Магнітні та електричні способи збагачення

Магнітне збагачення корисних копалин ґрунтується на неоднаковому впливі магнітного поля на мінеральні частинки з різною магнітною сприйнятливістю і коерцитивною силою. Магнітним способом, використовуючи магнітні сепаратори, збагачують залізні, марганцеві, титанові, вольфра­мові та інші руди. Крім того, виділяють залізисті домішки із графітових, талькових і інших корисних копалин, застосовують для реґенерації магнетитових суспензій.

Відповідно до цих властивостей мінерали розділяють на: сильно магнітні (магнетит, мартит та інші), слабо магнітні (ільменіт, гематит, вольфраміт, піролюзит та інші) та немагнітні (кварц, польовий шпат, апатит та інші). Наприклад, питома магнітна сприятливість магнетита в 30-40 тисяч разів більша, ніж у кварцита.

Магнітні способи збагачування застосовують, як правило, при суттєво різних магнітних властивостях розділяємих компонентів (залізовміщуючі руди, марганцева руда та інші), а також для регенерації магнітних обважнювачів суспензій, видалення залізних і залізистих домішок із різноманітних матеріалів (піску, пластмас, будматеріалів, харчових продуктів).

Магнітне збагачення відбувається в апаратах – магнітних сепараторах, які у більшості являють собою обертовий барабан, всередині якого знаходиться магнітна система, яка створює магнітне поле. Для створення магнітної системи застосовують постійні електромагніти.

Збагачуваний дроблений і подрібнений матеріал живильником тонким шаром подається на барабан і потік проходить через магнітне поле. Магнітні частинки матеріалу притягуються до барабана магнітною силою і відриваються від нього під впливом сили тяжіння в нижній частині барабана, де магнітне поле слабке, немагнітні частинки під дією відцентрових сил відриваються від барабана у верхній частині. В нижній частині сепаратора знаходиться приймальні місткості, які розділяються регулюємою заслінкою у відповідності з траєкторією частинок.

На практиці застосовують сепаратори барабанного, валкового та дискового типів, якими проводять збагачення матеріалу в повітряному (сухе) і водяному (мокре) середовищах.

Для залучення у переробку гематитових руд Криворізького басейну потребується організаційно та технічно прості мінімально фондомісткі рішення, які могли б забезпечити отримання швидкого економічного та технічного ефекту. З цієї точки зору для збагачення гематитових руд, які мають контраст у магнітних властивостях рудної та породної складових, найбільш переважним методом є суха магнітна сепарація.

Перспективним кроком для збагачення гематитових руд методом сухої магнітної сепарації стала поява на ринку постійних магнітів з високою енергією складу неодим-залізо-бор (Nd-Fe-B) та створення магнітних систем та сепараторів з високоінтенсивним магнітним полем.

Магнітний сплав Nd-Fe-B має залишкову намагніченість до 1,2 Тл, коерцитивну силу близьку до 10² А/м, магнітну енергію до 360 кДж/м³. Така характеристика дає широкі можливості для отримання на поверхні магнітної системи блока індукції більш ніж 1 Тл. Для сухої магнітної сепарації гематитових руд. Що мають слабо виражені магнітні властивості (питома магнітна сприйнятливість змінюється в інтервалі χ = (10…750)·10^-8 м³/кг) створені валкові, роликові та барабанні сепаратори. Кожний тип конструкції магнітних сепараторів.

Для сухої магнітної сепарації дробленої окисленої руди ООО «НПП» Укрекологія» розробило та виготовило барабанні магнітні сепаратори ПБСС-90/110. Основними елементами магнітного барабанного сепаратора є вібраційний живильник, корпус, барабан з магнітною системою, шибер, прийомними продуктів розділення, рама, привід, який складається з електродвигуна, редуктора та клинопасової передачі з шківами. Частота обертання барабану змінюється за допомогою частотного перетворювача струму. Положення магнітної системи регулюється механічним пристроєм.

Блоки магнітної системи зібрані з магнітів, для виготовлення яких використаний матеріал неодим-залізо-бор, що характеризується після намагнічування високою магнітною енергією 366 кДж/м³.

Кожний тип конструкції магнітних сепараторів має свої переваги та недоліки, а також переважну область застосування.

Валкові сепаратори мають сильний кумулятивний ефект (високий градієнт) магнітного поля, напруженість якого досягає 1100-1425 кА/м та застосовуються для сухого збагачення слабомагнітних руд крупністю не більше 5мм. Магнітне поле створюється за допомогою електромагнітної системи.

Роликові магнітні сепаратори з високою інтенсивністю магнітного поля призначені для переробки слабомагнітних матеріалів крупністю до 40 мм. В рідких випадках роликові сепаратори застосовуються для сортування крупно кускових руд. Роликова конструкція сепаратора дозволяє досягати значень індукції магнітного поля у зоні розділення більш високих порівняно з барабанними сепараторами, що пояснюється застосуванням смуг на основі поліефірних тканин або матеріалу Kevral товщиною 0,13-0,65 мм. Значення магнітних сил на робочій поверхні сепаратора досягає (2,2-3,8)·10⁴А²/м³ при індукції магнітного поля 0,7-1,2 Тл.

Фірма Batemann Engeneering (ПАР) створила багатоступінчатий роликовий сепаратор на постійних магнітах з високою інтенсивністю магнітного поля типу Permroll. Кожна ступінь сепаратора є самостійною одиницею. Магнітна індукція на поверхні ролика досягає 1,2 Тл. Аналогічну конструкцію та технічні характеристики мають: магнітний сепаратор RE Roll фірми Eriez magnetic (США), магнітна система якого зібрана на основі рідкоземельного магнітного матеріалу Erium 3000, сепаратор REMRS фірми The Reading group (Австралія), сепаратор High Force фірми Outokumpu (Фінляндія). Цими фірмами на основі розроблених магнітних систем випускаються і барабанні сепаратори з високою інтенсивністю магнітного поля.

Як правило, діаметр магнітного ролика на роликовому сепараторі не перевищує 300 мм. Тому для ефективного розділення матеріалу необхідно забезпечувати частоту обертання ролика вище, ніж у барабанних сепараторах.

В наші дні знаходить застосування нове покоління високоінтенсивних барабанних магнітних сепараторів, що забезпечують високі значення індукції магнітного поля за рахунок конструкції магнітної системи з використанням рідкоземельних магнітів високої енергії. Індукція магнітного поля на поверхні барабану може досягати 0,4-0,8 Тл, забезпечуючи при цьому значення магнітних сил (0,3-1,4)·10³ А²/м³. Діаметр барабану у сепараторах різних виробників змінюється у широких межах, 600-980 мм. Більший порівняно з роликовими сепараторами діаметр барабану дозволяє досягти оптимального співвідношення магнітної та механічної сил при більш низькій частоті обертання. Барабанні сепаратори відрізняються простотою конструкції та економічністю, на відміну від валкових не потребують попереднього виділення сильно магнітного матеріалу.

Розроблений барабанний магнітний сепаратор типу Permos конструкції KHD Humboldt Wedag (ФРН) має діаметр 0,6 м, довжину у напрямку вісі 0,6 м, шість магнітних полюсів, які розміщені у барабані за дугою 150^°. Сепаратор поєднує велику величину магнітного потоку з високою радіальною складовою магнітної сили при дуже малій її тангенціальній складовій.

У мокрих середовищах барабан розташовується у ванні, куди в робочий простір подається пульпа з тонкоподрібненим матеріалом.

Для підвищення ефективності в цикл магнітного збагачення включають пристрої для намагнічування, розмагнічування руди та шламів.

Електричні способи збагачення основані на різних електро-фізичних властивостях розділяємих мінералів. Ці способи застосовують, коли підлеглі розділенню компоненти суміші близькі за їхньою щільністю, магнітними та фізико-хімічними властивостями, тобто коли дуже складно і неефективно застосовувати інші способи (гравітаційні, магнітні, флотацію).

Електричні способи застосовують не тільки для збагачення металічних руд (рідких і чорних металів) і неметалічних корисних копалин (польово-шпатова, кварцева сировина, азбест та інше), але і для розділення сумішей по сукупності частинок (класифікація) і обезпилення. Взаємодія мінеральних часток з електричним полем різна і залежить, головним чином, від таких властивостей, як електропровідність, діелектрична проникність.

Відомо, що всі матеріали, в тому числі і мінерали, залежно від їхньої електропровідності, розподіляють на: провідники (ільменіт, піріт, титаномагнетит та інші), напівпровідники (магнетит, гематит, молібденіт та інше) та непровідники – діелектрики (кальцит, каситерит, кварц та інші). В електричному полі вони ведуть себе по різному: провідники легко приймають заряд і вільно віддають його при контакті з електроном іншої полярності, а діелектрики на зміну полярності не реагують.

Розділення різно заряджених частинок відбувається в результаті взаємодії електричних і механічних сил, діючих у робочому просторі установок.

Збагачення ведеться в електростатичних сепараторах барабанного, пластинчато-каскадного типів, які працюють на принципі зміни траєкторій переміщення заряджених частинок в електричному полі апаратів. Звичайно збагачують сипучий матеріал з крупністю частинок від 3 до 0,05 мм.

В електростатичних сепараторах барабанного типу частки суміші розділяють за електропровідністю. Вихідний матеріал живильником тонким шаром подають на обертовий заряджений барабан, поруч з яким розташовується електрод з протилежним зарядом. Електропровідні частинки суміші заряджаються одноіменним з барабаном зарядом і відштовхуються від поверхні барабана. Вони рухаються по криволінійних траєкторіях і попадають у приймач електропровідної фракції. Неелектропровідні частинки заряджаються повільно і утримуються на поверхні барабана, звідки вони очищаються обертовою щіткою в нижній частині і попадають у приймач неелектропровідної фракції.

Електричний сепаратор пластинчато-каскадного типу складається із серії пластин-електродів. Нижня пластина – заземлена, а верхні пластини, розташовані жалюзоподібно, з’єднані з джерелом високої напруги (до 70 Кв). Вихідний матеріал пропускають по пластинах в електричному полі. Частинки-непровідники сковзають по заземленій нижній частині пластини і попадають у відповідний приймач. Частинки-провідники під дією кулонової сили змінюють траєкторію у бік жалюзоподібних пластин і по ним скочуються у приймач.

Продуктивність сепаратора і ступінь розділення матеріалу регулюють кутом нахилу пластин, відстанню між ними і напруженістю поля.

При електричних способах збагачення з метою підвищення ефективності розділення вихідний матеріал підготовляють шляхом підсушки, підігріву, класифікації за крупністю.