СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ФЕРРОМАГНЕТИКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01N27/72 

Изобретение относится к измерению магнитных величин и может быть использовано для непрерывного и дискретного экспресс-анализа качества железно-рудного сырья при его переработке и обогащении.

Известен способ определения магнитных характеристик в постоянных магнитных полях, изменяющихся в пределах от нуля до нескольких килоэрстед, регистрируемых баллистическим методом. (Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник т. 2. М. Машиностроение, 1976 с. 18 21).

Недостатком этого способа является необходимость изготовления перед измерением образцов специальной формы (шаров, цилиндров). Измерение производят при изменяющихся значениях постоянного магнитного поля, поэтому непрерывные измерения трудно осуществить.

Известен способ определения содержания ферромагнетика по величине магнитной восприимчивости, измеряемой при наложении на исследуемый образец постоянного и переменного магнитных полей.

При этом строят зависимость величины магнитной восприимчивости от значения изменяющегося по величине постоянного магнитного поля.

Затем производят сравнение магнитной восприимчивости исследуемого и эталонного образцов и определяют содержание ферромагнетика в исследуемом образце (Чечерников В.И. Магнитные измерения. М. МГУ, 1963. с. 131 133).

Недостатком известного способа является невысокая точность определения содержания ферромагнетика, обусловленная свойствами исследуемых образцов.

Наиболее близким по физической сущности к изобретению является способ определения содержания ферромагнетика (авт.св. СССР N 1012171, кл. G 01 V 3/08). Сущность известного способа заключается в том, что содержание ферромагнетика определяют по магнитной восприимчивости, причем измерение магнитной восприимчивости производят при наложении на пробу как переменного, так и постоянного магнитных полей, причем величина постоянного магнитного поля выбирается равной 40 кА/м (500 Э).

Недостатком указанного способа является невысокая достоверность определения содержания железа в концентрате. Дело в том, что в известном способе определяется не содержание железа общего, а содержание железа магнетитового по величине магнитной восприимчивости. Однако магнитная восприимчивость зависит не только от содержания железа магнетитового, но также от формы и размеров зерен магнетита, слагающего пробу. Известный способ позволяет частично снизить влияние свойств исследуемого материала на магнитную восприимчивость, однако не обеспечивает необходимой достоверности определений, т. к. концентрат имеет достаточно высокую степень измельчения (выход готового класса меньше 0,05 мм свыше 90%). При такой степени измельчения происходит разрушение структуры материала, что не позволяет ввести поправку в определение содержания железа за счет структурных особенностей материала.

Технической задачей изобретения является повышение достоверности способа за счет использования как магнитных, так и механических свойств частиц конечного продукта обогащения ферромагнитного материала, а также структурных особенностей ферромагнитного материала до его обогащения.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе структурные особенности материала (тип руды) определяют на первой стадии его измельчения для чего измеряют магнитные восприимчивости этого материала сначала при воздействии на него только переменным магнитным полем ((κ_1p)), затем одновременно переменным и постоянным стабилизированными магнитными полями ((κ_2p)) и определяют отношение измеренных магнитных восприимчивостей
По полученной величине магнитного параметра Np определяют прогнозное содержание железа в концентрате при заданной крупности его измельчения, т.е. какое содержание железа можно получить из исследуемого ферромагнитного материала, если его измельчить до заданной крупности и обогатить по существующей технологии, затем на последней стадии измельчения и обогащения концентрата вновь измеряют его магнитную восприимчивость κ_3k при воздействии на него только переменным магнитным полем.

После этого на концентрат воздействуют постоянным стабилизированным магнитным полем и после окончания его воздействия измеряют магнитную восприимчивость κ_4k при воздействии на него только переменным магнитным полем. Затем вычисляют отношение этих магнитных восприимчивостей
,
которое зависит от крупности измельчения концентрата.

Дело в том, что при воздействии постоянного магнитного поля происходит разворот частиц и их встряска. Поэтому при снятии постоянного магнитного поля происходит дополнительное уплотнение пробы.

Причем чем мельче частицы, тем сильнее они уплотняются и тем больше изменение их магнитной восприимчивости после окончания воздействия постоянного магнитного поля. Поэтому содержание железа общего определяется с учетом типа руды и крупности измельчения концентрата по следующей зависимости:

Для реализации способа известно устройство для контроля содержания железа в пульпе, содержащее датчик, расположенный в области немагнитного участка пульпопровода, и регистрирующий прибор. (Маргота А.Н. и др. Контроль качества железорудного сырья. К. "Техника", 1967, с. 167).

Недостатком известного устройства является низкая чувствительность при контроле пульп с малым содержанием железа.

Известно также устройство для контроля содержания магнитного железа в пульпе, содержащее накопительную емкость с отсадочным патрубком из немагнитного диэлектрического материала, на котором размещены два измерительных трансформатора, блок питания и блок управления, первый выход которого подключен к входному клапану накопительной емкости, второй выход подсоединен к выходному клапану отсадочного патрубка, а третий выход подключен к управляющему входу регистратора, к входу которого подключен выход блока преобразования.

(Горный журнал, "Недра", 1978, N 7, с. 15 23).

Недостатком указанного устройства является невозможность реализации цели предлагаемого способа из-за невозможности производить измерения при воздействии на пробу одновременно переменным и постоянным магнитными полями.

Для достижения цели предлагаемого способа устройство для определения содержания ферромагнетика в пульпе, содержащее пробозаборное устройство из немагнитного диэлектрического материала, соединенное с пульповым желобом, входной и выходной клапаны, блок питания, блок управления, на пробозаборном устройстве размещена измерительная катушка первичного преобразователя, содержит дополнительное пробозаборное устройство, соединенное с пульповым желобом, дополнительную измерительную катушку в первичном преобразователе, размещенную на дополнительном пробозаборном устройстве, входной и выходной клапаны дополнительного пробозаборного устройства, при этом пробозаборные устройства выполнены в виде трубы, причем первичный преобразователь содержит дополнительно две намагничивающие катушки, установленные на обоих пробозаборных устройствах, а каждый клапан содержит намагничивающую катушку, установленную на соответствующем пробозаборном устройстве, при этом блок управления включает пульты согласования пробозаборных устройств, соединенные с информационно-управляющим вычислительным комплексом. На фиг. 1 7 изображены фазы измерений по предлагаемому способу; на фиг. 8 устройство для осуществления способа, вертикальный разрез; на фиг. 9 график корреляционной зависимости магнитного параметра (отношение магнитной восприимчивости при воздействии на пробу исходной руды как переменного, так и постоянного магнитных полей к магнитной восприимчивости при воздействии на пробу только переменного магнитного поля) от содержания железа в концентрате; на фиг. 10 график корреляционной зависимости магнитного параметра (отношение магнитной восприимчивости при воздействии на пробу концентрата переменного магнитного поля после окончания воздействия на нее постоянного магнитного поля к магнитной восприимчивости после окончания цикла осаждения) от поправки к содержанию железа в концентрате; на фиг. 11 показан градуировочный график зависимости содержания железа в концентрате, вычисленного по формуле Fe 38,46 K_2к 46,5 Np + 51,37 от содержания железа по данным химического анализа.

Способ осуществляется следующим образом. ИУВК 1 через ПС 2 подает команду на магнитный клапан 3 пробозаборного устройства 4, который перекрывает поток пульпы исходной руды за счет создания постоянного магнитного поля Н, путем пропускания через обмотку 5 клапана 3 постоянного тока I и освобождает измерительную зону пробозаборного устройства 4 от пульпы (фиг. 1). Затем ИУВК 1 включает первичный преобразователь 6 и путем пропускания переменного тока через измерительную катушку 7 измеряет нулевые значения магнитной восприимчивости, запоминает и хранит ее в памяти для последующей обработки. После этого ИУВК 1 через ПС 2 отключает магнитный клапан 3 и подает команду на клапан 8, который перекрывает поток пульпы концентрата за счет создания постоянного магнитного поля Н, путем пропускания через обмотку 9 клапана 8 постоянного тока I, создавая тем самым условия для формирования осадка твердой фазы пульпы. Время осаждения выбирают экспериментально в пределах 5 15 мин. После того, как закончится осаждение ИУВК 1 производит измерение магнитной восприимчивости κ_1p путем пропускания переменного тока через измерительную катушку 7 первичного преобразователя 1 (фиг. 2). Затем ИУВК 1 включает постоянное магнитное поле Н путем пропускания постоянного стабилизированного тока I через обмотку 10 катушки намагничивания первичного преобразователя 6 и производит измерение магнитной восприимчивости κ_2p при воздействии на пробу исходной руды как переменного, так и постоянного магнитных полей (фиг. 3).

После этого ИУВК 1 отключает постоянное магнитное поле в намагничивающей катушке первичного преобразователя 6 и через пульт согласования 11 подает команду на магнитный клапан 12 пробозаборного устройства 13, который перекрывает поток пульпы концентрата за счет создания постоянного магнитного поля Н, путем пропускания постоянного тока I через обмотку 14 магнитного клапана 12 и освобождает измерительную зону пробозаборного устройства 13 от пульпы (фиг. 4). Затем ИУВК 1 включает первичный преобразователь 15 и путем пропускания переменного тока через обмотку 16 измерительной катушки измеряет нулевое значение магнитной восприимчивости κ₀₂, запоминает и хранит ее в памяти для последующей обработки. После этого ИУВК 1 через пульт согласования 11 отключает магнитный клапан 12 и подает команду на магнитный клапан 17, который перекрывает поток пульпы за счет создания постоянного магнитного поля Н, путем пропускания через обмотку 18 клапана 17 постоянного тока I₁, создавая тем самым условия для формирования осадка твердой фазы пульпы концентрата.

Время осаждения выбирают экспериментально в пределах 5 15 мин.

После того, как закончится осаждение, ИУВК 1 производит измерение магнитной восприимчивости путем пропускания переменного тока через обмотку 16 измерительной катушки первичного преобразователя 15 (фиг. 5).

Затем ИУВК 1 включает постоянное магнитное поле Н путем пропускания постоянного стабилизированного тока через обмотку 19 катушки намагничивания первичного преобразователя 15 (фиг. 6).

После этого ИУВК 1 отключает постоянное магнитное поле в намагничивающей катушке 19 первичного преобразователя 15 и вновь производит измерение магнитной восприимчивости при воздействии на пробу только переменного магнитного поля, путем пропускания переменного тока через измерительную катушку 16 первичного преобразователя 15 (фиг. 7). Затем ИУВК 1 вычисляет содержание железа в концентрате из следующего соотношения:
,
где κ₀₁ величина магнитной восприимчивости при отсутствии пробы в пробозаборном устройстве исходной руды.

κ_1p величина магнитной восприимчивости исходной руды после окончания цикла осаждения.

κ_2p величина магнитной восприимчивости исходной руды при воздействии на пробу одновременно переменным и постоянным магнитными полями.

κ₀₂ величина магнитной восприимчивости при отсутствии пробы в пробозаборном устройстве концентрата.

κ_3k величина магнитной восприимчивости концентрата после окончания цикла осаждения.

κ_4k величина магнитной восприимчивости концентрата после окончания воздействия на пробу постоянного магнитного поля.

Коэффициенты А, В и С подбирают по предварительно построенным градуировочным графикам. Для этого из концентратного желоба отбирается 15 20 эталонировочных проб, время отбора которых строго согласуется с магнитными измерениями на пульпах слива классификатора и концентратного желоба. Затем с помощью химического анализа определяется содержание железа в этих пробах. После этого строят график зависимости магнитного параметра от содержания железа в концентрате
Fe_Np ANp + C₁
и по этой зависимости определяют коэффициенты А и С.

Затем по этой зависимости вычисляют содержание железа Fe во всех эталонировочных пробах, сопоставляют его с содержанием железа в пробах, полученного химическим анализом (Fe_л), и вычисляют ошибку определения
ΔFe = Fe_л-Fe_Np
После этого строят график корреляционной зависимости магнитного параметра

ΔFe = BK_2k+C₂,
получают общую формулу определения содержания железа
Fe_м=Fe_Np+ΔFe=ANp+BK_2k+(C₁+C₂)=ANp+BK_2k+C
и величины коэффициентов А, В и С.

Пример 1. Для проверки работоспособности способа на 11 секции ОФ МГОКа было отобрано 16 проб концентрата.

Время отбора согласовано с магнитными измерениями на пульпах слива классификатора (исходная руда) и концентратного желоба (табл. 1). По полученным измерениям был построен график корреляционной зависимости магнитного параметра от содержания железа в концентрате (фиг. 9).

Формула для вычисления содержания железа в концентрате по этому графику имеет вид:
Fe_Np 92,51 46,5Np
Затем по этой формуле были вычислены содержания железа в концентрате и сопоставлены с данными химического анализа.

Был построен график корреляционной зависимости поправки содержания железа Fe в концентрате от магнитного параметра (фиг. 10), и тогда формула вычисления содержания железа в концентрате по предлагаемому способу приняла следующий вид (фиг. 11).

Fe 38,46K_2к 46,5Np + 51,37
После этого в течение 8 сут были проведены испытания способа. Содержание железа в концентрате определялось автоматически через каждые 17 мин по полученным корреляционным зависимостям. Контрольные пробы отбирались службой ОТК через 3 4 ч. Содержание железа в концентрате в контрольных пробах определялось химическим анализом. Результаты сравнительных определений Fe химанализом и предлагаемым способом приведены в табл. 2.

Как видно из табл.2, среднеквадратическая ошибка определения содержания железа по предполагаемому способу равна + 0,42 абс. что соизмеримо с данными химанализа.

Устройство для реализации способа включает информационно-управляющий вычислительный комплекс (ИУВК 1), состоящий, например, из персональной электронно-вычислительной машины ПЭВМ типа РС/АТ-386 и платы расширения АЦП-ЦАП. ИУВК 1 посредством кабельной линией связи соединен с пультами согласования 2 и 11, которые непосредственно управляют работой исполнительных элементов, установленных на пробозаборных устройствах 4, укрепленных внутри сливного желоба исходной руды 20 так, чтобы часть потока пульпы 21 через щель 22 постоянно протекала внутри немагнитной трубы пробозаборного устройства 4 и 13, укрепленного внутри концентратного желоба 23 таким образом, чтобы часть потока пульпы 24 через щель 25 постоянно протекала внутри немагнитной трубы пробозаборного устройства 13. Роль исполнительных элементов выполняют магнитные клапаны 3 и 8 для пульта согласования на исходной руде ПС 2 и магнитные клапаны 12 и 17 для пульта согласования на концентрате ПС 11, а также первичные преобразователи ПП 6 для ПП 2 и ПП 15 для ПС 11. Магнитные клапаны 3, 8, 12 и 17 служат для перекрытия потоков пульпы в пробозаборных устройствах 4 и 13 и состоят из сердечников 26, 27, 28 и 29, на которые намотаны намагничивающие катушки 30, 31, 32 и 33. Первичные преобразователи 6 и 15 служат для производства измерений магнитных восприимчивостей при наложении на пробу переменных и постоянных магнитных полей. Первичные преобразователи состоят из измерительных катушек 7 и 16, внутренние диаметры которых совпадают с внешними диаметрами труб пробозаборных устройств, и компенсационных катушек (на чертеже не показаны).

В первичных преобразователях размещены также намагничивающие катушки 34 и 35, намотанные на сердечники 36 и 37. Направления магнитных полей в измерительных и намагничивающих катушках взаимно перпендикулярны.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии часть потока пульпы 21 из желоба 20 исходной руды и часть потока пульпы 24 из концентратного желоба 23 непрерывно поступает в немагнитные трубы пробозаборных устройств 4 и 13 через вертикальные щели 22 и 25. Затем ИУВК 1 через пульт согласования 2 подает команду на магнитный клапан 3 пробозаборного устройства 4 (см. фиг. 8), который перекрывает поток пульпы за счет создания в зоне крепления клапана постоянного магнитного поля Н путем пропускания через обмотку 30 магнитного клапана 3 постоянного тока I₁ и освобождает измерительную зону пробозаборного устройства 4 от пульпы (фиг. 1). Затем ИУВК 1 через ПС 2 включает первичный преобразователь 6 и путем пропускания переменного тока через измерительную катушку 7 измеряет нулевое значение магнитной восприимчивости κ₀₁, запоминает и хранит ее в памяти ПЭВМ для последующей обработки. После этого ИУВК 1 отключает магнитный клапан 3, освобождая поток пульпы в месте крепления клапана 3, и подает команду на магнитный клапан 8, который перекрывает поток пульпы за счет создания постоянного магнитного поля Н, путем пропускания через обмотку 9 клапана 8 постоянного тока I₁, создавая тем самым условия для формирования осадка твердой фазы пульпы. Время осаждения выбирают экспериментально в пределах 5 - 15 мин. После того, как закончится осаждение, ИУВК 1 производит измерение магнитной восприимчивости κ_1p путем пропускания переменного тока через измерительную катушку 7 первичного преобразователя 6 (фиг. 2).

Затем ИУВК 1 включает постоянное магнитное поле Н путем пропускания постоянного стабилизированного тока через обмотку 10 катушки намагничивания первичного преобразователя 6 и производит измерение магнитной восприимчивости κ_2p/ при воздействии на пробу исходной руды как переменным, так и постоянным магнитными полями (фиг. 3). После этого ИУВК отключает постоянное магнитное поле в намагничивающей катушке первичного преобразователя 6 и через пульт согласования 11 подает команду на магнитный клапан 12 пробозаборного устройства 13, который перекрывает поток пульпы концентрата за счет создания постоянного магнитного поля Н, путем пропускания постоянного тока I через обмотку 14 магнитного клапана 12 и освобождает измерительную зону пробозаборного устройства 13 от пульпы (фиг. 4). Затем ИУВК 1 включает первичный преобразователь 15 и путем пропускания переменного тока через обмотку 16 измерительной катушки измеряет нулевое значение магнитной восприимчивости κ₀₂, запоминает и хранит ее в памяти для последующей обработки.

После этого ИУВК 1 через ПС 11 отключает магнитный клапан 12 и подает команду на магнитный клапан 17, который перекрывает поток пульпы за счет создания постоянного магнитного поля Н, путем пропускания через обмотку 18 клапана 17 постоянного тока, создавая тем самым условия для формирования осадка твердой фазы пульпы. Время осаждения выбирают экспериментально в пределах 5 15 мин. После того, как закончится осаждение ИУВК 1 производит измерение магнитной восприимчивости κ_3k путем пропускания переменного тока через обмотку 16 измерительной катушки первичного преобразователя 15 (фиг. 5). Затем ИУВК 1 включает постоянное магнитное поле Н, путем пропускания постоянного стабилизированного тока I₂ через обмотку 19 катушки намагничивания первичного преобразователя 15 (фиг. 6). После этого ИУВК 1 отключает постоянное магнитное поле в намагничивающей катушке первичного преобразователя 15 и вновь производит измерение магнитной восприимчивости κ_4k при воздействии на пробу только переменного магнитного поля (фиг. 7).

Затем ИУВК вычисляет содержание железа в концентрате и все операции повторяются.

Пояснение к таблице 1:
отношение магнитной восприимчивости исходной руды при воздействии на нее одновременно перемещенным и постоянным магнитными полями к магнитной восприимчивости исходной руды при воздействии на нее только переменным магнитным полем
отношение магнитной восприимчивости концентрата при воздействии на него только переменным магнитным полем, после окончания воздействия на него постоянного магнитного поля и концентрата при воздействии на него только переменным магнитным полем, до воздействия на него постоянным магнитным полем.

Fe_л(отк) содержание железа в концентрате, определенное химическим анализом
Fe_м(по Np) содержание железа в концентраторе, вычисленное по формуле
Fe_м(по Np) 92,51 46,5Np
Fe_м(по Np и K_2к) содержание железа в концентрате, вычисленное по формуле
Fe_м(по Np и K_2к) 38,46K_2к 46Б5Np + 51,37
Пояснение к таблице 2:
Fe_л(отк) содержание железа в концентраторе, определенное химическим анализом
Fe_м содержание железа в концентрате, определенное предлагаемым способом.

Использование: при анализе качества железорудного сырья при его переработке и обогащении. Сущность изобретения: способ определения содержания ферромагнетика заключается в измерении магнитной восприимчивости твердой фазы рудной пульпы после первой стадии измельчения железной руды и пульпы концентрата, полученного на последней стадии обогащения руды, при наложении постоянного и переменного взаимно перпендикулярных магнитных полей. Содержание железа в концентрате определяют по формуле: F = A•K_2p/K_1p + B•K_4к/K_3к + C, где: K_2p - магнитная восприимчивость рудной пульпы, измеренная при наложении переменного магнитного поля; K_2p - магнитная восприимчивость рудной пульпы, измеренная при наложении взаимно перпендикулярных переменного и постоянного стабилизированного магнитных полей; K_3к - магнитная восприимчивость пульпы концентрата, измеренная при наложении переменного магнитного поля; K_4к - магнитная восприимчивость пульпы концентрата, измеренная после окончания воздействия постоянного стабилизированного магнитного поля; А, В, С - постоянные коэффициенты, определяемые по градуировочным графикам, построенным для эталонных образцов. Устройство для осуществления способа содержит два пробозаборных устройства с входными и выходными клапанами, первичный преобразователь с измерительными и намагничивающими катушками, расположенными на пробозаборных устройствах, и блок управления, включающий пульты согласования пробозаборных устройств и информационно-управляющий вычислительный комплекс. 2 с.п. ф-лы, 11 ил., 2 табл.

1. Способ определения содержания ферромагнетика, включающий отбор пробы и измерение магнитной восприимчивости отобранной пробы при наложении на нее постоянного и переменного магнитных полей, отличающийся тем, что в качестве пробы выбирают твердую фазу рудной пульпы после первой стадии измельчения железной руды и твердую фазу пульпы концентрата, полученного на последней стадии обогащения руды, при этом измеряют магнитную восприимчивость осажденной твердой фазы рудной пульпы при наложении переменного магнитного поля, затем измеряют магнитную восприимчивость при наложении взаимно перпендикулярных переменного и постоянного стабилизированного магнитных полей, измеряют магнитную восприимчивость осажденной твердой фазы пульпы концентрата при наложении переменного магнитного поля, далее на осажденную пробу накладывают взаимно перпендикулярные переменное и постоянное стабилизированное магнитные поля, затем прекращают действие постоянного магнитного поля и измеряют магнитную восприимчивость осажденной пробы, а содержание железа в концентрате вычисляют из следующего соотношения:
F A•K_2p/K_1p + B•K_4к/K_3к + C,
где F содержание железа в концентрате;
К_1p магнитная восприимчивость рудной пульпы, измеренная при наложении переменного магнитного поля;
K_2p магнитная восприимчивость рудной пульпы, измеренная при наложении переменного и постоянного стабилизированного магнитных полей;
K_3к магнитная восприимчивость пульпы концентрата, измеренная при наложении переменного магнитного поля;
K_4к магнитная восприимчивость пульпы концентрата, измеренная после окончания воздействия постоянного стабилизированного магнитного поля;
А, В, С постоянные коэффициенты, определенные предварительно по градуировочным графикам, построенным для эталонных образцов с известным содержанием железа. 2. Устройство для определения содержания ферромагнетика в пульпе, содержащее пробозаборное устройство из немагнитного диэлектрического материала, соединенное с пульповым желобом, входной и выходной клапаны, блок питания, блок управления, на пробозаборном устройстве размещена измерительная катушка первичного преобразователя, отличающееся тем, что устройство содержит дополнительное пробозаборное устройство, соединенное с пульповым желобом, дополнительную измерительную катушку в первичном преобразователе, размещенную на дополнительном пробозаборном устройстве, входной и выходной клапаны дополнительного пробозаборного устройства, при этом пробозаборные устройства выполнены в виде трубы, причем первичный преобразователь содержит дополнительно две намагничивающие катушки, установленные на обоих пробозаборных устройствах, а каждый клапан содержит намагничивающую катушку, установленную на соответствующем пробозаборном устройстве, при этом блок управления включает пульты согласования пробозаборных устройств, соединенные с информационно-управляющим вычислительным комплексом.