книги / Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых. Обогатительные процессы и аппараты
.pdfРис. 6.24. Пневматический
сепаратор О С П -100
Основными недос татками пневматиче ских сепараторов явля ются неравномерное рас пределение воздуха и материала по площа ди деки, прорывы слоя материала и перемеши вание расслоившихся фракций, худшие техно логические показатели по сравнению с гидрав лическими концентра ционными столами. До полнительные трудно сти связаны с необхо димостью пылеулавли вания.
Преимуществами пневматических сепа раторов являются от сутствие потребности в
воде, получение сухих продуктов, более низкая стоимость пе реработки углей и руды, меньшая энергоемкость.
6.4.6. Обогащение на орбитальных шлюзах и концентраторах
Орбитальные шлюзы и концентраторы предназначены для извлечения мелких зерен касситерита и других тяжелых минералов редких металлов из шламистых продуктов крупно стью -0,100 +0,005 мм. Улавливание до 70-80 % мелких зерен тяжелых минералов происходит в тонком ламинарном потоке слабошероховатой поверхностью самого шлюза, которому сообщаются орбитальные (круговые) колебания с малой ам плитудой (4,8-6,4 мм) и невысокой частотой (200-300 мин"1).
234
Орбитальные движения рабочей поверхности вызывают образование так называемой стоячей волны, способствующей расслаиванию материала по плотности и более селективному продвижению зерен в потоке, замедляя движение осевших бо лее тяжелых зерен и способствуя смыву верхних более легких зерен. Для повышения эффективности разделения из питания необходимо удалять зерна крупнее 0,100 мм, которые обладая большой инерцией при наличии круговых колебаний рабочей поверхности будут не только нарушать структуру ламинарно го потока, но и просто сдирать осевший слой тонких тяжелых частиц.
Автоматические многодечные орбитальные шлюзы «Барт- лез-Мозли» (Великобритания) и КШМ-72 (рис 6.25, а) состоят из двух пакетов (по 20 шт.) параллельных, близко расположен ных гладких дек (1200 * 1500 мм) из стеклопластика, наклонен ных в рабочем положении под небольшим углом (0—3°) к го ризонтальной плоскости. Орбитальные колебания дек вызы ваются дебалансным вибратором 3, расположенным между пакетами 1, закрепленными на раме тросом 2. Питание, содер жащее около 10 % твердого, подается параллельно на все деки (5 л/с на каждую) в течение определенного промежутка времени (до 36 мин), после которого подача питания прекращается и
а |
б |
П и т ан и е |
Смыбная бдда |
Рис. 6.25. Схемы ш лю за «Бартлез-М озли» с орбитальным движением дек
(а) и концентратора «Б артлез-К россбелт» (б)
производится сполоск (до 72 с) концентрата с дек, наклонен ных под углом 45°, в приемник 4. Затем деки автоматически возвращаются в исходное положение и цикл повторяется, в процессе которого минералы породы поступают в приемник 5. При степени концентрации 3— 5 и удельной производи тельности около 0,03 т/ч • м2 общая производительность шлю за составляет 2,2—2,5 т/ч, т. е. выше, чем у шламовых концен трационных столов на аналогичном материале.
Достоинствами орбитальных шлюзов являются также от сутствие фундамента, простота конструкции и монтажа, ма лая занимаемая площадь (4,6 м2), установочная мощность (0,5 кВт) и металлоемкость, полная автоматизация процесса.
Ленточный орбитальный концентратор «Бартлез-Крос- сбелт» (рис. 6.25, о) представляет собой бесконечную полихлорвиниловую ленту шириной 1,2—2,4 м, натянутую на два барабана (на расстоянии 3 м друг от друга) с наклоном в 1—3° перпендикулярно ее движению. Орбитальные колебания кон центратора создаются с помощью дебалансного вибратора, расположенного на расстоянии 0,75 м от ведущего барабана. Питание подается в верхнюю крайнюю часть ленты, как на концентрационном еголе. Пульпа стекает под уклон и одно временно перемещается в продольном направлении благодаря движению ленты. Под влиянием вибраций легкие частицы по роды взмучиваются и смываются водой, поступающей с пи танием, в приемник хвостов. Оставшиеся на ленте частицы под действием орбитальных колебаний разделяются по плот ности. Доводка концентрата, разрушаемого при сходе ленты с барабана, производится дополнительной подачей воды. Промпродукт может быть подан насосом повторно на ленту ап парата для перечистки. Концентратор имеет небольшую про изводительность (100—300 кг/ч) и поэтому применяется обыч но при доводке черновых шламовых редкометалльных кон центратов. По сравнению со шламовыми концентрационны ми столами он обеспечивает более высокую степень концен трации и получение более богатых концентратов.
7
МАГНИТНЫЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ
7.1. Ф изические основы м агнитны х м ето ао в обогащ ения
7.1.1. Сущность магнитных метоаов обогащения
Магнитные методы обогащения основаны на различии в магнитных свойствах разделяемых минералов, главным обра зом на различии в их магнитной восприимчивости.
По величине удельной магнитной восприимчивости х все минералы условно делятся на следующие группы:
1) сильномагнитные (х >3,8 1СР м3/кг) — магнетит, франклинит, маггемит, титаномагнетит, моноклинный пирротин и
др.;
2)слабомагнитные (х = 1,26- 1(Г7 — 7,5-10"6 м3/кг) — окис лы, гидроокислы железа и марганца, ильменит, вольфрамит, гранат, биотит, гексагональный пирротин и др.;
3)немагнитные (х < 1,26 10'7 м-’/кг) — кварц, полевой шпат, кальцит, касситерит, апатит и др., а также диамагнит
ные (х < 0) — цинк, медь, золото, серебро, кремний и другие минералы.
Чем больше различаются минералы по величине магнит ной восприимчивости, тем легче осуществить их разделение в магнитном поле. Средой разделения минералов может быть вода или воздух. В соответствии с этим процесс называется мокрой или сухой магнитной сепарацией.
Разделение минералов осуществляется в рабочей зоне ма гнитных сепараторов. Исходный материал при верхней пода че поступает непосредственно на рабочий орган — барабан (рис. 7.1, а), валок (рис. 7.1,6), диск (рис. 7.1, в) и др., при ниж ней — в зазор между ним и питающим лотком, дном ванны или полюсным наконечником (рис. 7.1, г). Магнитные части
цы под действием магнитного поля притягиваются к поверх ности рабочего органа и выносятся за пределы действия маг нитных сил, где разгружаются в приемники для магнитного продукта. Немагнитные частицы скользят под действием цен тробежных сил и сил тяжести по поверхности рабочего орга на, полюсного наконечника, лотка или дну ванны и разгружа ются в приемники для немагнитного продукта.
В рабочей зоне сепаратора различают зону притяжения магнитных частиц, высота которой h определяется минималь ным расстоянием между рабочим органом и поверхностью
Питание
Ненаёнитный Магнитный
продукт продукт
г
Рис. 7.1. Открытые (а, г) и замкнутые (б, в) магнитные системы:
I — сердечник; 2— обмотка; 3— магнитопровод; 4— полюсный наконечник; 5 — барабан: б — диск
вибролотка, дна ванны или неподвижного полюса, и зону тран спортирования магнитного продукта к месту разгрузки, в ко торой происходит дополнительная очистка его от механиче ски захваченных немагнитных частиц.
Магнитное поле в рабочей зоне сепаратора создается сис темами из постоянных магнитов или электромагнитными си стемами с обмоткой, питаемой постоянным или переменным током, вызывающим соответственно образование постоянно го или переменного магнитного поля. В настоящее время на иболее широко используется обогащение в постоянном маг нитном поле.
В магнитных сепараторах применяются только неоднород ные магнитные поля, поскольку только они позволяют полу чить направленную магнитную силу притяжения минерально го зерна:
Fu = pox'”# grad Я,
где (i«.— магнитная постоянная, равная 1,26 10ь Гн/м; т — мас са зерна, т; Н — напряженность поля, А/м; grad Н — градиент напряженности, А/м2; роН grad Я — сила магнитного поля, А2/м3.
Рис. 7.2. Схемы одн ор одн ого магнитного поля (а), расположения и сочета ния полю сов различной формы открытой (б, в), замкнутой (г ж) магнит ных систем и полиградиентной среды (з)
Чем больше неоднородность магнитного поля и градиент его напряженности, тем сильнее магнитные частицы притяги ваются к полюсу в направлении сходимости магнитных сило вых линий, т. е. втягиваются в участки с более высокой напря женностью поля. Частицы немагнитных или диамагнитных ми нералов, наоборот, будут выталкиваться под действием маг нитных сил в участки с меньшей напряженностью поля. Все это обеспечивает достаточно эффективное разделение частиц маг нитных и немагнитных минералов в рабочей зоне сепаратора.
В однородном магнитном поле, например между двумя разноименными полюсами плоской формы (рис. 7.2, а), в ко тором напряженность одинаковая и по величине, и по направ лению, минеральные частицы будут подвергаться только воз действию вращающего момента, ориентирующего их парал лельно силовым линиям тока. Однако перемещения частиц к полюсам магнитной системы не произойдет.
7.1.2. Магнитные системы сепараторов
Для получения неоднородных магнитных полей применя ются открытые и замкнутые многополюсные магнитные систе мы, полиградиентная среда.
В открытых магнитных системах края полюсов чередую щейся полярности расположены по плоской (рис. 7.2, 6) или ци линдрической поверхности (рис. 7.2, в), как, например, у бара банных сепараторов. В последнем случае полярность полюсов может чередоваться либо по периметру барабана, либо по его оси. Магнитные силовые линии проходят по воздушному про странству над промежутками между полюсами. Такие систе мы применяют в сепараторах со слабым магнитным полем (напряженностью до 240 кА/м), используемых для извлечения из руд и продуктов обогащения сильномагнитных минералов.
Полюсные концы многополюсной магнитной системы за кругляют обычно по дуге радиусом 0,4— 0,6 шага полюсов S. Изменение напряженности поля # л, А/м, по нормали к по верхности полюсов магнитной системы на расстоянии .v в этом случае описывается экспоненциальным уравнением А.Я. Сочнева:
Нх = Но exp (- Сх),
где Но — напряженность поля на уровне поверхности полю сов; Сх — коэффициент неоднородности магнитного поля, за висящий от шага полюсов S и радиуса Яц кривизны поверхно сти системы, м ',
С, = n/S + 1/Лц.
Напряженность магнитного поля Н0 неоднородна и изме няется вдоль магнитной системы в зависимости от отношения ширины полюса (в) и зазора (а) между соседними полюсами. Близкие значения напряженности поля над серединой полю сов и зазоров между ними обеспечиваются при отношении в/а около 1,2 независимо от шага полюсов. Падение величины магнитной силы ци tfgrad Н с удалением от поверхности по люсов происходит тем быстрее, чем больше коэффициент не однородности Сх, который зависит главным образом от шага полюсов S.
Выбор шага полюсов S определяется верхним пределом крупности d обогащаемой руды или высотой h рабочей зоны сепаратора. Он должен быть тем больше, чем больше круп ность обогащаемого материала (в сепараторах с верхней по дачей питания) и больше высота рабочей зоны (в сепараторах с нижней подачей питания).
Магнитная система выполняется из постоянных магнитов (литых или керамических) или из стальных сердечников (по люсов) с катушками, питаемыми постоянным или перемен ным током. При питании постоянным током чередование зна ка полюсов магнитной системы достигается противополож ным направлением тока в обмотках соседних полюсов. При питании переменным электрическим током создается «бегу щее магнитное поле».
При воздействии перемещающегося магнитного поля на поверхности магнитной системы происходят переориентация магнитных частиц, разрыхление слоя магнитного материала и частичное разрушение флокул. В сочетании с центробежной силой это приводит к выделению из слоя магнитного продук та случайно захваченных немагнитных зерен, слабомагнит
ных сростков и повышению за счет этого качества магнитно го продукта.
В замкнутых магнитных системах магнитное поле обра зуется в пространстве между противоположно расположенны ми разноименными полюсами различной формы и рабочим органом, выполненным в виде валка цилиндрической формы с кольцевыми выступами и впадинами различной конфигура ции или горизонтально вращающегося диска с нижней рабо чей поверхностью, на которой по периметру имеется кольце вой заостренный выступ для создания неоднородного поля. Такие системы экономичнее открытых многополюсных сис тем и позволяют создавать поля большой напряженности. По этому они применяются в сепараторах с сильным магнитным полем (напряженностью до 1600 кА/м), используемых для из влечения из руд и продуктов обогащения слабомагнитных минералов.
Величина магнитной силы цо tfgrad Н в замкнутой магнит ной системе в большой степени зависит от формы полюсов и их размеров. Наиболее часто в сепараторах используются со четания закругленных, трапецеидальных или прямоугольных зубцов с плоским полюсом, закругленных зубцов с желобча тым полюсом (рис. 7.2, г—ж). При сочетании плоского и многозубчатого полюсов (профили г—е) поле неоднородно лишь вблизи зубцов, а с приближением к плоскому полюсу становится близким к однородному. Замена плоского полюса полюсом желобчатым (профиль ж) существенно повышает неоднородность всего поля, увеличивая значения магнитной силы роtfgrad tf. Во всех случаях крупность обогащаемого ма териала определяется шагом зубцов валка и соотношением маг нитной восприимчивости разделяемых минералов.
Полиградиентная среда (рис. 7.2, з) возникает при запол нении рабочего пространства сепаратора мелкими ферромаг нитными телами (шариками, стержнями, рифлеными пласти нами, стальным волокном и др.), в зазорах между которыми индуцируются сильные магнитные поля.
Полиградиентность среды обусловлена тем, что магнит ные силы в таком поле действуют по всем направлениям и на всех участках сближения индукционных магнитов. Благодаря
малым размерам они соприкасаются в точке и даже при не большой напряженности поля в рабочем пространстве приле гающие к этим точкам области характеризуются очень высо ким градиентом и, следовательно, большой силой поля. В та ких областях и происходит интенсивное притяжение и удер живание тонкоизмельченных слабомагнитных частиц, в то время как немагнитные частицы фильтруются (вымываются) через зазоры между ферромагнитными телами (магнитаминосителями). Чтобы избежать закупорки зазоров, размер фер ромагнитных тел, например шариков, должен быть в 10— 25 раз больше верхнего предела крупности обогащаемого мате риала. Однако он не должен превышать 6—8 мм из-за резкого уменьшения величины действующих на частицы магнитных сил, поэтому максимальная крупность обогащаемого матери ала не должна превышать с/тах = 8/25 = 0,32 мм. Нижний пре дел крупности материала при обогащении в полиградиенгных сепараторах составляет около 10 мкм.
7.1.3. Режимы магнитной сепарации
При перемещении в рабочей зоне магнитного сепаратора минералы подвергаются воздействию не только магнитной силы, но и механических сил (тяжести, инерции, ценгробежных, сопротивления среды и т. д.). Разделение смеси минера лов, различающихся по магнитным свойствам, произойдет, если магнитная сила, действующая на более магнитные мине ралы (FMI), будет больше, а на менее магнитные минералы (FMÎ) — меньше равнодействующей всех механических сил (/мех), действующих на эти минералы в направлении, противо положном магнитной силе, т. е. если F Mi > /мех > F M2. В резуль тате воздействия (на частицы руды) магнитной и механиче ской сил частицы с различными магнитными свойствами приобретают разные траектории движения и выводятся из магнитного поля в виде отдельных продуктов, отличающихся не только по магнитным свойствам, но и по вещественному составу.
Разделение минералов в магнитном поле под влиянием магнитных и механических сил может осуществляться в режи ме удерживания или извлечения магнитных минералов.