Магнитные и электромагнитные сепараторы

Для магнитного обогащения полезных ископаемых применяются магнитные сепараторы как с постоянными естественными магнитами, так и и с электромагнитными системами. Постоянные магниты создают магнитные поля небольшой напряженности и поэтому могут применяться только при обогащении руд, содержащих сильномагнитные минералы. В качестве литых или порошковых магнитов применяются магнитные материалы на основе сплавов Fe – Co, Fe –Co – Ni, Fe –Al, Fe – Al – Ni – Co, ферритов, используются также соединения редкоземельных элементов с кобальтом и т.п.

Для создания поля высокой напряженности применяются электромагниты. Устройство электромагнитов основано на том, что при пропускании электрического поля через проводник, намотанный спиралью на железный стержень, последний приобретает магнитные свойства и будет служить жлектромагнитом. Напряженность магнитного поля такого искусственного магнита или соленоида, длина которого значительно больше диаметра витков будет

Н = 4π n I,

Где n – число витков на 1 см длины соленоида;

I - сила тока

Напряженность поля в таком соленоиде имеет одинаковую величину во всех точках и параллельна оси соленоида.

Магнитный силовой поток через какой-либо контур равен произведению магнитной индукции В на площадь этого контура S и на косинус угла α между направлением поля и нормалью к поверхности контура

Ф = В S cos α

Единицей магнитного потока в системе СИ является вебер (Вб)_, в системе СГСМ – максвелл, причем 1 ВБ равен 10⁸ мкс.

Как уже указывалось выше, в сепараторах для обогащения сильномагнитных руд применяются системы из постоянных магнитов, создающих поле небольшой напряженности. Необходимая сила магнитного поля сепаратора определяется магнитной восприимчивостью извлекаемых магнитных минералов. Например, в сепараторах для слабомагнитных руд напряженность магнитного поля в 10… 20 раз больше напряженности сепараторов дл сильномагнитных руд. Поэтому для обогащения сильномагнитных, например, магнетитовых руд, применяются сепараторы с открытыми

Рис. 119. Схемы рабочих зон сепараторов с открытой магнитной системой ( а ) и замкнутой системой ( б)

многополюсными системами ( рис. 119 а), в которых магнитные силовые линии выходят из полюса N и по дугообразной линии возвращаются в полюс S.

При обогащении слабомагнитных руд применяются сепараторы с замкнутыми магнитными системами, при которых создается поле большой напряженности ( см. рис. 119 б).

Магнитные сепараторы характеризуются длиной рабочей зоны, т.е. участка магнитной системы, где магнитные частицы притягиваются к магнитным полюсам и удерживаются на них. В сепараторах с высокой напряженностью рабочая зона имеет обычно небольшую длину ивысоту, Поэтому в них можно обогащать руду крупностью не более 20…30 мм. В сепараторах с низкой напряженностью рабочая зона имеет длину и высоту, которые позволяют обогащать руду крупностью до 150 мм.

Применяемые в настоящее время магнитные и электромагнитные сепараторы классифицируются в зависимости от напряженности создаваемого магнитного поля, сособа обогащения – сухой или мокрый), способа подачи исходного питания, направления движения руды и продуктов обогащения, конструктивных особенностей.

В зависимости от создаваемой напряженности магнитного поля сепараторы подразделяются на две большие группы:

- сепараторы со слабым полем напряженностью 80… 120 кА/м для обогащения сильномагнитных руд;

- сепараторы с сильным полем напряженностью 800…1600 кА/м для обогащения слабомагнитных руд.

Сепараторы с сильным магнитным полем применяются как для сухого, так и для мокрого обогащения тонкоизмельченных руд, а сепараторы со слабым полем используются обычно для сухого обогащения крупной руды и для мокрого обогащения мелкой руды.

По типу рабочего органа сепараторы классифицируются на барабанные, валковые, роторные и дисковые.

По способу подачи исходной руды в рабочую зону сепараторы делятся на:

- сепараторы с верхней подачей;

- сепараторы с нижней подачей.

В сепараторах с верхней подачей ( рис. 120 а) исходный материал подается транспортирующим устройством в верхнюю часть вращающегося магнитного ролика , при выходе из рабочей зоны магнитные частицы под действием силы тяжести разгружаются в отсек магнитного продукта ( концентрата), а немагнитные частицы под действием центробежной или силы движения воды направляются в отсек немагнитного продукта ( хвосты). Сепараторы с верхней подачей имеют большую скорость вращения ролика или барабана и применяются в основном для обогащения крупного и зернистого материала.

В

Рис.120. Схемы магнитных сепараторов с верхней ( а ) и нижней ( б ) подачей питания

В сепараторах с нижней подачей ( см. рис. 120 б) исходная руда подается транспортирующим устройством под вращающийся магнитный ролик, который как бы вытягивает магнитные частицы из потока и при выходе из рабочей зоны его частицы попадают в отсек для концентрата, а немагнитные частицы транспортирующим устройством подаются в отсек для хвостов. Сепараторы с нижней подачей используются при обогащении мелкого материала.

В зависимости от направления движения исходного питания и продуктов обогащения сепараторы подразделяются на прямоточные, противоточные и полупротивоточные ( рис. 121 )

Рис. 121. Схема устройства сепараторов с прямоточной ( а ), противоточной ( б ) и полупротивоточной ( в ) ваннами.

В прямоточных сепараторах ( рис. 121 а) руда и немагнитные частицы движется в одном направлении, а магнитные частицы отклоняются от этого направления до 90˚.

В противоточных сепараторах ( см. рис. 121 б) магнитный продукт поступает навстречу потока руды и немагнитному продукту. Угол между направлением движения продуктов составляет более 90˚.

В полупротивоточнх сепараторах ( см. рис. 121 в) исходная пульпа подается в нижнюю часть сепаратора, а магнитная и немагнитная фракции движутся в противоположном направлении.

При обогащении сильномагнитных тонкоизмельченных руд магнитный продукт загрязняется немагнитными частицами, которые попадают в образующиеся флоккулы магнитного концентрата и снижают его качество. Для предотвращения этого в сепараторах применяются магнитые системы с чередующейся полярностью. При прохождении в таком переменном магнитном поле поток магнитных частиц как бы перемешивается, магнитные флокулы разрушаются, освобождая немагнитные частицы. Такие сепараторы называются сепараторы с магнитным перемешиванием.

В настоящее время в промышленности применяются следующие типы сепараторов:

ПБМ и ПБС – магнитные ( с постоянными магнитами) барабанные сепараторы для мокрого и сухого обогащения сильномагнитных руд и извлечения сильномагнитных минералов из нерудных материалов, а также для регенерации ферромагнитных суспензий;

ЭБМ и ЭБС – электромагнитные сепараторы для мокрого и сухого обогащения сильномагнитных руд;

ЭВМ и ЭВС – электромагнитные валковые сепараторы для мокрого и сухого обогащения слабомагнитных руд;

ЭРМ – электромагнитные роторные для мокрого обогащения слабомагнитных руд .

Кроме того, сепараторы с противоточной ванной имеют индекс П, с противоточной – ПП, с противоточной цикуляционной ванной – ПЦ, с полупротивоточной циркуляционной ванной ППЦ, для центробежного ( быстроходного ) режима – Ц. В обозначение сепараторов включается также число рабочих элементов ( барабанов, валков, роликов), их диаметр и длина. Так обозначение магнитного сепаратора 2ПБС-90/250 расшифровывается как двухбарабанный сепаратор с постоянными магнитами для сухого обогащения, с диаметром барабана 63 см и длиной барабана 200 см.

Магнитные сепараторы для сухого обогащения сильномагнитных руд с верхней подачей представляют собой шкивной или барабанный сепаратор, внутри которых находится магнитная система с постоянной или чередующейся полярностью. Эти сепараторы применяются для сухого обогащения руды крупностью от 10…20 до 100…120 мм, а также в качестве железоотделителя. Барабан сепаратора (рис.122), снабжен многополюсной системой

Рис. 122. Схема шкивного сепаратора

1 – барабан; 2 – обмотка; 3 – немагнитная обечайка; 4 – боковые стенки; 5 – вал; 6 – кожух; 7 – опорный валик; 8 -.делительнач перегородка

Электромагниты расположены по всей окружности барабана и вращаются вместе с ним. Дробленая руда загружается на поверхность барабанат равномерным слоем ленточным питателем. Магнитные куски руды притягиваются к шкиву, при движении ленты огибают его и под ним разгружаются в приемник. Немагнитные куски руды под действием центробежной силы отделяются от поверхности ленты сразу же при огибании шкива и делительным шибером направляются в приемник немагнитного продукта.

Напряженность магнитного поля на поверхности шкива составляет 80…120 кА/м. Шкивные магнитные сепараторы применяются также в качестве железоотделителей для удаление из руды, поступающей на дробление случайных железных предметов.

На рис. 123 представлен барабанный сепаратор ПБС, а в табл. 53 и 54 техническая характеристика магнитных сепаратором ПБС и ПБМ.

Рис. 123. Магнитный сепаратор 4ПБС – 63/200.

1, 2 – магнитные системы; 3 – барабан; 4 – рама; 5 – приемная коробка; 6 – редуктор привода; 7 – регулировочное устройство;

В барабанные сепараторы с нижней подачей исходного питания ПБМ измельченная руда в виде пульпы подается в приемный короб, а затем в ванну, где вращается в барабан, в котором неподвижно установлена магнитная система из треж литых магнитов. При вращении барабана магнитные частицы притягиваются к его поверхности и перемещаются к концам магнитной системы, где смываются брызгалами в лоток для концентрата. Немагнитные частицы разгружаются через выпускное отверстие ванны. В ванне поддерживается постоянный уровень. Пятиполюсная магнитная система сепараторов состоит из прессованных феррито-бариевых магнитов, которая обеспечивает напряженность магнитного поля барабана 110 кА/м.

Таблица 53. Техническая характеристика магнитных сепараторов ПБС

Таблица 54. Техническая характеристика магнитных сепараторов ПБМ

Барабанные электромагнитные сепараторы ЭБМ (рис.124) используются для мокрого обогащения сильномагнитных руд и для регенерации ферромагнитных утяжелителей. По принципу работы эти сепараторы и по конструкции основных частей аналогичны магнитным сепаратором с постоянным полем ПБМ.

Рис. 124. Электромагнитный барабанный сепаратор ЭБМ – 80/250.

1 – барабан; 2 – скребки; 3 – электромагнитная система; 4 – противоточная ванна; 5 – загрузочная коробка; 6 - сливной патрубок; 7 – рама; 8 – хвостовые насадки; 9 – привод; 10 - питающий лоток ; 11 – загрузочная коробка

Они состоят из секторной электромагнитной системы с полюсами, чередующимися по периметру барабана, что обеспечивает хорошее перемешивание материала, при прохождении его через магнитное поле, напряженность которого составляет 210 кА/м. ( табл. 55).

Сухая магнитная сепарация материала крупностью менее 3 мм применяется редко ввиду сильного пылеобразования, поэтому применяется она для обогащения магнетитовой руды крупностью 50…70 мм. Магнитная система этих сепараторов ( рис.125) состит из стальных секторов с чередующейся полярностью. Между сектороми расположены катушки обмотки, которые вместе с секрорами одеты на стальное ярмо. Напряженность поля на поверхности барабана составляет 110…120 кА/м. В табл. 53 приведена техническая характеристика электромагнитных сепараторов для сухого и мокрого обогащения.

Рис. 125. Электромагнитный барабанный сепаратор ЭБС – 90 /100

1 – барабан; 2 – электромагнитная система; 3 –питатель; 4 – рама с кожухом

Таблица 55. Техническая характеристика электромагнитных сепараторов для сухого и мокрого обогащения сильномагнитных руд и для регенерации магнитных суспензий

Электромагнитные валковые сепараторы предназначены для сухого (ЭВС) и мокрого (ЭВМ) обогащения слабомагнитных руд цветных редких и черных металлов, доводки черновых концентратов, обезжелезнения материалов крупностью 0,1…5,0 мм с содержанием твердого в пульпе до 30…45% твердого.

Основными узлами сепараторов ( рис. 126) являются электромагнитная система, рабочие органы (валки), питатель и ванная с отделениями для продуктов магнитной сепарации. Специальный профиль полюсных наконечников обеспечивает создание магнитного неравномерного поля в зазоре между валком и наконечником, величина которого регулируется передвижением валка. Напряженность магнитного поля достигает 1350 кА/м.

Сепарируемый материал подается в зазор между валком и полюсным наконечником.

Рис. 126.Электромагнитный валковый сепаратор 2 ЭВМ – 38/250

1 – электромагнитная система; 2 –питатель; 3 –ванна; 4 – привод валков; 5 – привод питателей; 6 – разгрузочное устройство; 7 – защитные кожуха; 8 – водвод воды; 9 – рама; 10 – полюсгые наконечники; 11 –немагнитная рама

Под воздействием магнитного поля слабомагнитные минералы притягиваются к поверхности валка и выносятся в зону слабого магнитного поля, где отрываются от поверхности валка и под действием силы тяжести разгружаются в отсеки ванны для слабомагнитного продукта. Немагнитные частицы транспортируются самотеком и разгружаются в отсек ванны для немагнитного продукта. Сепараторы типа ЭВС имеют верхнюю, а сепараторы типа ЭВМ – нижнюю подачу исходного питания. В четырехвалковых сепараторах на нижних валках производится контрольная операция немагнитного продукта, прошедшего через верхние валки.

Электромагнитный сепаратор 4ЭВС- 36/100, который применяется для сухой магнитной сепарации гравитационных редкометальных концентратов, состоит из независимых электромагнитных систем – верхней и нижней, В каждой системе имеется два сердечника и четыре полюсных наконечника. Валки имеют индивидуальный привод.

Валковые электромагнитные сепараторы для обогащения слабомагнитных руд крупностью минус 4…5 мм ( марганцевые, окисленные железные, вольфрамитовые) обычно применяются двух и четырехвалковые сепараторы типа ЭВМ. Устройство этих сепараторов аналогично устройству магнитных сепараторов ЭВС. Исходный продукт в виде пульпы плотностью 70…80% твердого подается через загрузочное устройство и поступает в зазор между валками и полюсным наконечником магнитной системы. Магнитные частицы притягиваются к поверхности вращающихся валков и смываются водой в применик магнитного продукта, а немагнитные частицы через щелевые зазоры в полюсных наконечников разгружаются в приемник немагнитного продукта.

В табл. 56 приведена техническая характеристика валковых электромагнитных сепараторов типа ЭВС и ЭВМ.

Таблица 56. Техническая характеристика валковых электромагнитных сепараторов

Для обогащения руд, содержащих слабомагнитные минералы, применяются электромагнитные роторные сепараторы для мокрой магнитной сепарации.

Сепаратор ЭРМ – 1 ( 2ВК- 5В) обладает повышенной напряженностью магнитного поля и удлиненной зоной разделения, что благоприятно влияет на процесс селективного выделения слабомагнитных минералов. Магнитный поток в сепараторе распространяется вдоль ови валка, что првктически исключает нерабочие зоны, уменьшает износ валков и уменьшает расход электроэнергии.

Сепаратор ( рис. 127) состоит из валков - роторов 1, полюсных наконечников 2, катушек 3, загрузочного устройства 4, правой и левой ванн 5 и и привода 5. Два валка - ротора 1 и два полюсных наконечника2 и четыре катушки 3 образуют горизонтально расположенную магнитную систему О-образной формы.

Магнитная сила, возникающая в катушках, намагничивает зубцы валков - роторов, благодаря чему магнитные частицы, притягиваясь к их поверхности, выносятся вращающимися валками в концентратное отделение ванны, а немагнитные частицы под действием центробежной силы, возникающей при вращении валков, разгружаются между клиновидными выступами валка и разгружаются в ванну для немагнитной фракции.

Магнитный поток в зазорах между валками - роторами и полюсными наконечниками направлен от впадин наконечников к выступам зубцов валков и и замыкается через четыре рабочих зазаора шириной 8 – 9 мм. Валки - роторы, сердечники и полюсные наконечники изготовляются из малоуглеродистой стали.

Загрузочное устройство сепаратора состоит из двухбарабанного питателя и шиберов. Барабаны питателей приводятся во вращение одним из валков через звездочки и роликовую цепь со скоростью 50 оборотов в минуту. Привод сепаратора состоит из дух асинхронных электродвигателей мощностью по 2,8 кВт и червячных редукторов с передаточным числом 16,7.

Рис. 127. Общий вид электромагнитного сепаратора ЭРМ -1

Вода к сепаратору для периодического смыва валков подается снизу ванны. Постоянный уровень воды в ваннах поддерживается автоматически. В табл. 57 приведена техническая характеристика электромагнитных сепараторов ЭРМ.

Таблица 57. Техническая характеристика электромагнитных сепараторов ЭРМ

Все более широкое распространение в промышленности для мокрого магнитного обогащения тонкоизмельченных руд получают высокоградиентные или полиградиентные сепараторы – барабанные, валковые и роторные. В этих сепараторах сильное магнитное поле создается намагничеснными ферромагнитными телами (стержни, шары). Магнитные минералы удерживаются в каналах между намагничеснных тел, затем выносятся из рабочей зоны и смываются водой в бункер для магнитного продукта.

Производительность барабанных сепараторов для сухой сепарации рекомендуется принимать по каталогам или по промышленным данным, а производительность сепараторов для мокрого обогащения определяется по удельной производительности на единицу длины барабана или валка в зависимости от крупности исходного материала, содержания твердого, диаметра барабана или валка и типа ванны.

Так удельная производительность сепаратора ПБМ с противоточной ванной при диаметре барабана 1200 мм, содержании в материале класса минус 0,074 мм - 50…60%, содержании твердого в питании 50% удельная производительность равна 100…120 т/(м·ч). Удельная производительность валкового сепаратора при обогащении титаноциркониевых песков составляет всего 1 т /( м·ч)

По удельной производительности производительность сепараторов ПБМ определяется по формуле

Q = q(L – 0,1), т/ч, где q – удельная производительность, т/(м· ч); L – длина барабана, м.

Производительность сепараторов для слабомагнитных руд может быть определена аналогичным путем по формуле

Q = q n (L – 0,1), т/ч, где n – число рабочих органов ( барабанов, роторов, валков) в сепараторе.

3.8. Электрические методы обогащения