Способ измельчения материалов с магнитными компонентами и мельница для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК B02C19/18 

торцов 7 нижнего сектора на угол 4а , Магнитный поток Ф магнитного поля совмещают с направлением столкновения мелющих шаров 2, а разрушение частиц измельчаемого магнитосодержащего материала осуществляют в неоднородном магнитном поле, образуемом между мелющими телами, при этом напряженность Н магнитного поля выбирают из соотношения

1) (Ro/ro+lf/Vx,

где х,хср -удельная магнитная восприимчивость магнитной компоненты и измельчаемого материала, м /кг; 2R0, 2r0 - размер мелющего тела и крупность частиц измельчаемого материала, м; Н - напряженность магнитного поля в точках контактов мелющих тел, А/м. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к измельчению материлов, а именно клпособу измельчения материалов с магнитными компонентами и мельнице для его осуществления, и обеспечивает повышение избирательности и полноты раскрытия магнитных компонентов. Мельница содержит барабан 1 с ферромагнитными шарами 2, вдоль которого снаружи по всей его длине размещены закрепленные на мэгнитопроводе 5 магнитные полюса 3 и 4 ограниченные сектором с углом а arccos (n VD/30 v)2, где п - частота вращения барабана 1, об/мин, D - диаметр барабана 1, м. Торцы 6 верхнего полюса 4 удалены от fc VJ О со VI со

Изрбретение относится к измельчению материалов, а именно к способу измельчения материалов с магнитными компонентами и мельнице для его осуществления и может быть использовано для измельчения магнитосодержащих руд и других материалов.

Цель изобретения - повышение избирательности и полноты раскрытия магнитных компонентов.

На чертеже изображена мельница для измельчения материалов, содержащих магнитные компоненты, предназначенная для реализации предложенного способа измельчения материалов.

Мельница содержит барабан 1, который заполнен мелющими телами-шарами 2 из ферромагнитного материала. Снаружи корпуса барабана 1 вдоль его оси по всей его длине размещены магнитные полюса 3 и 4, закрепленные на неподвижном магнито- проводе 5.

Полюса 3 размещены в нижней части барабана 1, а полюса 4 - в верхней его части, при этом полюса 3,4 - выполнены противоположной полярности и ограничены секторами с углом а .Торцы 6 верхнего сектора полюса 4 расположены от торцов 7 нижнего сектора полюса 3 на угол

Угол а выбран из соотношения:

пУСП2 3CJV2

а arccos

(1)

гдеп -частота вращения барабана, об/мин;

D - диаметр барабана, м:

Мельница работает следующим образом.

В барабан Г мельницы загружают измельчаемый материал и мелющие шары 2 из ферромагнитного материала. Частицы материала находящиеся в зонах контакта.мелющих шаров 2 сдавливаются между поверхностями сталкивающихся мелющих шаров 2 и разрушаются. В момент сближения любой из пар мелющих шаров 2 между собой в зоне контакта между ними создает

ся неоднородное поле в направлении их соударения, причем напряженность магнитного поля выбрана в зависимости от свойств исходного материала./

5В результате воздействия магнитного

поля на материал.магнитные частицы, а также сростки втягиваются в зону контакта между мелющими шарами 2. где и происходит их разрушение. Немагнитные частицы,

10 не взаимодействуя с магнитным полем, могут оказаться в зоне контакта между мелющими шарами 2 лишь случайно, поэтому случайным и маловероятным будет измельчение немагнитных частиц, и процесс измельче15 ния становится более избирательным, селективным.

Создание магнитного поля в зоне отрыва и падения мелющих тел обеспечивает возникновение вторичного индуцированно20 го ферромагнитной загрузкой магнитного поля в зоне столкновения мелющих тел. При этом вследствие совмещения магнитного потока с направлением столкновения мелющих тел. магнитное поле создается в тех

25 точках контакта этих тел, в которых происходит разрушение частиц вследствие столкновения движущихся мелющих тел.

Создание неоднородного магнитного поля в точках контакта мелющих тел приво30 дит к тому, что под действием пондеромотор- ных сил магнитные частицы, заполняющие пространство между мелющими телами, втягиваются в эти зоны, тем самым вероятность их разрушения повышается. Вследст35 вне того, что плотность магнитных частиц в зоне контакта возрастает за счет снижения плотности немагнитных частиц, то вероятность разрушения последних снижается. Это приводит к тому, что процесс измельче40 ния магнитных частиц становится более детерминированным, в то время как измельчение немагнитных случайно и маловероятно. Таким образом, процесс измельчения материала в целом становится более избирательным. Ве45 личина напряженности магнитного поля позволяет создать условия для реализации механизма перемещения магнитных частиц

в зону контакта, когда магнитные силы взаимодействия неоднородного магнитного поля превышают(или становятся сравнимы) силы трения магнитных частиц в механической смеси.

Характер неоднородности магнитного поля в зоне контакта определяется в основном радиусом кривизны мелющего тела R0, при этом, если размер зоны контакта меньше размера мелющего тела ( R0), то напряженность магнитного поля в межшаровом пространстве на расстоянии/(/ RO)OT зоны контакта может быть описана уравнением магнитного диполя. На частицу материала размером 2г0 с удельной магнитной восприимчивостью находящейся в межшаровом пространстве со стороны неоднородного магнитного поля, концентрирующегося в зоне контакта, действует сила Fm. При этом частица перемещается из межшарового пространства в зону контакта (она же зона разрушения), если равнодействующая магнитной силы и силы сопротивления движению Fc отлична от нуля ). С учетом реальной плотности среды сила Fc может быть качественно описана ньютоновским законом.

Область мажшарового пространства, в котором выполняется условие перемещения частицы, может быть ограничено, с одной стороны, дальнодействием соседних зон контакта (/ RO) с другой стороны, средним расстоянием между частицами в

среде (х/#р ) 3 г°1

При попадании частицы в зону контакта эта частица разрушена, если размер зоны превышает размер частицы (), С учетом приведенных ограничений процесс разрушения магнитных частиц в меха- нической смеси избирателен, если напряженность магнитного поля в зонах контакта мелющих тел выбрана в диапазоне

244lS + 1 f 1 )2. (2)

V/,V/.

где X -/ftp удельная магнитная восприимчивость магнитной компоненты и измельчаемого материала, м3/кг;

2R0, 2r0 - размер мелющего тела и крупность измельчаемого материала, м,

Н - напряженность магнитного поля в точках контакта мелющих тел, А/м.

Численное значение коэффициента

пропорциональности ( VJ-T 244) опреде/ о

ieHO экспериментально, путем оценки параметра С, физический смысл которого соответствует работе по перемещению в зону контакта материала единичной массы. При

этом получено, что этот параметр является постоянной величиной, которая для магне- титовой пульпы составляет 0,75 Дж/кг. (//0 - магнитная постоянная, 1,267-10 Г/м). 5Анализ показывает, что избирательность разрушения проявляется для материалов, удельная магнитная восприимчивость которых превышает 1,26Ф10 м /кг{пре- дельный уровень слабомагнитности). Раз0 мещение дополнительного магнитного полюса в верхней части барабана и расположение полюсов в определенных секторах, угол которых зависит от числа оборотов и диаметра барабана, выбрано таким обра5 зом, чтобы магнитная система находилась в зоне отрыва (верхний сектор) и в зоне падения мелющих тел (нижний се/тор).

Разноименная полярность полюсов соответственно в верхнем и нижнем секторах

0 обеспечивает то, что магнитный поток пронизывает практически всю зону наиболее интенсивного измельчения, при этом его направление совпадает с направлением столкновения мелющих тел, что повышает

5 избирательность измельчения и полноту раскрытия сростков.

Угол сектора, ограничивающий магнитные полюса, характеризует протяженность зоны столкновения, а расстояние между

0 торцами секторов определяет направление замыкания магнитного потока между полюсами. Оптимальное значение этих параметров Определялось экспериментально по максимуму значения напряженности маг5 нитного поля в зоне контактов мепющих тел в направлении их столкновения. При этом определено, что угол сектора равен углу а , а расстояние r/ежду торцами секторов - 4а, где а. - значение угла отрыва одиночного

0 шара при его вращении в барабане мельницы, которое определяется по известному выражению (1).

Способ и реализующее его устройство были проверены в лабораторных условиях,

5 Измельчение проводилось в лабораторной барабанной мельнице диаметром 200 мм и длиной 200 мм, изготовленной из немагнитной стали. Скорость вращения барабана составила 0,82 пкр. В качестве ферромагнитных мелю0

5

щих тел использовались стальные шары диаметром 22 мм. Степень заполнения объема барабана шарами составила 45%, а измельчаемым материалом 12%. Измельчались продукты, выделенные из руды, при этом были выделены два продукта узкого грансостава -0,4+0,2 мм с массовой долей железа общего 53,4 и 6,8%. Причем удельная магнитная восприимчивость первого составила З.Обх хЮ м /кг, поэтому его можно отнести к

сильномагнитному продукту, а второй относится к слабомагнитным продуктам, поскольку его Ј 7, м /кг. Для указанной мельницы угол а находится из приведенного соотношения подстановкой в него указанных величин и составил порядка 47°.

В качестве полюсов магнитного поля были применены постоянные магниты из феррита бария, в верхнем секторе (в зоне отрыва) устанавливалась полярность N в нижнем секторе (в зоне падения мелющих тел)полярность S.

Измельчаемый материал представлен в основном сростками магнетита в нерудных минералах: в сильномагнитном продукте - это богатые сростки, в слабомагнитном - бедные.

В соответствии с приведенной формулой для расчета напряженности магнитного поля для анализируемых материалов диапазон изменения напряженности Н составил 43, (кА/м) для сильномагнитного материала и (кА/м) для слабомагнитного.

При этом правое условие одинаково для обоих материалов, а фактически взятые в эксперименте значения напряженности магнитного поля составляют 51,7 и 560 кА/м достаточно близки к граничным точкам. Превышение правого предела кА/м, как показали эксперименты, приводит к тому, что при Н 1600 кА/м происходит слипание шаровой загрузки и измельчение практически прекращается; эффективность воздействия близка к нулю.

Эксперименты при . 6 (меньше левого предела) для сильномагнитного материала показали, что при Н -30 кА/м и ниже прирост избирательности измельчения и полноты раскрытия по отношению к известному не превышает 0.5-1%; аналогично и для слабомагнитного продукта при Н 480 кА/м, т.е. ниже предельного значения для данного материала (НК510 кА/м). Требуе- мые значения напряженности магнитного поля в точках контакта мелющих тел подбирались путем изменения м.д.с. источников (регулировкой зазора между магнитной системой и барабаном мельницы или измене- нием толщины полюсов, расположенных в зонах отрыва и падения мелющих тел).

Напряженность магнитного поля в зоне контакта в направлении столкновения измерялась миллитеслаамперметром Ф-4354.

После измельчения в течение 6 мин продукты подвергались ситовому анализу и магнитному обогащению и подсчитывались показатели избирлтельности измельчения

(А) и полноты раскрытия (В) (табл.1) по следующим формулам:

д yik /3ik . „ Ak - а Јyik

В

-а

где yik ,$k - выхода и массовая доля Реобщ концентрата в отдельном i-м - классе крупности;

а,- массовая доля Ре0бщ в измельчаемом продукте (исходный);

- теоретическое содержание металла в концентрате при полном раскрытии, равное 72,4 Реобщ.

Коэффициент А характеризует долю Реобщ в концентрате данного класса крупности по отношению к суммарному и пропорционален числу магнитных частиц в этом классе и позволяет оценить избирательность измельчения. Коэффициент В определяет отношение массовой доли железа в раскрытых зернах концентрата по сравнению с теоретическим и характеризует полноту раскрытия компонентов, в данном случае сростков.

Результаты испытаний показывают, что данное изобретение по сравнению с известным позволяет повысить степень избирательности измельчения на 2-50%, а полноту раскрытия компонентов на 1,1-6,3% при измельчении материалов с различной массовой долей магнитной компоненты. Это позволяет повысить качество концентрата на 0,3-1.1 % (массовая доля Ре0бщ в концентрате) и снизить потери Ре в хвостах на 0,1 2,0%, а также повысить выход концентрата на 18,1 -92,5% (относительных).

Формула изобретения

н 244 LR fojLlf

vflTvtf

где Н - напряженность магнитного поля в

точках контактов мелющих тел. А/м;

244

X - удельная магнитная восприимчивость магнитной компоненты, м /кг;

ХСР удельная магнитная восприимчивость измельчаемого материала, м /кг;

RO - радиус мелющего тела, м;

г0 - средний радиус частиц измельчаемого материала, м.

ращенными к его поверхности, при этом верхние и нижние магнитные полюса выполнены противоположной полярности и ограничены секторами с углом а.причем торцы верхнего сектора магнитного полюса удалены от торцов нижнего сектора магнитного полюса на угол, равный 4а, а угол а выбран из соотношения

пУСТ 30V2

а arccos

.где а - угол сектора магнитного полюса, рад;

п - частота вращения барабана, об/мин;

D - диаметр барабана, м.