СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 1997 года по МПК B03C1/32 

Изобретение относится к определению устойчивости магнитных характеристик и оценки качества жидких, легконамагничивающихся в магнитном поле материалов или магнитных жидкостей (МЖ) и может быть использовано для оценки рабочих характеристик МЖ и ее пригодности для процессов МГ-сепарации.

Наиболее важной характеристикой МЖ является устойчивость, особенно устойчивость при воздействии на нее неоднородного магнитного поля, которая определяет стабильность во времени магнитных, электрических и других характеристик МЖ. Необходимость оценки устойчивости МЖ встала особенно остро после разработки процессов и оборудования для разделения шлиховых концентратов, в которых магнитные жидкости подвергаются длительному воздействию сильного градиентного неоднородного магнитного поля. При этом оказалось, что далеко не все МЖ отвечают требованиям устойчивости, и их пригодность к использованию в процессах МГ-сепарации надо определять заранее.

Известен способ оценки коллоидной устойчивости ферромагнитных жидкостей при воздействии на пробу ферромагнитной жидкости электрического и магнитного полей [1] Об агрегативной устойчивости судят по коэффициенту устойчивости К, определяемому по соотношению величин токов, протекающих через образец МЖ при воздействии электрического поля и при совместном воздействии электрического и магнитного полей.

Данный способ недостаточно информативен, так как неясно, при каких значениях К можно считать жидкость устойчивой, если для образцов, полученных по одной технологии и при одинаковой концентрации дисперсной фазы, эта величина может различаться в 4 раза (см. табл. ФЖ-1 ФЖ-5 [1]). По-видимому, различия могут быть более значительными, если образцы МЖ будут получены по различным технологиям. Кроме того, по данному способу трудно сравнивать устойчивость образцов МЖ с различной концентрацией дисперсной фазы, т.к. общеизвестно, что удельное электрическое сопротивление таких образцов (а, следовательно, и сила тока, протекающего через образец) сильно меняется с концентрацией дисперсной фазы.

Наиболее близким к заявленному способу по технической сущности является способ [2] По данному способу устойчивость МЖ определяют путем измерения критического перепада давления в измерительном канале, куда помещают образец МЖ, фиксируют его неоднородным магнитным полем и вытесняют образец из-под полюсов магнита газом. Устойчивость рассчитывают по формуле

где ΔC устойчивость (относительное изменение концентрации ферромагнитных частиц в коллоиде);
ΔP¹ критический перепад давления;
К константа прибора;
У_s намагниченность насыщения магнитного коллоида.

Этот способ определения устойчивости имеет ряд недостатков, позволяющих применять его только в отдельных специфических условиях. Так, в данном способе не учитывается взаимное влияние на конечный результат одновременно воздействующих на образец магнитных и динамических сил. Результаты, приведенные в таблице (с.6 описания [2]), свидетельствуют о большой зависимости значений устойчивости от намагниченности насыщения испытуемого образца (т.е. концентрации дисперсной фазы), что говорит скорее о несовершенстве известного способа, чем о его высокой чувствительности. Кроме того, данный способ характеризуется сложностью в осуществлении, т.к. требует большого технического обеспечения (наличия баллона с газом, системы редуцирования давления и регулирования скорости подачи газа, а также устройств для загрузки образца МЖ, измерения перепада давления, приема МЖ после пробоя, зачистки капилляра и др.). Сложна и методика определения константы прибора, для чего необходимо иметь дополнительное оборудование. Информация об устойчивости МЖ, полученная по данному способу, не позволяет прогнозировать работоспособность МЖ на длительный период времени в конкретных условиях, например, в процессах МГ-сепарации шлиховых концентратов.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков: упрощение способа и повышение надежности и точности определения устойчивости МЖ.

Это достигается тем, что в известном способе определения устойчивости магнитной жидкости, включающем воздействие на нее неоднородным магнитным полем и оценку устойчивости магнитной жидкости, перед и после воздействия на магнитную жидкость неоднородным магнитным полем определяют плотность образца магнитной жидкости, при этом для определения плотности магнитной жидкости после воздействия на нее неоднородным магнитным полем используют часть образца магнитной жидкости, расположенную в зоне с экстремальным значением магнитной силы, а оценку устойчивости магнитной жидкости производят по степени изменения плотности магнитной жидкости.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что после измерения плотности исследуемый образец МЖ помещают в магнитную систему с сильным неоднородным по вертикали магнитным полем и выдерживают там в течение, например, 2-180 мин. Частицы дисперсной фазы в МЖ испытывают сильное воздействие магнитного поля, и взаимодействие их с магнитным полем тем сильнее, чем крупнее частицы. Эти частицы перемещаются в область, где магнитная сила (Нgrad H) максимальна. Происходит процесс расслоения МЖ и перераспределение концентрации магнитной фазы по объему, причем максимальная ее концентрация будет находиться в зоне, где индукция магнитного поля максимальна.

Этот процесс расслоения МЖ и может быть замечен путем отбора пробы из зоны с экстремальным значением магнитной силы или индукции магнитного поля и повторным измерением плотности МЖ.

Так как для процессов МГ-сепарации даже незначительное перераспределение дисперсной фазы в МЖ недопустимо, то наблюдение за изменением концентрации дисперсной фазы в отдельных частях объема образца МЖ, помещенного в сильное неоднородное магнитное поле, является точным и надежным способом определения устойчивости МЖ. Простота способа очевидна.

Чтобы процесс перераспределения концентрации дисперсной фазы под действием неоднородного магнитного поля мог происходить достаточно быстро (необходимо для оперативности контроля), нужно обеспечить индукцию магнитного поля не менее 0,35 Тл.

Примером сильномагнитной системы с неоднородным магнитным полем, пригодной для определения устойчивости МЖ по предлагаемому способу, может служить МГ-сепаратор, разработанный ОАО "Грант", г. Наро-Фоминск. Магнитная система этого сепаратора выполнена на постоянных магнитах нового поколения, обеспечивающих компактность конструкции и высокие параметры индукции магнитного поля и магнитной силы в зазоре, не уступая по этим показателям громоздким электромагнитным сепараторам.

Поэтому использование магнитных систем на постоянных магнитах в предлагаемом способе предпочтительнее.

Время выдержки образца в магнитной системе зависит от величины магнитной силы данной магнитной системы, а также от требований, предъявляемых к устойчивости МЖ. В процессах МГ-сепарации с использованием магнитной системы на постоянных магнитах, разработанной в ОАО "Грант", время выдержки обычно не превышает 30 мин и часто составляет 5-10 мин (при использовании для этих целей ФГС-сепаратора института "Гидромашуглеобогащение", г. Луганск время выдержки не менее 2-3 ч). Если к качеству МЖ предъявляются более жесткие требования, то время ее выдержки в магнитной системе должно быть увеличено.

Определение устойчивости образцов МЖ проводят следующим образом. Исследуемый образец МЖ объемом 0,1-3,0 л заливают в цилиндр и измеряют денсиметром его плотность. Затем образец МЖ помещают в МГ-сепаратор и выдерживают в нем в течение 2-180 мин. После этого отбирают часть образца МЖ, находящуюся в зоне с максимальным значением магнитной силы. Отобранную часть образца МЖ переносят в цилиндр и вновь измеряют денсиметром плотность жидкости. По изменению плотности жидкости (или ее постоянству) судят об устойчивости образца.

Пример. Для определения устойчивости выбраны два образца МЖ на керосиновой основе с использованием магнетита в качестве дисперсной фазы и олеиновой кислоты в качестве стабилизатора. Объем образцов 250 мл. Оба образца имеют одинаковую первоначальную плотность равную 1,40 г/см³, но изготовлены в разных условиях. В качестве магнитной системы используют МГ-сепаратор. И первый и второй образцы МЖ поочередно помещают в МГ-сепаратор и выдерживают в неоднородном магнитном поле в течение 10 мин каждый. Для определения устойчивости МЖ первого образцы отбирают, например, нижнюю часть этого образца, где магнитная сила максимальна, и измеряют плотность жидкости. Плотность в этом случае осталась неизменной, что свидетельствует о высокой устойчивости данной МЖ. Для определения устойчивости МЖ второго образца отбирают верхнюю часть этого образца, где магнитная сила минимальна. Замеряют плотность отобранной жидкости, данные замеры 1,28 г/см³. Полученный результат свидетельствует о неустойчивости МЖ во втором образце, обусловленный присутствием в образце крупных частиц. Эти частицы переместились в зону максимальной магнитной силы, о чем свидетельствует наличие более плотной жидкости в нижней части магнитной системы. Следовательно, образец не может быть использован в процессе МГС-сепарации шлиховых концентратов.

Полученные результаты подтверждают преимущества предлагаемого способа, который быстро, просто и с большой достоверностью позволяет определить устойчивость образцов МЖ и контролировать качество магнитной жидкости при ее производстве.

Преимущество предлагаемого способа заключается, кроме того, в надежности оценки качества МЖ. Условия испытания образцов МЖ в неоднородном магнитном поле МГ-сепараторе могут быть более жесткими, чем условия, в которых будет использоваться эта жидкость.

Поэтому устойчивость МЖ, установленная предлагаемым способом, гарантирует длительную и безотказную работу этой жидкости в различных процессах и устройствах. Предлагаемый способ определения устойчивости позволит исключить ошибки при определении устойчивости, работоспособности и качестве исследуемых образцов МЖ.

Использование: обогащение полезных ископаемых, в частности определение устойчивости магнитных жидкостей и их пригодности для процессов магнитогидродинамической сепарации. Сущность изобретения. Способ основан на определении изменения плотности образцов магнитной жидкости в результате воздействия на образец неоднородным магнитным полем. Для определения плотности образца после воздействия на него неоднородным магнитным полем используют часть этого образца, расположенную в зоне с экстремальным значением магнитной силы.

Способ определения устойчивости магнитных жидкостей, включающий воздействие на нее неоднородным магнитным полем, оценку устойчивости магнитной жидкости, отличающийся тем, что перед и после воздействия на магнитную жидкость неоднородным магнитным полем определяют плотность образца магнитной жидкости, при этом для определения плотности магнитной жидкости после воздействия на нее неоднородным магнитным полем используют часть образца магнитной жидкости, расположенную в зоне с экстремальным значением магнитной силы, а оценку устойчивости магнитной жидкости производят по степени изменения плотности магнитной жидкости.