СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ ДИСПЕРСНЫХ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2010 года по МПК B03C1/02 

Изобретение относится к магнитно-гравитационному обогащению и может быть использовано в горно-перерабатывающей промышленности.

Цель изобретения - снижение удельных энергозатрат и повышение содержания железа в конечном концентрате за счет использования магнитного поля различной напряженности для разной крупности обогащаемого материала.

Известен способ магнитно-гравитационного обогащения в переменных полях напряженностью 4-16 кА/м частотой 2-20 Гц. Однако данный способ требует повышения или понижения частоты и напряженности магнитного поля в зависимости от крупности разделяемого материала. Способ сложен в управлении и требует специальных устройств для управления магнитными системами (патент №2187379, Усачев П.А. Способ магнитно-гравитационной сепарации, приоритет от 23.02.2000).

Известен также способ разделения в магнитно-гравитационных сепараторах, снабженных отбойником для распределения материала на магнитном слое (патент №1540088, Усачев П.А., Опалев А.С. Магнитно-гравитационный аппарат, приоритет от 20.04.1993 г.). В приведенном патенте не обосновывается необходимая напряженность магнитного поля при обогащении магнитных продуктов.

Близким к заявляемому решению является способ, осуществленный в магнитно-гравитационных аппаратах, где образуется объемный концентрированный слой из магнитных агрегатов, постоянную высоту которого необходимо поддерживать на уровне верхней границы зоны распределения. Создание восходящего потока в зоне разделения необходимо осуществлять подачей промывной воды через нижнее сечение аппарата с равномерным распределением скоростей по поперечному сечению с целью обеспечения равномерной промывки материала, находящегося в зоне разделения. Однородность ожижения структурированной ферросуспензии достигается приданием суспензии вращательного движения при помощи лопастных мешалок (Зеленов П.И., Усачев П.А., Алейников Н.А. Получение малокремнистых концентратов в магнитных полях низкой напряженности // Обогащение бедных руд. - М.: Наука, 1973. - стр.129-135). Вращение пульпы при помощи мешалок вызывает образование циркуляционных осевых потоков, что отрицательно сказывается на гидродинамических характеристиках суспензии и ухудшает качество концентратов.

Наиболее близким к заявляемому решению является способ, реализованный в конструкции магнитно-гравитационного сепаратора, где промывная вода подается снизу через устройства, обеспечивающие равномерное распределение вертикальных скоростей потока жидкости по сечению аппарата и создающие закрученно-восходящий поток жидкости через взвешенный слой дисперсного ферромагнитного материала в зоне разделения (Усачев П.А., Опалев А.С. Магнитно-гравитационное обогащение руд // Апатиты, 1993 - с.57-59). Недостаток вышеуказанного способа разделения заключается в постоянстве напряженности магнитного поля по высоте магнитного слоя, что ухудшает условия разделения тонкодисперсных ферромагнитных частиц. В зоне ожиженного слоя создаются магнитные флокулы, в состав которых могут входить сростки. При увеличении размера флоккул, когда величина силы сопротивления меньше совокупности массовых и магнитных сил, действующих на них, они поступают в разгрузочный узел, образуя концентрат, содержащий часть удержанных сростков в соответствии с заданной напряженностью магнитного поля.

Сущность предлагаемого способа обогащения дисперсных ферромагнитных материалов заключается в следующем. Дисперсный ферромагнитный материал поступает через питающий патрубок, снабженный конусным отбойником, на магнитный слой, создаваемый так, чтобы силы сцепления частиц во флоккулах при их росте ослабевали и к моменту разгрузки они очищались от сростков и случайно захваченных частиц пустой породы. Для чего магнитная система состоит из отдельных соленоидов, расположенных с внешней стороны цилиндрического корпуса аппарата, в котором реализуется предлагаемый способ разделения. Промывная вода подается снизу через устройства, обеспечивающие равномерное распределение вертикальных скоростей потока по сечению аппарата и создающие закрученно-восходящий поток через взвешенный слой дисперсного ферромагнитного материала в зоне разделения. Напряженность магнитного поля, создаваемого каждым соленоидом, рассчитывается по эмпирической формуле в зависимости от размеров граничных зерен доминирующих фракций функции распределения по крупности подаваемого ферромагнитного материала и скорости восходящих потоков промывной воды:

где Н - напряженность магнитного поля, кА/м;

V - скорость восходящего водного потока, м/сек·10^-2;

С - содержание магнетита в частице, %;

a, b, s - эмпирические коэффициенты (а=0,9324·10^-4; b=0,1242·10^-5; s=35·10^-8).

Причем снижение напряженности магнитного потока происходит от верхнего соленоида к нижнему. Постепенное снижение напряженности поля к разгрузке создает постоянные условия возвращения освободившихся тонких частиц в зону предыдущего разделения с более сильным полем, а снижение напряженности поля к разгрузке создает лучшие условия промывки движущегося вниз концентрата.

Примерами исполнения данного способа разделения могут послужить следующие опыты.

Пример 1. На обогащение поступает дисперсный ферромагнитный материал со следующей гранулометрической характеристикой (таблица). Размеры граничных зерен доминирующих фракций функции распределения по крупности 80 мкм, 60 мкм, 40 мкм и 20 мкм.

Гранулометрическая характеристика питания магнитно-гравитационного сепаратора, % Классы, мкм Выход Содержание Fe_общ Распределение Fe_общ +100 0,4 54,6 0,3 -100+80 7,8 63,5 7,8 -80+60 24,5 67,5 26.1 -60+40 38,9 68,6 42,1 -40+20 19,0 58,1 17,4 -20 9,4 42,8 6,3 Итого 100,0 63,4 100,0

При обогащении этого материала в магнитном поле напряженностью 5 кА/м, постоянном по высоте сепаратора, концентрат содержал 67,81% Fe_общ, содержание Fе_общ в сливе сепаратора 12,35%. По этим данным извлечение Fе_общ составило 98,45% при скоростях восходящих водных потоков в сепараторе 1,5 см/сек.

Пример 2. На обогащение поступает материал с гранулометрической характеристикой и содержанием Fе_общ в соответствии с примером 1. Напряженность магнитного поля постоянна по высоте соленоида и составляет 2 кА/м. Скорость восходящего потока воды в сепараторе равна 1,5 см/сек. При этом режиме содержание Fe_общ в концентрате было равным 68,52%, в сливе 35,21%. Рассчитанное по этим данным извлечение железа в концентрат составило 91,28%.

Пример 3. На обогащение поступает материал по гранулометрической характеристике и по содержанию железа общего, соответствующий примеру 1. Расчетная напряженность магнитного поля на соленоидах согласно формуле (1) для четырех размеров граничных зерен доминирующих фракций исходного питания 80, 60, 40 и 20 мкм и составляла 4; 1,6; 1,0; 0,8 кА/м. Для сравнения с предыдущими опытами на верхнем соленоиде напряженность была установлена 5 кА/м, на втором 2 кА/м. Скорость восходящего потока была принята по примерам 1 и 2 и составляла 1,5 см/сек. Полученный концентрат содержал Fе_общ 69,42%, его содержание в сливе сепаратора составило 12,59%. Извлечение железа в концентрат было равно 97,9%.

Пример 4. Питание сепаратора соответствовало примеру 1. Напряженность магнитного поля на соленоидах была равна расчетным данным и составляла 4; 1,6; 1,0 и 0,8 кА/м. Скорость восходящих потоков составляла 1,5 см/сек. Полученный концентрат содержал 69,68% Fe_общ, а в слив переходил материал с содержанием Fе_общ 12,78%. Извлечение железа в общий концентрат составило 97,8%.

При сравнении опытов 3 и 4 с опытами 1 и 2 можно отметить более высокое качество полученных концентратов. Некоторое уменьшение извлечения на 0,5-0,6% по сравнению с опытом 1 в значительной степени компенсируется увеличением качества концентратов более чем на 1,6%.

Следовательно, предлагаемый способ обогащения дисперсного ферромагнитного материала позволяет получать значительно более качественные концентраты при практически одинаковом извлечении. При этом напряженность магнитного поля рассчитывается по приведенной выше эмпирической формуле. Удельный расход электроэнергии при использовании постоянной напряженности магнитного поля составляет 0,1 кВт/ч·т, а с вертикальным градиентом напряженности 0,06 кВт/ч·т.

Изобретение может использоваться в горно-перерабатывающей промышленности. Способ обогащения дисперсных ферромагнитных материалов в слабонеоднородном магнитном поле в восходящих водных потоках включает подачу исходного материала в рабочую камеру на верхнюю границу образующегося объемного концентрированного ферромагнитного слоя и выгрузку продуктов разделения. С целью повышения качества концентрата используемое магнитное поле, создаваемое несколькими соленоидами, имеет отрицательный вертикальный градиент напряженности. Технический результат заключается в получении более качественного концентрата. 1 з.п-т ф-лы, 1 табл.

1. Способ обогащения дисперсных ферромагнитных материалов в слабонеоднородном магнитном поле в восходящих водных потоках, включающий подачу исходного материала в рабочую камеру на верхнюю границу образующегося объемного концентрированного ферромагнитного слоя и выгрузку продуктов разделения, отличающийся тем, что, с целью повышения качества концентрата, используемое магнитное поле, создаваемое несколькими соленоидами, имеет отрицательный вертикальный градиент напряженности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что напряженность магнитного поля, создаваемого каждым соленоидом, устанавливается в зависимости от размеров граничных зерен доминирующих фракций функции распределения по крупности подаваемого ферромагнитного материала и рассчитывается по следующей эмпирической формуле:
,
где Н - напряженность магнитного поля, кА/м;
V - скорость восходящего водного потока, м/сек;
С - содержание магнетита в частице, %;
d - диаметр граничного зерна фракции, м;
a, b, s - эмпирические коэффициенты, равные соответственно а=0,9324·10^-4; b=0,1242·10^-5; s=35·10^-8.