Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле
На правах рукописи
ТАГУНОВ ПЕТР ЕВГЕНЬЕВИЧ
Создание высокоградиентных
сепараторов на постоянных магнитах для извлечения
измельченных слабомагнитных минералов
Специальность 25.00.13 - УОбогащение полезных ископаемыхФ
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва 2012
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Московский государственный горный университет и Обществе с ограниченной ответственностью МАГНЕТИТ
Научный руководитель
КАРМАЗИН Виктор Витальевич
доктор технических наук, профессор, кафедра ОПИ ФГБОУ ВПО Московский государственный горный университет
Официальные оппоненты:
СТАРЧИК Леопольд Петрович
доктор технических наук, профессор, НИЦ "Курчатовский институт"
СИНЕЛЬНИКОВА Наталья Григорьевна
кандидат технических наук, доцент, "Электростальский политехническоий институт"а(филиал МИСИС)
Ведущая организация
ОАО Михайловский ГОК, Курская область, г. Железногорск
Защита диссертации состоится 24 апреля 2012аг. в___час.__мин. на заседании диссертационного совета Д 212.128.08 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, д.6
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета (МГГУ)
Автореферат разослан 23 марта 2012г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
доктор технических наук Шек Валерий Михайлович
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Данная диссертационная работа посвящена разработке энергоэффективных магнитных сепараторов на постоянных магнитах, предназначенных для обогащения слабомагнитных руд и очистки минерального сырья от слабомагнитных примесей.
Актуальность разработки таких сепараторов связана, в частности, с проблемой обогащения слабомагнитных окисленных железных руд, от решения которой зависит развитие крупнейших предприятий горно-металлургической отрасли. В России добыча слабомагнитных руд составляет объемы во многие десятки миллионов тонн ежегодно, что требует незамедлительного решения проблемы их обогащения. Существующие технологические решения обогащения окисленных железистых кварцитов предполагают применение магнитной, флотационной и комбинированной схем обогащения. Применение для магнитного обогащения окисленных руд тяжелых роторных электромагнитных сепараторов типа ДР-317, имеющих наиболее приемлемые технические характеристики, как показали их промышленные испытания на Михайловском ГОКе, сопряжено с большими энергозатратами и проблемами при их эксплуатации. Использование флотационных технологий связано с серьёзными негативными экологическими последствиями.
Несовершенство существующих технологий магнитного обогащения магнетитового железорудного сырья, которые не ориентированы на извлечение слабомагнитной фракции, приводит к значительным потерям железа, которое неминуемо теряется в процессе переработки и в больших объемах содержится в отвалах в виде слабомагнитных окислов. Запасы такого сырья в РФ и Украине оцениваются во многие сотни миллионов тонн. Попутно добытые окисленные железистые кварциты складируются из-за отсутствия эффективных технологий обогащения (складированный запас составляет уже более 200 млн. тонн). Общий запас бедных железных руд Михайловского месторождения, в частности окисленных железистых кварцитов (содержание железа около 40%), оценивается в 2а800 млн.тонн. Большие запасы слабомагнитных железных руд скопились также на Оленегорском ГОКе, на горно-обогатительных предприятиях Евразруды и некоторых других.
В настоящее время активно прорабатываются технические решения для извлечения железорудного концентрата из данного вида сырья. Появление нового энергоэффективного оборудования для магнитного обогащения слабомагнитных руд, достаточно экономичного и экологически безопасного, может положить начало внедрению новых технологий, которые сделают извлечение железа из такого сырья экономически целесообразным. В этой области может оказаться наиболее эффективным и востребованным применение шарикового барабанного высоко-градиентного магнитного сепаратора, которому посвящена существенная часть данной работы.
Решению задачи магнитной сепарации слабомагнитных руд с содержанием полезного компонента, представленного в виде слабомагнитных включений низкой концентрации, и очистки минерального сырья от вредных слабомагнитных примесей посвящена часть диссертационной работы, связанная с разработкой магнитных систем для безленточных роликовых и лотковых сепараторов, использующих разработанные в диссертации магнитные системы со щелевым зазором. Такие сепараторы могут быть использованы для обогащения ильменитовых, волластонитовых, гранатовых и других слабомагнитных руд и материалов, а также для глубокой очистки от слабомагнитных включений (оксидов железа) кварцевых песков, пегматита, циркона, полевого шпата, электрокорунда и других материалов. Ежегодный объем добычи и производства только кварцевого песка в РФ составляет около 4 млн. тонн, из них около 1 млн. тонн приходится на обогащенные пески. Потенциальными потребителями таких сепараторов являются горно-обогатительные комбинаты, занимающиеся добычей и переработкой упомянутых руд и материалов, стекольные заводы.
Целью работы является повышение технико-экономической эффективности и технологических возможностей обогащения слабомагнитных руд и очистки минерального сырья от слабомагнитных примесей путём разработки и внедрения в промышленность новых процессов и аппаратов для высокоградиентной сепарации окисленных железных руд и другого слабомагнитного минерального сырья.
Идея работы. На основе современных достижений науки и техники, в частности, использования высокоэнергетичных магнитных материалов и новейших программных средств численного моделирования магнитных полей, разработать и создать новые конструкции магнитных систем для высокоградиентных сепараторов, позволяющих реализовать новые способы концентрации и перераспределения магнитного потока в рабочей области промышленных магнитных систем на постоянных магнитах с целью существенного увеличения магнитных сил, действующих на слабомагнитные частицы в области извлечения, удержания и транспортировки частиц с малым магнитным моментом.
Задачи исследований. Для достижения поставленной в работе цели были поставлены и решены следующие задачи:
- разработать эффективный метод оценки магнитно-силовых характеристик магнитных систем промышленного назначения;
- разработать метод и устройство для мониторинга магнитного поля магнитных систем с возможностью получения трёхмерного массива измерительных данных для определения магнитно-силовых характеристик поля;
- разработать конструкции магнитных систем на постоянных высокоэнергетичных магнитах для новых высоградиентных сепараторов с повышенными технико-экономическими и технологическими показателями;
- установить основные закономерности влияния параметров магнитных систем с высокоградиентным магнитным полем на технологические возможности извлечения слабомагнитных включений в процессе магнитной сепарации.
Объектами исследований являлись конструктивно-технические и технологические параметры процесса магнитной сепарации слабомагнитных материалов на примере магнитной сепарации ряда окисленных железных руд, включая мелкодробленые гематитсодержащие кварциты Михайловского ГОКа, и кварцевых песков в процессе их очистки от слабомагнитных окислов.
Методы исследований: магнитно-радиометрические методы исследования магнитных систем, магнитно-радиометрические и химические методы анализа исходных материалов и продуктов разделения; численное моделирование магнитных полей и процесса магнитной сепарации с использованием классических аналитических и современных программных средств обработки данных, лабораторное моделирование процесса магнитной сепарации в высокоградиентных магнитных полях, современной аналитической и приборной базы для изучения параметров магнитных систем сепараторов, свойств и вещественного состава продуктов обогащения.
Научные положения, выносимые на защиту и их новизна.
1.Предложен метод оценки силового режима разделения минералов на основе расчета величины нового параметра - эффективного динамического объема рабочего пространства по заданному пороговому значению магнитной силы.
2.Разработан метод и создано новое устройство на основе системы различно ориентированных магнитометрических датчиков для послойного картографирования магнитного поля в рабочем пространстве магнитного сепаратора и компьютерного моделирования его магнитодинамических карт.
3.Разработаны методы расчета индукции возбуждения и силовых параметров магнитного поля с трехмерной неоднородностью в окрестностях точек контакта элементов ферромагнитного заполнителя рабочей среды полиградиентного шарикового сепаратора с учетом магнитного насыщения.
4.Впервые экспериментально и теоретически обоснована возможность создания ряда новых моделей высокоградиентных сепараторов на постоянных магнитах с повышенными технико-экономическими характеристиками и технологическими возможностями для обогащения тонкоизмельченных и мелкозернистых слабомагнитных материалов: барабанного шарикового сепаратора, а также роликового, лоткового и конусно-роторного сепараторов с полиградиентными матричными структурами на поверхности рабочих органов.
Практическое значение работы заключается в разработке практически реализуемых конструкций новых типов магнитных систем на постоянных высокоэнергетичных магнитах, что позволило сконструировать ряд высокоградиентных магнитных сепараторов на постоянных магнитах, превосходящих функциональные аналоги по ряду технико-экономических показателей и технологических возможностей. Кроме того, разработан метод и создано устройство для оценки магнитно-силовой эффективности магнитных систем промышленного назначения.
Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на научных конференциях Неделя горняка (2009-2010 гг.), XVIЦой и XVII-ой Международных конференциях по постоянным магнитам (Суздаль,а17-21.09.2007аг., Суздаль, 21-25.09.2009аг.), семинарах кафедры ОПИ МГГУ (2010-2011гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 3 статьи - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Объем работы. Диссертационная работа состоит их введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы из 102 наименований, содержит 62 рисунка и 10 таблиц.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖИНАИЕ РАБОТЫ
Магнитная сепарация руд с содержанием полезного компонента, представленного в виде слабомагнитных включений, так же как и очистка минерального сырья от вредных слабомагнитных примесей, является проблемой, трудно поддающейся решению. Для извлечения слабомагнитных компонентов требуются высокоинтенсивные магнитные системы с особо высокими значениями градиентов поля, которые способны эффективно и без существенных потерь извлекать частицы с очень малым магнитным моментом. При разработке таких систем очень важна оценка магнитно-силовой эффективности магнитных систем, используемых для разделения минералов по их магнитным свойствам. Методы такой оценки для систем промышленного назначения к настоящему времени сильно устарели. Поэтому в данной диссертационной работе особое внимание уделено разработке методов определения и сравнения магнитно-силовых характеристик магнитных систем промышленного назначения. В их основе лежит введение ряда новых понятий и параметров. Среди них:
-эффективный динамический объем магнитной системы по порогу Р, обозначаемый Fp, - объем части рабочего пространства системы, в которой величина силового параметра =|ВgradВ| превышает заданный порог Р (P);
-эффективный динамический объем магнитной системы по диапазону [Р1Р2], обозначаемый Fp1p2 - объем части рабочего пространства системы, в которой величина силового параметра =|ВgradВ| находится в диапазоне [Р1Р2] (Р1P2). Величины параметров Fp и Fp1p2 наиболее удобно выражаются в процентах по отношению к величине исследуемого рабочего объема.
Для тестирования действующих магнитных систем должен быть произведён детальный мониторинг магнитного поля в изучаемой части рабочего пространства с целью получения трёхмерного массива данных о величинах компонент индукции магнитного поля с шагом дискретизации, достаточным для расчёта пространственных производных. Для решения этой задачи был разработан метод послойного картографирования магнитного поля и создано новое устройство на основе системы различно ориентированных магнитометрических датчиков. Магнитодинамические карты, отражающие пространственное распределение силового параметра , строятся путём численной обработки данных по измерению величин компонент вектора индукции магнитного поля в тестируемом пространстве.
Экспериментальный образец измерительно-аналитического комплекса для тестирования магнитных систем промышленного назначения включает в себя многоканальный магнитометрический модуль, измерительно-аналитический блок и компьютер со специальным программным обеспечением. Комплекс позволяет решать следующие задачи:
Х сбор данных по измерению компонент вектора магнитной индукции по тридцати одному независимому измерительному каналу с визуализацией на мониторе компьютера данных измерений по каждому каналу и их обработка с использованием различных процедур интерполяции и усреднения;
Х измерение текущих координат магнитометрического модуля при перемещении его над плоской или цилиндрической поверхностью магнитной системы с использованием оптической системы позиционирования;
Х расчет в реальном масштабе времени силовых характеристик магнитного поля на основе обработки измерительных данных в соответствии с разработанными алгоритмами интерполяции и усреднения с визуализацией результатов обработки измерительных данных на экране компьютера.
На рис.1 представлены результаты исследования магнитного поля трех магнитных систем барабанного сепаратора, отличающихся межполюсным шагом и индукцией на поверхности рабочего органа. На рис.1(а) представлены графики изменения нормальных компонент вектора магнитной индукции Вn, а на рис.1(б) нЦ величин силового параметра =|ВgradВ| на минимальном и максимальном удалении от магнитной системы в пределах одного её шага.
Рис.1(a). Компоненты вектора магнитной индукции Вn на поверхности барабана и на дне ванны
Рис.1(б). Величина силового параметра =|ВgradВ| на поверхности барабана и на дне ванны
Рис.2. Магнитодинамические карты поля для систем MС90-260, MС130-170 и MС180-250
Рис.3. Характеристические кривые и диапазонные гистограммы динамической эффективности для систем MС90-260, MС130-170 и MС180-250
На магнитодинамических картах (рис.2) отражены изменения силового параметра в выбранном сечении магнитной системы. Области с различными значениями силового параметра окрашены на ней в соответствии со шкалой, расположенной в правой части.. Кроме того, на рис.2 изображены изодины, соответствующие различным значениям силового параметра (Р=3 Тл2/м, 2 Тл2/м, 1 Тл2/м, 0.5 Тл2/м, 0.3 Тл2/м, 0.2 Тл2/м и 0.1 Тл2/м). Сравнительный анализ силовых характеристик систем произведен путём сравнения диапазонных диаграмм динамической эффективности, изображенных на рис.3, где рядом размещены столбцы гистограмм разных систем, соответствующие одинаковым диапазонам [Р1Р2].
На рис.4. приведены полученные по описанному выше методу результаты исследований по подбору оптимальных геометрических параметров ферромагнитных концентраторов, используемых в высокоградиентных сепараторах. Сравнение характеристик этих устройств проведено путём анализа
а) б) в) г)
Рис.4. Магнитодинамические карты поля вблизи вершин пластинчатых
концентраторов (а, б и в) и вблизи полюсного диска роликового сепаратора (г)
магнитодинамических карт рабочего пространства, изображенных на рис.4, и построенных с их помощью диапазонных гистограмм динамической эффективности, которые изображены на рис.5.
Рис.5. Диапазонные гистограммы динамической
эффективности высокоградиентных магнитных систем
Анализ этих гистограмм позволяет, в частности, правильно подобрать угол заострения пластинчатых концентраторов, исходя из заданного порогового значения силового параметра Р, определяемого в соответствии с размерами, магнитной восприимчивостью частиц слабомагнитной фракции и уровнем гидромеханических сил, препятствующих магнитному захвату частиц.
В сочетании с зонно-вероятностной моделью процесса высокоградиентной магнитной сепарации, развитой В.В.Кармазиным, предложенный метод позволяет находить вероятность захвата слабомагнитных частиц при прохождении их через объем полиградиентной среды. Для этого, в зависимости от геометрии рабочего пространства и режима подачи пульпы, определяется величина Р порогового значения магнитных сил, при котором уровень гидромеханических сил оказывается недостаточным для того, чтобы вынести частицы магнитной фракции за пределы зоны локализации высокоградиентной магнитной силы (в случае шариковой среды такой зоной является область, прилегающая к точке контакта соседних шариков). Величина Fp по данному порогу, выраженная в процентах к общему объему межшарового пространства, образующего поровые каналы, определяет вероятность захвата магнитных зерен в одном слое. Тогда, согласно зонно-вероятностной модели, ожидаемое извлечение магнитной фракции при прохождении пульпы через n слоёв задаётся выражением , где q ннЦ исходная навеска магнитного материала. Полученные результаты позволяют оптимизировать выбор наиболее значимых параметров, влияющих на технико-экономические показатели высокоградиентных сепараторов. К ним относятся индукция возбуждения магнитного поля, форма и размеры осадительных элементов полиградиентной среды, магнитные свойства материала, из которого они изготовлены, скорость движения и плотность пульпы, геометрия и размеры рабочей области, относительное направление магнитного и гидромеханического потоков, условия регенерации полиградиентной среды.
Разработка новых конструкций высокоградиентных сепараторов.
Вторая глава диссертационной работы посвящена разработке магнитной системы на постоянных магнитах для высокоградиентного шарикового сепаратора, предназначенного для мокрого магнитного обогащения
слабомагнитных руд, который относится к разряду сепараторов с контактными полиградиентными средами (рис.6).
Рабочей средой для создания высокоградиентных магнитных сил в нём являются находящиеся в магнитном поле стальные шарики, а отличительная особенность заключается в высоком уровне магнитных сил и самоочистке осадительных элементов в цикле мокрого обогащения. Рис.6. Шариковый сепаратор
Из двух типов магнитных систем (рис.7), которые были взяты за основу для создания возбуждающего магнитного поля в полиградиентной среде, в конечном итоге была выбрана магнитная система типа (б) с горизонтально намагниченными магнитными блоками, отличающаяся более высокой степенью однородности магнитного поля в рабочем пространстве.
Рис.7. Варианты магнитных систем
Была разработана и обоснована методика расчетов, при которой сложная многокомпонентная полиградиентная среда заменяется гипотетической однородной средой, свойства которой в магнитном поле характеризуются эффективной кривой
Рис.8. Эффективная кривая намагничивания цепочки шаров
намагничивания. Эффективная кривая намагничивания, изображенная на рис.8, построена путём трёхмерного численного моделирования магнитного поля в цепочках стальных шаров. Результаты расчетов с высокой точностью подтверждены экспериментальным путём. По эффективной кривой намагничивания шариковой среды можно определять эффективную магнитную проницаемость среды и рассчитывать значения индукции возбуждения в любом сечении рабочего пространства.
Рис.9. Эквивалентная схема магнитной системы
На основе изображенной на рис.9 эквивалентной схемы магнитной системы (б), где полиградиентная среда заменена участком магнитопровода длины l с эффективной магнитной проницаемостью , получены аналитические выражения для индукции возбуждения в рабочей зоне:
, где , (1)
Sm и S1 - площади сечения магнитного блока и магнитопровода [м2];
0 и - зазор между полюсами и ребордами и между магнитным блоком и магнитопроводом [м];
h0 и h1-высота магнитного блока и магнитопровода [м];
Br и Hcb -остаточная индукция и коэрцетивная сила магнитного материала [Тл,аА/м];
L и l - протяженность магнитного блока и Рис.10 Графики зависимости
магнитопровода [м]. для различных величин зазора ()
Полученные аналитические результаты дают возможность выявить закономерности изменения магнитных параметров и оптимизировать геометрию магнитной системы. На основе данных о величине индукции возбуждения в каждом сечении рабочего пространства сепаратора рассчитываются характеристики магнитного поля в приконтактной области двух шаров заданного радиуса.
(а) (б)
Рис.11. Магнитная (а) и магнитодинамическая (б) карты приконтактной области двух стальных шаров при индукции возбуждения =0.5 Тл
Приведенные на рис.11 магнитная и магнитодинамическая карты межшарового пространства иллюстрируют полученные результаты.
С учетом применимости теории подобия магнитных систем и осевой симметрии магнитного поля в приконтактной области для индукции поля в цилиндрической системе координат можно записать выражение, не зависящее от радиуса R0:
B (, z, ) = F (, , ) , где =/ R0 , = z / R0 (2)
Для силового параметра =В|gradB|, где ( B=|B| ), можно тогда записать
= F(, , ) | e+ ez| , где F(, , ) = |F (, , ) | (3)
В демаркационной плоскости шаров, где = z / R0 = 0 и = 0
выражение для силового параметра переходит к виду:
( , 0, ) = F(, 0, ) , (4)
где =/ R0 , , = Фn/S = Bср - индукция возбуждения.
Функция F (, , ), называемая шаблонной функцией, не зависит от R0 и рассчитывается методом трёхмерного численного моделирования для каждого вида ферромагнитного материала. Использование шаблонной функции позволяет перейти от приближенных оценок к достаточно строгому расчету силового параметра в зависимости от координаты.
Рис. 12 Графики зависимости шаблонной функции F(, 0, )
от безразмерной координаты =/ R0 при различных
значениях индукции возбуждающего магнитного поля
Рис.13. Графики зависимости силового параметра =|ВgradB|
от координаты для четырёх значений радиуса шаров
R0 = 3мм, R0 = 4мм, R0 = 5мм и R0= 6мм при = 0.4Тл.
На рис.12. даны графики шаблонной функции F(, 0, ), которые представляют зависимость индукции магнитного поля от безразмерной координаты =/ R0 на оси, перпендикулярной линии, соединяющей центры шаров, при различных значениях индукции возбуждающего магнитного поля =Фn/S=Bср .
Имея в своём распоряжении данные о значениях функции F(, 0, ) и перейдя от безразмерной координаты =/ R0 к координате , можно
определить значения силового параметра в демаркационной плоскости шаров для любого значения радиуса шаров R0 при заданных величинах на произвольном удалении от точки контакта. Графики зависимости силового параметра от координаты для индукции возбуждения = 0.4 Тл представлены на рис.13.
На основе результатов анализа силовых характеристик полиградиентной шариковой среды проводится оптимизация основных параметров магнитной системы, начиная c выбора геометрии и габаритов магнитных блоков, магнитопроводов, концентраторов, зазоров и кончая выбором параметров магнитных и ферромагнитных материалов, используемых в конструкциях магнитных систем.
Третья глава диссертационной работы посвящена разработке высокоградиентных магнитных сепараторов с магнитными системами на постоянных магнитах, относящихся к сепараторам со щелевым магнитным зазором и полиградиентными матричными структурами на поверхности рабочих органов.
Рис.14. Роликовый щелевой высокоградиентный магнитный сепаратор
В роликовом щелевом магнитном сепараторе (рис.14) рабочим органом является вращающийся ролик с полиградиентной структурой поверхности. Рабочая область располагается в щелевом зазоре между магнитной системой и ферромагнитным роликом. Вращаясь, ролик выносит частицы, притянутые к ролику, в зону разгрузки магнитного продукта за пределами экрана. Извлечение слабомагнитных частиц происходит в зонах локализации высокоградиентных магнитных сил, образуемых полиградиентными матричными структурами, расположенными на поверхности ролика.
В лотковом щелевом магнитном сепараторе (рис.15) рабочая область располагается в щелевом зазоре между магнитопроводящим экраном и лотком с полиградиентной структурой поверхности плоского днища. Магнитная система лоткового сепаратора формируется магнитными блоками и расположенными между ними концентраторами, образующими под днищем лотка полюса с чередующейся вдоль лотков полярностью. Ширина магнитных блоков соответствует суммарной ширине всех лотков, которые скомпонованы попарно. При перемещении пары лотков вдоль магнитной системы на 1/2 шага магнитное поле с рабочего зазора снимается, позволяя осуществлять смыв магнитного продукта, а в рабочее положение переходит соседний лоток. На рис.15. изображен внешний вид такого сепаратора с четырьмя лотками.
Рис.15. Лотковый щелевой высокоградиентный магнитный сепаратор
Конусно-роторный высокоградиентный сепаратор на постоянных магнитах (рис.16) реализует идею выделения из минерального сырья слабомагнитной фракции на основе разделения магнитной и немагнитной фракций при движении материала в магнитном поле по конусной поверхности. На ней располагаются полиградиентные матрицы, позволяющие перераспределять магнитный поток, формируя локальные участки с высокими значениями магнитных сил. Частицы немагнитной фракции за счет гравитационных сил движутся по конусной поверхности вниз, а магнитные частицы, притянутые к конусной поверхности в зонах локализации высокоградиентных магнитных сил, выносятся из зоны извлечения по направлению вращения конуса. При этом движение частиц магнитной фракции происходит перпендикулярно направлению подачи материала и движения немагнитной фракции.
(а) (б)
Рис 16. Схема конусно-роторного сепаратора с внешней неподвижной магнитной системой: а)поперечный вертикальный разрез; б) вид сверху.
В работе проведено трехмерное численное моделирование магнитного поля, создаваемого магнитными системами такой конструкции. Результаты подтверждены измерениями на макетах магнитных систем, которые показали, что сочетание данной конструкции магнитной системы с полиградиентными матричными элементами выбранной конфигурации позволяет достичь на поверхности рабочих органов уникальных для промышленных систем на постоянных магнитах значений индукции магнитного поля до 2.5 Тл и значений силового параметра ВgradB более 15а000 Тл2/м.
Испытания моделей высокоградиентных сепараторов с магнитными системами на постоянных высокоэнергетичных магнитах
Изучение технологических возможностей шарикового высокоградиентного магнитного сепаратора на постоянных магнитах производилось на испытательном стенде, моделирующем процесс сепарации в шариковой среде, расположенной на участке поверхности рабочего органа (барабана). Испытания на стенде с моделью рабочей зоны шарикового сепаратора проводились с измельченными пробами окисленных кварцитов Михайловского месторождения.
Было исследовано влияние величины индукции возбуждения на эффективность разделения при неизменных условиях по крупности измельчения, диаметру шариков, плотности питания (крупность материала 60% кл - 0.074 мм, диаметр шариков - 6 мм, плотность питания ~25% твёрдого). Индукция магнитного поля (в слое шаров) изменялась от 0,5Тл до 0,8Тл. Результаты представлены в табл.1.
Таблицаа1 Влияние величины индукции возбуждения на эффективность разделения
Индукция магн. продукта в слое шариков, Тл | Продукты | Выход, % | Содержание Fe, % | Извлечение Fe, % |
| 0,5 | Магн. продукт Немагн. продукт Исходный | 73,2 26,8 100,0 | 50,4 22,8 43,0 | 85,8 14,2 100,0 |
| 0,65 | Магн. продукт Немагн. продукт Исходный | 76,3 23,7 100,0 | 49,4 20,3 42,5 | 88,7 11,3 100,0 |
| 0,8 | Магн. продукт Немагн. продукт Исходный | 82,2 17,8 100,0 | 48,9 14,2 42,7 | 94,1 5,9 100,0 |
При анализе результатов очевиден вывод: с ростом индукции магнитного поля выход магнитного продукта увеличивается, повышается извлечение железа в этот продукт, а его качество снижается. Далее изучалось влияние диаметров шариков на эффективность разделения при неизменной индукции (в представленной таблице - 0,8 Тл). Крупность измельчения и плотность питания были теми же, что и в предыдущем опыте. Результаты приведены в табл.2.
Таблицаа2 Влияние диаметров шариков на эффективность разделения
Диаметр шариков, мм | Продукты | Выход,% | Содержание Fe, % | Извлечение Fe, % |
| 6 | Магн. продукт Немагн. продукт Исходный | 82,2 17,8 100,0 | 48,9 14,2 42,7 | 94,1 5,9 100,0 |
| 8 | Магн. продукт Немагн. продукт Исходный | 63,8 36,2 100,0 | 55,6 19,4 42,5 | 83,5 16,5 100,0 |
С уменьшением диаметра шариков выход магнитной фракции и извлечение в нее железа повышается при снижении его содержания (табл.2). При этом заметно снижается содержание железа в хвостах. Таким образом, малый диаметр шариков позволяет получать немагнитный продукт с относительно низким содержанием железа (отвальные хвосты). Было также исследовано влияние крупности измельчения исходного материала на показатели магнитного обогащения. Результаты испытаний для классов крупности - 0,5; - 0,16 и - 0,05 мм (диаметр шариков 8 мм, индукция поля 0,8 Тл, плотность питания ~ 25% твердого) приведены в табл.3.
Таблицаа3 Влияние крупности измельчения исходного материала на показатели обогащения
Крупность измельчения, мм | Продукты | Выход, % | Содержание Fe, % | Извлечение Fe, % |
| - 0,5 | Магн. продукт Немагн. продукт Исходный | 63,8 36,2 100,0 | 55,6 19,4 42,5 | 83,5 16,5 100,0 |
| - 0,16 | Магн. продукт Немагн. продукт Исходный | 56,8 43,2 100,0 | 57,6 23,0 42,2 | 77,5 22,5 100,0 |
| - 0,05 | Магн. продукт Немагн. продукт Исходный | 42,8 57,2 100,0 | 61,6 28,6 42,5 | 62,0 38,5 100,0 |
Из данных табл.3. видно, что с увеличением степени измельчения (уменьшением тонины помола) выход магнитного продукта уменьшается, качество его повышается, потери в хвостах увеличиваются. Так, выход магнитного продукта с 63,8 % снизился до 42,8 %, при снижении извлечения на ~ 20 % (c 83,5 до 62,0%) содержание железа в концентрате(магнитном продукте)повысилось с 55,6 до 61,6%.
Предполагаемая упрощённая технологическая схема магнитного обогащения окисленных железистых кварцитов представлена на рис.17. Она включает в себя основную полиградиентную магнитную сепарацию с перечисткой немагнитной фракции, доизмельчение первичного концентрата и его последующую перечистку с получением промпродукта, который также подвергается перечистке. Первая стадия измельчения обеспечивает помол до крупности 60% кл. -0.074амм с последующим доизмельчением магнитного промежуточного продукта во второй стадии до 80% кл. -0,05амм. Магнитные продукты последних приемов сепарации объединяются в общий концентрат.
Технологические показатели, полученные при реализации данной схемы в лабораторных условиях приведены в табл.4. При проведении опытов основная и контрольная операции проводились при индукции в слое 0,8аТл, а перечистные н 0,63аТл. Опыты проводились без сепарации в слабом поле для выделения магнетита и без обезшламливания. Результаты проведенных технологических исследований подтвердили возможность применения шарикового сепаратора на постоянных магнитах для обогащения окисленных железистых кварцитов. Второй испытательный стенд представлял собой модель лоткового сепаратора, которая состояла из двух параллельных соединенных между собой лотков с закрепленным над ними подвижным ферромагнитным экраном. В качестве Рис.17. Технологическая схема
исходного материала для исследований использовался кварцевый песок одного из месторождений Челябинской области крупностью 0,4-0амм с
Таблицаа4 Технологические показатели магнитного обогащения
Продукты | Выход, % | Содержание Fe, % | Извлечение Fe, % |
Концентрат общий Хвосты общие Исходная руда | 56,6 ~ 44,0 100,0 | 60,7 18,5 42,5 | 80,8 19,2 100,0 |
загрязняющими включениями, содержащими слабомагнитные оксиды железа. При определении технологических возможностей лоткового сепаратора проводилось сравнение его показателей с показателями электромагнитного валкового сухого сепаратора с верхним питанием типа ЭВС на том же сырье . Результаты представлены в табл.5.
Таблица 5 Технологические показатели лоткового сепаратора и сепаратора ЭВС
Выход, % | Содержание Fe2O3, % | Извлечение Fe2O3, % | |
Сепаратор ЭВС | |||
Магнитный Немагнитный Исходный | 9,34 90,66 100,00 | 0,54 0,05 0,096 | 52,8 47,2 100,00 |
Лотковый сепаратор | |||
Магнитный Немагнитный Исходный | 9,8 90,2 100,0 | 0,63 0,038 0,096 | 64,3 35,7 100,0 |
Результаты, полученные на модели лоткового щелевого сепаратора на постоянных магнитах, подтвердили возможность его эффективного применения для магнитной очистки минерального сырья. При работе на кварцевом песке он, по сравнению с применяемым в настоящее время валковым электромагнитным сепаратором ЭВС, обеспечивал снижение содержания оксидов железа в очищаемом материале до 0,038 % (против 0,05 % в ЭВС).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение задачи повышения технико-экономической эффективности и технологических возможностей обогащения слабомагнитных руд и очистки минерального сырья от слабомагнитных примесей путём разработки новых процессов и аппаратов для высокоградиентной сепарации окисленных железных руд и другого слабомагнитного минерального сырья.
Основные научные выводы и практические результаты, полученные автором, заключаются в следующем:
1. Разработан метод оценки и сравнения магнитно-силовой эффективности магнитных систем промышленного назначения на основе введения нового параметра - эффективного динамического объема магнитной системы по заданному пороговому значению магнитной силы, позволяющий путём анализа магнитодинамических карт магнитных систем определять возможности систем по извлечению частиц магнитной фракции.
2. Впервые проведен строгий расчет магнитного поля в пространстве между контактирующими ферромагнитными шарами, находящимися в магнитном поле, с учетом насыщения ферромагнитного материала. Получены математические выражения для расчета силовых характеристик поля в межшаровом пространстве, опирающиеся на использование шаблонных функций, не зависящих от размера шаров и рассчитываемых путём трёхмерного численного моделирования для каждой плотности магнитного потока и каждого вида ферромагнитного материала. Полученные результаты позволяют проводить детальный анализ силовых характеристик полиградиентной шариковой среды.
3. Разработан метод и создано устройство на основе системы различно ориентированных магнитометрических датчиков для послойного картографирования магнитных полей магнитных систем промышленного назначения с возможностью построения магнитодинамических карт рабочего пространства.
4. Разработана конструкция и рассчитаны рабочие параметры магнитной системы для шарикового барабанного сепаратора на постоянных высокоэнергетичных магнитах. Конструкция защищена Евразийским патентом.
5. Разработаны магнитные системы на постоянных магнитах для новых образцов высокоградиентных сепараторов, в которых сочетаются: высокоэффективная концентрация магнитного потока в рабочей области; расположение рабочей области в щелевом зазоре; использование новых типов полиградиентных матриц, что позволило достичь уникальных для промышленных систем на постоянных магнитах значений силового параметра BgradB (до 1.5104 Тл2/м.)
6. Разработаны конструкции роликового, лоткового и конусно-роторного сепараторов на постоянных магнитах со щелевым зазором и полиградиентными матрицами на поверхности рабочих органов. Конструкции защищены двумя Евразийскими патентами.
7. Проведенные технические и технологические испытания моделей новых сепараторов показали, что они превосходят функциональные аналоги по силовым характеристикам магнитного поля и имеют в ряде случаев лучшие технологические показатели обогащения. Потребление электроэнергии по сравнению с аналогами на электромагнитных системах сокращается в 5-7 раз.
Основные положения диссертации отражены в следующих работах:
- Тагунов Е.Я., Тагунов П.Е., Кармазин В.В. / Расчет магнитного поля в рабочей области высокоградиентного барабанного шарикового сепаратора на постоянных магнитах // Горный информационно-аналитический бюллетень / МГГУ.-2012.-№2.-С.106-111.
- Тагунов П.Е., Тагунов Е.Я. / Определение силовых характеристик полиградиентной шариковой среды в магнитном поле // Горный информационно-аналитический бюллетень / МГГУ.-2012.-№2.-C.117-121.
- Тагунов П.Е., Измалков В.А., Тагунов Е.Я. / Методика расчета магнитного поля в среде с полиградиентным феррозаполнителем из стальных шариков // Горный информационно-аналитический бюллетень / МГГУ.-2012.-№2.-C.112-116.
- Кармазин В.В., Тагунов П.Е., Измалков В.А. Барабанный шариковый магнитный сепаратор, Евразийский патент №014396 от 29 октября 2010г.
- Тагунов П.Е., Измалков В.А., Тагунов Е.Я., Пучков В.А. Роликовый магнитный сепаратор, Евразийский патент №014395 от 29 октября 2010г.
- Тагунов Е.Я., Тагунов П.Е., Измалков В.А., Пучков В.А. Лотковый магнитный сепаратор, Евразийский патент №014397 от 29 октября 2010г.
- Измалков В.А., Кармазин В.В., Тагунов Е.Я., Тагунов П.Е. Способ магнитной сепарации и устройство для его осуществления. Патент на изобретение №2438793, РФ, от 10 января 2012 г.
- Тагунов Е.Я., Измалков В.А., Тагунов П.Е., Карпачев С.Н., Таран А.В., Пучков В.А. / Измерительно-аналитический комплекс для тестирования открытых магнитных систем // Тезисы докладов. XVI Международной конференции по постоянным магнитам (Суздаль 17-21 сентября 2007) ЦМ., 2007.-С.174-175.
- Тагунов П.Е., Тагунов Е.Я., Пучков В.А. / Оценка эффективности магнитных систем магнитных сепараторов // Тезисы докладов. XVII Международной конференции по постоянным магнитам (Суздаль 21-29 сентября 2009) -М.,2009.-С.200-201.
- Тагунов Е.Я., Карпачев С.Н., Измалков В.А., Таран А.В., Тагунов П.Е. / Разработка и испытания экспериментального образца комплекса для тестирования открытых магнитных систем. Отчет о научно-исследовательской работе по государственному контракту №4392 р/6628 от 28 июня 2006г. // Депонировано в ВНТИЦ, код 14а4000а954а0320, №И081211140549 от 08.12.2008, 40стр.
Подписано в печать 21 марта 2012 Формат 60х90/16
Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ №
ОИУП Московского государственного горного университета.
Москва, Ленинский проспект, 6
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле