u_lectures

101

-машины могут быть собраны из отдельных секций, что позволяет осуществить гибкую компоновку флотационных схем.

Недостатки машин механического типа:

-большой износ лопаток статора и сильные восходящие потоки пульпы вызывают излишнее бурление и нарушение процесса пенообразования, что имеет особенно большое значение при флотации руд с низким содержанием ценного компонента;

-увеличение зазора между лопатками статора и импеллера больше 8-10

ммприводит к снижению аэрации пульпы и производительности машины.

13.3Пневмомеханические машины

Впоследние годы пневмомеханические машины приобрели особое значение. Они обеспечивают аэрацию пульпы сжатым воздухом, который подается в машины от воздуходувок и компрессоров, диспергирование, которого осуществляется мешалками различной конструкции.

Наибольшее распространение на обогатительных фабриках получили флотационные машины типа ФПМ (рис. 13.3).

воздух

4

2

1

3

Рис. 13.3 Пневмомеханическая машина с пальцевым аэратором

1 – камера; 2 – импеллер; 3 – статорная решетка (успокоитель); 4 - полый вал.

Объем камеры этих машин составляет V = 1,6-6,3 м3. Производительность – Q = 6-14 м3/мин.

Число камер в сборе – n = 2-8. Диаметр импеллера – D = 600-900 мм.

Скорость вращения импеллера – υ = 6-8.5 м/сек (ниже, чем в механиче-

102

ских машинах).

Назначение импеллера:

-служит для поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии и диспергации воздуха.

Достоинства пневмомеханических машин по сравнению с механически-

ми:

-тонкая диспергация воздуха;

-возможность регулирования аэрации в каждой камере;

-меньше энергоемкость (на 30-40 %);

-меньше время флотации (на 20-30 %);

-требуется меньше площадей, а значит, снижаются капитальные и эксплуатационные расходы.

Недостатки пневмомеханических машин:

-невозможность флотации крупнозернистого материала

13.4Пневматические машины

Вмашинах этого типа насыщение пульпы воздухом и перемешивание пульпы осуществляются подачей в нее сжатого воздуха от воздуходувок (давление до 25 – 35 кПа). Диспергирование воздуха производится через пористые перегородки (ткань, пористая керамика, пористый бетон и т. д.) или через трубки с мелкими отверстиями (металлические, резиновые и т. п.). Средний диаметр воздушных пузырьков в пневматических флотационных машинах составляет 2 – 3 мм. Пневматические флотационные машины проще механических по конструкции, занимают меньшую площадь. Однако интенсивность перемешивания пульпы у них ниже, а размер воздушных пузырьков почти в три раза больше. Машины этого типа применяют в основном для флотации полезных ископаемых простого состава.

Из флотационных машин пневматического типа наибольшее распространение получили аэролифтные патрубочные машины, колонные флотационные машины и машины пенной сепарации.

103

Лекция 14. МАГНИТНЫЙ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ

План лекции 14.1Теоретические основы процесса магнитной сепарации

14.1.1Магнитные поля сепараторов

14.1.2Магнитные сепараторы

14.2Электрические методы обогащения

14.3Специальные методы обогащения

14.1 Теоретические основы процесса магнитной сепарации

Магнитный метод обогащения основан на различии магнитных свойств разделяемых минералов.

Явление магнетизма существует: 1.за счет вращения ядра;

2.за счет орбитального движения электронов вокруг ядра;

3. за счет вращения электронов вокруг своей оси.

Магнитный момент – это произведение магнитной массы на длину частицы или силы тока на площадь контура.

Магнитный момент вещества, отнесенный к единице его объема (I= MV )

называется намагниченностью, измеряется ампер/м (СИ), Магнитные свойства вещества характеризуются магнитной восприимчи-

востью æ, которая определяется отношением интенсивности намагничивания к напряженности поля и называется объемной магнитной восприимчивостью вещества (величина безразмерная)

æ = HI

Объемная магнитная восприимчивость, отнесенная к единицы массы вещества, называется удельной магнитной восприимчивостью

χ = æ / δ, м3/кг

δ – плотность вещества, кг/м3 Удельную магнитную восприимчивость можно рассматривать как маг-

нитный момент 1 кг массы вещества при его намагничивании в поле напряжен-

104

ностью 1 кА/м.

В зависимости от величины удельной магнитной восприимчивости минералы делятся на сильномагнитные, слабомагнитные и немагнитные или по магнитным свойствам все вещества делятся на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

Одним из основных магнитных свойств, определяющих поведение частиц в рабочей зоне сепаратора, является удельная магнитная восприимчивость. По величине удельной магнитной восприимчивости (χ) все минералы делятся на:

1.Сильномагнитные минералы (ферромагнитные) χ > 3,8* 10-5 м3/кг.

Кним относятся магнетит (FeO*Fe2O3), титаномагнетит, маггемит (Fe2O3), пирротин (FenSn+1). Эти минералы можно выделить в магнитном поле напряженностью Н= 70-120 кА/м или ≈ 1000-1500 эрстед.

2.Слабомагнитные минералы (парамагнитные) с удельной магнитной восприимчивостью 1,26*10-7 м3/кг< χ<3,8*10-5 м3/кг.

Кним относятся ряд окислов (гематит Fe2O3), гидроокислы (лимонит HFeO2), карбонаты железа (сидерит Fe[CO3]) и марганца, ильменит (FeTiO3), вольфрамит (Mn,Fe[WO4]), гранат, биотит и др.Эти минералы извлекаются на магнитных сепараторах с сильным полем, напряженностью 120-1600 кА/м или 10-20 тыс.эрстед.

3.Немагнитные минералы (диамагнитные), обладающие удельной магнитной восприимчивостью χ<1,26*10-7 м3/кг и при разделении в магнитном поле выделяющиеся в немагнитную фракцию. Это кварц, циркон, рутил, кальцит,

касситерит (SnO2), апатит и др. Удельная магнитная восприимчивость чистых минералов является физической константой, величина которой зависит от химического состава, кристаллической решетки, температуры, насыпной плотности, времени и условий намагничивания.

Восприимчивость же рудных частиц непостоянна и зависит от степени раскрытия сростков, их формы. Ее величина не прямо пропорциональна содержанию магнитных включений.

Отношение удельных магнитных восприимчивостей разделяемых мине-

ралов χ1/χ2 должно быть >1 (на практике не менее 3-5). Это отношение называется коэффициентом селективности магнитного обогащения.

Сила, с которой магнитное поле действует на частицу вещества, поме-

щенную в поле, называется магнитной силой (Fм). Она зависит от величины удельной магнитной восприимчивости вещества и силы магнитного поля или его напряженности.

Магнитная сила Fм, действующая на минеральное зерно с массой m, помещенное в магнитное поле, определяется по формуле

105

Fm= μ0 χ H gradH m.

Удельная магнитная сила (fm) притяжения, т.е. магнитная сила, отнесенная к единице массы, действующая на частицу в магнитном поле (или в рабочей зоне сепаратора) определяется по формуле

fm= μ0 χ H gradH, Н/кг (Ньютон/кг)

где μ0 – магнитная постоянная, равна 1,256*10-6 гн/м χ – удельная магнитная восприимчивость, м3/кг Н- напряженность магнитного поля, А/м

gradH – градиент напряженности, А/м

14.1.1 Магнитные поля сепараторов

Магнитные поля бывают однородными, когда напряженность в любой точке поля постоянна по величине и направлению и неоднородными, когда напряженность магнитного поля изменяется (рис. 14.1).

В однородном магнитном поле минерал будет испытывать вращение, которое приведет его в положение, параллельно линиям поля. Минерал не будет притягиваться к полюсам.

Рис. 14.1 Магнитные поля

а. Однородное магнитное поле gradH = 0, поэтому Fмагн. = 0; б. Неоднородное магнитное поле gradH >0.

Если же минерал поместить в неоднородное поле, то кроме вращения (ориентации) он будет испытывать действие сил притяжения в направлении более интенсивных участков поля, именно они и обуславливают отделение магнитных частиц от немагнитных в магнитном поле.

Поэтому в сепараторах применяются лишь неоднородные поля.

106

Для получения неоднородных полей применяются открытые и замкнутые системы.

Как правило, открытые системы со слабым магнитным полем (напряженность 80-120 кА/м) применяются для сильномагнитных руд.

В открытых магнитных системах неоднородность создается чередованием нескольких полюсов разноименной полярности, благодаря чему частицы переориентируются и магнитные силовые линии выходят из N (+) полюса и возвращаются в S (-) полюя.

Рис. 14.2 Виды магнитных систем:

а. Открытая магнитная система б. Замкнутая магнитная система.

Замкнутые системы позволяют создавать поле большей напряженности

(8001600 кА/м) ≈ в 200 раз.

Электромагнитные системы состоят из катушек с обмотками, сердечников помещенных внутрь катушек и полюсных наконечников. Обмотки катушек питаются постоянным током. В этих магнитных системах можно менять в определенных пределах напряженность поля за счет изменения силы тока в обмотках катушек.

Магнитные системы для постоянных магнитов изготавливают из сплава ЮНДК-24, состоящего из алюминия, Ni, Co, и Fe или феррита бария. Последнее время ведутся разработки по изготовлению магнитных систем из ферритостронция, ниодим-железо-бор (Н до 2000 эрстед).

Магнитные системы из постоянных магнитов просты, безопасны, экономичны, но из-за постоянного размагничивания требуют замены.

14.1.2 Магнитные сепараторы

1.Сепараторы для сильномагнитных руд

2.Сепараторы для слабомагнитных руд (рис. 14.3)

3.Полиградиентные сепараторы

107

Аппараты, в которых производят магнитное обогащение, называются магнитными сепараторами. В зависимости от магнитных систем различают сепараторы электромагнитные и с постоянным магнитом. Обозначают их соответственно буквами Э и П. Сепараторы для сухого и мокрого обогащения обозначают соответственно буквами С и М.

По конструкции рабочего органа сепараторы подразделяют на барабанные (Б), валковые (В), дисковые (Д), роликовые (Р) и др. В зависимости от направления движения исходного питания и рабочего органа сепаратора различают:

прямоточные (направление движения материала совпадает с направлением движения рабочего органа),

противоточные (П) (направление движения их противоположено), полупротивоточные (ПП) (направление движения комбинированное). Цифры, стоящие перед буквами, обозначают число барабанов, Валков или

дисков. Цифры, стоящие после букв, - диаметр и длину рабочего органа сепаратора (ПБМ-ПП-90/250 – барабанный сепаратор с постоянным магнитом с полупротивоточной подачей питания для мокрого обогащения с барабаном диаметром 900 и длиной 2500 мм).

Сепараторы для мокрого обогащения сильномагнитных руд ПБМ-90/250 (209В-СЭ) Н -= 88 кА/м . Крупность питания 6-0 мм. Q =130-180 т/час.

Представляет из себя тонкостенный цилиндр с двумя герметическими крышками по бокам. Магнитная система состоит из феррито-бариевых постоянных магнитов. Применяется для обогащения коренных и россыпных месторождений крупностью 5-0 и 0,25-0,05 мм.

108

Рис. 14.3 Сепараторы для мокрого обогащения слабомагнитных руд

4ЭВС-36/100

Сердечники полюсных наконечников и валки выполнены из электротехнической стали. Электромагнитная система имеет 16 катушек, намотанных алюминиевым проводом марки АПСД, два сердечника (0,315*0,44 метра), четыре полюсных наконечника, четыре валка. Катушки соединяются таким образом, что ток по ним протекает в одном направлении. Валки выполнены из сплошной литой стали, покрыты оболочкой изолированных друг от друга тонких листов электротехнической стали.

Особые трудности при обогащении вызывают разделение слабомагнитных, тонкоизмельченных руд, для разделения таких частиц необходимо увеличить магнитную силу рабочей зоны сепаратора. Для этой цели используют полиградиентные сепараторы (рис. 14.4). В них заложен принцип протекания потока пульпы через слой ферромагнитных тел, во много раз усиливающих gradH.

109

В качестве полиградиентной среды используют материалы с высокой магнитной проницаемостью. Применяются для обогащения руды < 0,1 мм, слабомагнитных минералов (для окисленных железных руд и для обезжелезнения различных материалов).

Рис. 14.4 Полиградиентный сепаратор

14.2 Электрические методы обогащения

Электрические методы обогащения основаны на различии в электрических свойствах минералов, а именно на различии в электропроводности и диэлектрической проницаемости.

Во многих веществах существуют свободные заряженные микрочастицы. Свободная частица отличается от "связанной" тем, что она может передвигаться на большое расстояние под действием сколь угодно малой силы. Для заряженной частицы это означает, что она должна приходить в движение под действием сколь угодно слабого электрического поля. Именно это наблюдается, например, в металлах: электрический ток в металлическом проводе вызывается сколь угодно малым напряжением, приложенным к его концам. Это и свидетельствует о наличии в металле свободных заряженных частиц.

Вещества, содержащие свободные заряженные микрочастицы, называются проводниками. Свободные электрические микрочастицы в проводниках называются носителями электрического тока. Вещества, не содержащие свободных заряженных частиц, называют диэлектриками (в электротехнике диэлектрики часто называют изоляторами).

Характерно, что носители свободны только внутри проводника, то есть не могут беспрепятственно выходить за его границу.

110

Проводниками являются металлы, электролитические жидкости. В металлах носителями являются электроны, в электролитических жидкостях носителями являются ионы (могут иметь положительный и отрицательный заряд).

Под действием внешнего электрического поля положительные носители движутся вдоль поля, а отрицательные – против поля. Это приводит к возникновению тока, направленного вдоль поля.

Упорядоченное движение носителей зарядов, приводящее к переносу заряда, называется электрическим током в веществе. Электрический ток возникает под действием электрического поля. Свойство вещества проводить электрический ток называется электропроводностью.

По величине электропроводности все минералы делятся на три группы: 1. Проводники с электропроводностью 104 – 105 Ом-1см-1

1Ом-1см-1 = 100 Сим/м Сименс (Сим) – проводимость такого проводника, в котором проходит сила тока 1А при напряжении на концах проводника в

1В.

g проводимость = UI

Ом – сопротивление проводника, обладающего проводимостью равной 1

Сим.

102 – 103 см/м 2. Полупроводники – 102 – 10-10 Ом-1см-1

10– 10-8 см/м

3.Непроводники (диэлектрики) – 10 и ниже Ом-1см-1

<10-8 см/м

Например, графит, все сульфидные минералы являются хорошими проводниками. Вольфрамит (Fe,Mn)WO4 (10-2-10-7) и касситерит SnO4 (10-2-102 или 10-14-10-12) обладают умеренной электропроводностью, а силикатные и карбонатные минералы очень плохо проводят электричество.

Электрические методы применяются при обогащении титаноциркониевых, титанониобиевых, оловянно-вольфрамовых коллективных концентратов, а также при обогащении фосфоритов, угля, серы, асбеста и многих других полезных ископаемых, переработка которых другими методами (гравитационным, флотационным, магнитным) не эффективна.

Физическая сущность процесса электрической сепарации заключается во взаимодействии электрического поля и минеральной частицы, обладающей определенным зарядом.