МАГНИТНЫЙ СЕПАРАТОР Российский патент 1996 года по МПК B03C1/00 B03C7/02 

Изобретение предназначено для выделения магнитной компоненты из порошков минералов, размер частиц которых заключен в пределах от десятых долей мкм до 100 мкм, т.е. порошков глубокого вскрытия. Верхний предел может быть увеличен. Область применения: сухое обогащение минерального сырья магнитной компонентой, переработка отходов черных металлов и т.д.

Обогащение высокодисперсных порошков магнитной компонентой осуществляют магнитными сепараторами только из их водных суспензий (1). Это повышает эффективность обогащения за счет частичного разрушения водной средой агрегатов (вторичных частиц), образованных силами адгезии (2). Агрегаты всегда имеют смешанный состав, т. е. представляют собой совокупность частиц магнитной и немагнитной компонент минерала.

Основные недостатки таких сепараторов большой расход пресной воды (до 20 тонн на тонну порошка минерала), загрязнение сбросовых вод "хвостами" (частицы от нескольких мкм и менее), необходимость специального оборудования по водообороту, необходимость в земельных участках под отстойники и т.д.

Известны устройства, в которых сделана попытка устранить эти недостатки путем использования в магнитном сепараторе электрических полей.

Так по а. с. 1627255 у боковой поверхности барабана, внутри которого вращается магнитная система, вертикально расположена бесконечная металлизированная лента. Лента находится под высоким потенциалом относительно барабана, который заземлен. Магнитная компонента захватывается магнитным полем. Частицы немагнитной компоненты за счет электростатической индукции (проводники) или поляризации (диэлектрики) осаждаются на ленту.

Стремление усилить влияние сил электрического поля на эффективность разделения путем увеличения его неоднородности именно в той области куда и поступает порошок из питателя отражено в а.с. 1651963. В этом устройстве магниты с чередующимися полисами установлены на одной паре дисков, а электрическая система, выполненная в виде электродов с чередующимися знаками заряда (полярностью), установлены радиально на другой паре дисков, которые размещены между дисками с магнитной системой.

Рассмотрение рабочих процессов в аналоге (а.с.1627255) и прототипе (а.с. 1651963) показало, что в них отсутствует главное: исключена сама возможность разрушения агрегатов, нет такой стадии, где бы это имело место. Устойчивость агрегатов нелинейно растет с уменьшением размера частиц. Степень измельчения с средним размером частиц порядка десятки мкм на сегодня типична и диктуется необходимой глубиной вскрытия. Агрегаты же за счет магнитной компоненты захватываются магнитным полем, а это снижает эффективность обогащения. И с другой стороны, за счет поляризации диэлектрической компоненты и индуцированных "диполей" в частицах проводниковой компоненты (3) агрегат будет втягиваться в область больших напряженностей электрического поля, что также снижает эффективность обогащения.

В магнитном сепараторе, составляющем предполагаемее изобретение, этот недостаток аналога и прототипа устранен тем, что прежде чем осуществлять собственно магнитную сепарацию все агрегаты исходного порошка разрушаются за счет его электродинамического псевдоожижения (4) силами электрического поля высокой напряженности. Для электродинамически псевдоожиженной двухфазной системы газ твердое тело характерно полное разрушение агрегатов за счет сил кулоновского взаимодействия и инерциальных ускорений, возникающих при ударах частиц об электроды.

Сущность изобретения поясняет графический материал фиг.1, где представлена принципиальная схема магнитного сепаратора.

Принципиальная схема (фиг.1) состоит из следующих элементов: двух горизонтальных электродов (1) с профилированными поверхностями со стороны межэлектродных областей А и В соответственно. Оба электрода заземлены. Между ними под углом 0,5=15^o помещен электрод (2), профилированный и со старены области А и области В. Он находится под высоким потенциалом относительно земли и имеет канал (3), сообщающий эти области. Соответственно верхний электрод (1) имеет канал (4) для подачи порошка минерала, подлежащего обогащению. Траекторий частиц, подлежащих обогащению (5), а траектории частиц магнитной компоненты (5 ) и немагнитной (5 ). Нижний электрод (1) имеет канал (6), расположенный над емкостью (7) для сбора немагнитной компоненты. Электромагниты (9) расположены внутри немагнитного экрана концентратора магнитной компоненты (8). Элементы (8) и (9) установлены на общем основании, скорость вращения которого регулируют. Собственно электромагниты питают током через коммутатора (10) съемник магнитной компоненты, а (11) емкость для ее сбора. Все элементы помещены в герметичный корпус (12).

Магнитный сепаратор работает следующим образом. Корпус герметизируют и в зависимости от крупности частиц создают в его объеме давление воздуха до (3-5)•10⁵ Па. Падают напряжение на электроды 1-2 от источника высокого напряжения постоянного тока и по каналу (4) начинают подачу порошка минерала, подлежащего обогащению магнитной компонентой.

При подаче напряжения U в межэлектродных областях А и В создается напряженность электрического поля E

где r- радиус кривизны силовой линии в данной точке поля.

При атмосферном давлении (10⁵ Па) реальны значения напряженности дo 15 кВ•см^-1. При условии герметизации корпуса магнитного сепаратора и создании в нем избыточного атмосферного давления 3•10⁵5 Па напряженность электрического поля может быть доведена до 50 кВ•см^-1. При таких напряженностях обеспечивается псевдоожижение частиц размером до десятых долей мкм (4).

Частицы порошка, подаваемые по каналу (4) в межэлектродную область А, при первом же контакте с электродом (1) приобретают электрический заряд q (Л.4, с.9)

где ε₀ электрическая постоянная,
r радиус частицы, как общепринятая модель частиц неправильной формы.

Приобретя заряды, частицы входят в режим вынужденных колебаний между электродами и под действием градиента их концентрации и кривизны силовых линий они смещаются в направлении канала (3), по которому инжектируются в межэлектродную область В. В последней процесс повторяется и завершается инжекцией потока чисто первичных частиц по каналу (6) в область градиентного магнитного поля, где и происходит расщепление траекторий компонент. Скорость соударения частицы с электродом достигает десятков см•с^-1 (4). Время соударения порядка 10^-3 10^-4 с (5). Следовательно, инерционные ускорения, возникающие при cоударении достигают сотен м•с^-2. Этот фактор в совокупности с фактором кулоновских сил, а частицы инжектируются из канала (6) все с положительным зарядом, обеспечивают разрушение агрегатов и исключают их образование в период собственно магнитной сепарации.

Поток этих частиц пересекается градиентным магнитным полем, которое и осаждает магнитную компоненту на экран (8), протягивается им до съемника (10) с последующим сбросом Б приемник (11), который заземлен.

Существенно, что "скопление" частиц происходит вне области высокой напряженности электрического поля. Следовательно, корона с острий частиц исключена, что разгружает высоковольтный источник от дополнительней нагрузки, которая значительно превышает нагрузку на псевдоожижение.

Приводимые ниже результаты исследований получены на макете, в котором суммарный объем областей псевдоожижения (области А и В) равнялся 45 см³. Напряженность электрического поля Е 15 кв•см^-1. Исходные порошки - железорудный концентрат Оленегорского комбината с крупностями:
90 частиц менее 44 мкм, cодержание SiO₂ 1,21
60-70 частиц менее 71 мкм, cодержание SiO₂ 8,7
Концентраты получены мокрым магнитным обогащением.

Предельно возможная объемная концентрация твердой фазы в области электродинамического псевдоожижения не может превышать 1 от объема этой области (4). На макете получено ее значение <0,5 Таким образом, в любой момент времени в состоянии электродинамического псевдоожижения в объемах А и В находится объем твердой фазы, равный приблизительно 0,22 см³. Плотность магнетита 4,9-5,2 (6). При среднем значении, равном 5,0, масса псевдоожиженного в этих объемах порошка составит 1,1 г.

Общее время нахождения в объемах А и В электродинамически псевдоожиженной массы 1,1 г не превышало 3 с. При этом потреблялась мощность порядка 0,25 Вт, это соответствует удельному значению данной характеристики 223 Вт•кг^-1. Последняя цифра, с учетом токов утечки, удовлетворительно согласуется с данными об удельной мощности, которая, согласно (Л.4, с.49), не превышает 150 Вт•кг^-1.

Результаты анализа концентрата, прошедшего сухое магнитное обогащение на макете:
для крупности 90 <44 мкм содержание SiO₂ стало 0,15
для крупности 60-70<71 мкм содержание SiO₂ стало 2,46
Таким образам, чем глубже вскрытие, тем эффективность сухой магнитной сепарации выше. Это соответствует общей картине адгезионных взаимодействий.

Считая корректней аппроксимацию в пределах порядка данных, полученных на макете, оценили ожидаемую производительность с oдного дм³ области электродинамического псевдоожижения. Используя пункты 1 и 2, получено значение 30 кг•час^-1.

Заметим, что электродинамическое псевдоожижение как таковое экспериментально проводилось в объемах до 3 дм³. Теория в этом плане не выдвигает каких-либо ограничений.

На макете проведены отдельные эксперименты по обогащению слабомагнитной компонентой: ильменит и магнетит. Результат более чем обнадеживающий.

Использование: обогащение минерального сырья, переработка отходов черных металлов. Сущность изобретения: магнитный сепаратор для извлечения порошков высокой дисперсности частиц магнитной компоненты включает установленную с возможностью вращения и выполненную из магнитов, расположенных по окружности, магнитную систему с источником постоянного тока низкого напряжения, электрическую систему из электродов, приспособления для ввода и вывода соответственно исходного материала магнитной и немагнитной компонент, источник высокого напряжения постоянного тока для питания электродов. Сепаратор снабжен герметичным корпусом, электрическая система выполнена из трех электродов, расположенных один под другим. Верхний и нижний электроды профилированы со стороны межэлектродной области, расположены горизонтально и заземлены. Средний электрод профилирован с обеих сторон, соединен с источником высокого напряжения и установлен под углом 0,5-15 градусов к горизонту, приспособления для ввода исходного материала и вывода магнитной и немагнитной фракций выполнены в виде отверстий в электродах. Магнитная система расположена под нижним электродом постановлена с возможностью вращения в горизонтальной плоскости. 1 ил.

Магнитный сепаратор для извлечения из порошков высокой дисперсности частиц магнитной компоненты, включающий установленную с возможностью вращения и выполненную из магнитов, расположенных пo окружности, магнитную систему с источником постоянного тона низкого напряжения, электрическую систему из электродов, приспособления для ввода и вывода соответственно исходного материала, магнитной и немагнитной компонент, источник высокого напряжения постоянного тока для питания электродов, отличающийся тем, что он снабжен герметичным корпусом, электрическая система выполнена из трех электродов, расположенных один под другим, при этом верхний и нижний электроды профилированы со стороны межэлектродной области, расположены горизонтально и заземлены, средний электрод профилирован с обеих сторон, соединен с источником высокого напряжения и установлен под углом 0,5-15 градусов к горизонту, приспособления дня ввода исходного материала и вывода магнитной и немагнитной фракций выполнены в виде отверстий в электродах, а магнитная система расположена под нижним электродом и установлена с возможностью вращения в горизонтальной плоскости.