц магнитоактивного минерала (материала) многократно оборачивается по поверхности барабана вокруг его оси, освобождаясь при этом от хвостовых фракций. Вероятность эффективного разделения значительно повышается за счет многократного прохождения флокулами нижней точки поверхности барабана. Таким образом, длина зоны сепарации и время сепарации при таком способе фактически могут быть сколь угодно большими.
При достижении необходимой степени очистки магнитных флокул, т.е. после завершения фазы магнитного разделения, для отвода (разгрузки) магнитной фракции в концентратный отсек сборника продуктов сепарации, удерживающее магнитное поле прекращает действие на всей рабочей поверхности барабана (фиг.3).
Заявляемое устройство - магнитный сепаратор работает следующим образом (фиг.4). Исходный материал в виде порции определенного объема подается через загрузочный бункер 7 сверху на цилиндрическую поверхность горизонтального барабана, расположенного в корпусе 8. Магнитная система занимает в направлении горизонтальной оси барабана менее половины его общей длины (фиг.4, разрез А-А), а поверхность обечайки барабана 2 разделена на две равные половины - рабочую и нерабочую фланцем-ребордой 3. Вращающиеся встречно обечайка барабана 2 и круговая магнитная система 1 на основе постоянных магнитов чередующейся полярности (N-S-N-S…) создают бегущее магнитное поле, характеризующееся вращением вектора магнитной индукции в каждой точке рабочей поверхности.
Слой сфлокулировавшегося материала начинает двигаться по поверхности барабана по круговой замкнутой траектории. В результате действия на частицы флокул сил - магнитных, адгезионных, трения и противодействующих им механических - гравитационных, центробежных происходит отделение захваченных во флокулы или попавших в промежутки между ними немагнитных и слабомагнитных частиц, которые разгружаются в хвостовой отсек приемника продуктов сепарации 9. Флокулы, сформировавшие слой, двигаясь по замкнутой круговой траектории, многократно проходят нижний участок поверхности барабана, где условия для их очистки от хвостовых фракций оптимальны. С каждым оборотом массовая доля магнитного минерала в слое увеличивается.
После окончания процесса магнитного разделения частиц порции материала обечайка барабана и магнитная система останавливаются, под барабан перемещается концентратный отсек сборника продуктов сепарации 10, а вал 4 совместно с магнитной системой перемещается внутри барабана вдоль его оси из положения «I» под рабочей частью барабана в положение «II» под нерабочей частью. При этом вал скользит во втулках подшипниковых узлов 5. Фланец реборда 3 препятствует перемещению магнитного продукта вслед за магнитной системой на нерабочую часть барабана.
После перемещения магнитной системы в положение «II» на поверхности рабочей части барабана магнитного поля не будет и магнитный продукт беспрепятственно разгрузится в концентратный отсек сборника продуктов.
Перед сепарацией следующей порции материала магнитная система переводится в положение «I», под барабан подводится хвостовой отсек сборника продуктов сепарации, приводятся во встречное вращение магнитная система и обечайка и цикл повторяется.
При селективном выделении узких классов частиц ферромагнитных минералов различных по крупности и магнитным свойствам, необходимо регулировать величину магнитной индукции на поверхности барабана. Для этого поверхность обечайки рабочей части барабана покрывается сменными цилиндрическими элементами различной толщины 11 из немагнитного материала. Величина расстояния от поверхности магнитов до рабочей поверхности на барабане в радиальном направлении определяет величину магнитной индукции и соответственно сил магнитного притяжения.
Источники информации
1. А.с. СССР №845855, В03С 1/10, 25.07.81.
2. Плаксин И.Н., Кармазин В.И., Олофинский В.Ф., Норкин В.В., Кармазин В.В. Новые направления глубокого обогащения тонковкрапленных железных руд. - М.: Наука, 1964.