Магнитная сепарация. Область применения магнитного метода обогащения

Введение

Актуальность: Магнитные методы обогащения органически связаны с горно-металлургической и рядом других отраслей промышленности. Магнитные процессы обогащения призваны подготавливать руды, обладающими магнитными свойствами, к дальнейшей переработке. Кроме того, данные методы широко используются при доводки (получение требуемого качества) концентратов руд редких металлов, при очистке от магнитных включений горно-химического сырья.

Цель: рассмотрение сущности магнитной сепарации и область применения магнитного метода обогащения.

Основное практическое применение магнитной сепарации — извлечение нежелательных (негативно сказывающихся  на качестве конечных продуктов или  вызывающих поломки технологического оборудования) включений из сырьевых компонентов различных производств. Оборудование для магнитной сепарации (магнитные сепараторы) широко используется в таких отраслях промышленности как стекольная, горно-рудная, металлургическая, вторичная переработка, пищевая, химическая и многих других.

Магнитное обогащение получило применение и в углеобогатительной промышленности в качестве метода регенерации магнетитовых суспензий при тяжелосреднем  обогащении.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Сущность магнитной  сепарации

МАГНИТНАЯ СЕПАРАЦИЯ, магнитное обогащение (а. magnetic separation; н. Magnetscheidung;), — способ обогащения полезных ископаемых, основанный на использовании различия в магнитных свойствах (величинах магнитной восприимчивости, остаточной индукции, коэрцитивной силы и др.) компонентов разделяемой механической смеси (минералов, их сростков и др.) крупностью до 150 мм в неоднородном постоянном или переменном магнитном поле.  
        Первые сведения об использовании магнитной сепарации для обогащения железных руд появились в 18 в. В промышленности магнитная сепарация впервые применена в Швеции в 1892. В России первый магнитный сепараторизготовлен в 1911 и использован на Урале для обогащения магнетитовой руды. Магнитная сепарация для крупновкрапленных слабомагнитных руд начали применяться в 40-х гг., а тонковкрапленных — в 70-х гг. 20 в. Физический механизм разделения магнитной сепарации как сильномагнитных, так и слабомагнитных руд состоит в том, что минеральные зёрна, обладающие более высокой магнитной восприимчивостью, притягиваются к полюсам магнитной системы магнитных сепараторов и с помощью транспортирующих устройств перемещаются в приёмные устройства магнитных продуктов, а немагнитные или слабомагнитные зёрна потоком выносятся в приёмные устройства немагнитных продуктов. 

Основное практическое применение магнитной сепарации — извлечение нежелательных (негативно сказывающихся  на качестве конечных продуктов или  вызывающих поломки технологического оборудования) включений из сырьевых компонентов различных производств. Оборудование для магнитной сепарации (магнитные сепараторы) широко используется в таких отраслях промышленности как стекольная, горно-рудная, металлургическая, вторичная переработка, пищевая, химическая и многих других.

В практике обогащения магнитная сепарация  производится преимущественно в  неоднородных постоянных магнитных  полях и является основным методом  обогащения железных (около 70% в мире и 90% в РФ) и марганцевых руд (более 90% в PФ). При обогащении руд чёрных металлов магнитная сепарация позволяет производить высокосортныеконцентраты с содержанием Fe до 68%, Mn до 43%. Извлечение магнитных минералов в концентрат превышает 90%. Магнитная сепарация применяется также для руд цветных и редких металлов, горно-химического и нерудного сырья, в качестве доводочных операций после гравитационных способов обогащения, а также для удаления металлических и железосодержащих примесей из материалов (каолиновые глины, формовочные пески и др.).  
         В зависимости от величины магнитной восприимчивости материала магнитная сепарация подразделяется на слабомагнитную и сильномагнитную, от среды, в которой производится разделение, — на мокрую и сухую магнитную сепарацию. Для увеличения контрастности магнитных свойств разделяемой смеси применяют термообработку (магнетизирующий обжиг) в окислительной(сидеритовые, карбонатные и другие руды) или восстановительной (оксидные руды) атмосферах.

2.Характеристика объектов магнитного обогащения

Основным объектом магнитного обогащения является руда. Под рудой понимают природное минеральное сырье, содержащее какой-либо металл или несколько металлов в концентрациях и видах, пригодных для промышленного использования.

Магнитному обогащению подвергаются руды, содержащие минералы, обладающие магнитными свойствами, достаточными для разделения сырья по данному  признаку. Это руды, содержащие железо, марганец, хром и ряд других металлов.

Наибольший объем руд, обогащающихся  магнитными методами, относится к  железным рудам, составляющих основу металлургической промышленности страны.

К железным рудам относятся магнетитовые, гематитовые, сидеритовые и бурожелезняковые руды.

Магнетит (Fe₃O₄) – сильномагнитный минерал черного цвета, содержит 72,4% железа, плотность 4,9 – 5,2г/см³.основное месторождение магнетитовых руд в Украине – Криворожский бассейн, где сосредоточены магнетитовые кварциты. Сопутствующие минералы – гематит, кремнезем, глинозем, пирит, ильменит (титаносодержащий минерал). Магнетитовые кварциты – основное сырье черной металлургии Украины.

При значительном содержании ильменита  в магнетитовой руде последние называют титаномагнетитовые руды.

Гематит (Fe₂О₃) – слабомагнитный минерал красно-бурого цвета, содержит около 70% железа. Попутно извлекается с магнетитовыми кварцитами в Кривбассе.

Сидерит (FeСО₃) – слабомагнитный минерал, содержит 48% железа. Сидеритовые руды весьма ценны для металлургической промышленности, в Украине отсутствуют.

Бурый железняк (nFe₂O₃m) – слабомагнитный минерал, руды невысокого качества, промышленное использование незначительно.

Марганцевые руды относятся к слабомагнитным, состоят из смеси различных минералов: гаусманит (Mn₃O₄),пиролюзит (MnO₂), манганит (Mn₂O₃H₂O), браунит (Mn₂O₃) и др.

Марганцевые руды сосредоточены в  Никопольском месторождении.

Хромовые руды состоят из хромистых железняков, содержащих Cr, Fe, O, а также Mg, Al. По физическим свойствам руды сходны с железными, но обладают меньшими магнитными свойствами. 

3.Классификация процессов магнитного обогащения

По областям применения различают  подготовительные, основные (собственно магнитное разделение) и вспомогательные  процессы магнитного обогащения.

Подготовительные процессы:

• улавливание металлолома,
• намагничивание и размагничивание,
• магнитная агрегация.

Вспомогательные процессы:

• сгущение и обезвоживание,
• измельчение в магнитном поле.

В зависимости от величины магнитной восприимчивости материала  магнитная сепарация разделяется  на слабомагнитную и сильномагнитную, в зависимости от среды, в которой  проводится разделение, — на мокрую и сухую.

По принципу использования  магнитного поля процессы магнитного обогащения разделяют на прямые и  комбинированные (непрямые). К прямым принадлежат процессы разделения в  слабых и сильных полях, регенерации суспензий, извлечения металлолома, магнитного пылеулавливания, термомагнитной и динамической агрегации.

Непрямые процессы:

• магнитогидростатическая (МГС),
• магнитогидродинамическая (МГД) сепарация,
• сгущение материалов, которые предварительно прошли магнитную флокуляцию, сепарацию полезных компонентов, локализованных на магнитных носителях.

 

Соответственно классификации  процессов магнитного обогащения различаются  и аппараты, в которых происходят эти процессы:

• магнитные сепараторы,
• дешламаторы,
• магнитогидростатические сепараторы,
• магнитогидродинамические сепараторы,
• электродинамические сепараторы,
• железоотделители,
• металлоразделители,
• устрройства для размагничивания и намагничивания материалов.

Разделение минеральных  частиц по магнитным свойствам может осуществлятья в трёх режимах:

• режим отклонения магнитных частичек характеризуется повышенной производительностью, но сниженой эффективностью процесса;
• режим удержания магнитных частичек характеризуется высоким извлечением магнитного компонента;
• режим извлечения магнитных частичек характеризуется высоким качеством магнитного продукта, но снижением его извлечения.

Современные магнитные сепараторы имеют эффективность разделения и производительность в 5-10 раз бо́льшую, чем образцы середины ХХ столетия. В сравнении с другими методами себестоимость магнитной сепарации  для кусковых сильномагнитных материалов самая низкая, для мелкодисперсных — вторая после самого дешёвого методу винтовой сепарации. Производительность сепараторов для кусковых руд достигает 500 т/час, для тонкоизмельчённых сильномагнитных — 200 т/час, слабомагнитных — 40 т/час.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Факторы, влияющие на магнитное обогащение

Напряженность магнитного поля. Повышение напряженности поля приводит к увеличению магнитной силы и, как следствие, позволяет извлекать в магнитную фракцию минералы с более низкой магнитной восприимчивостью. Это оказывает влияние на выход и качество продуктов разделения. Однако чрезмерное увеличение напряженности магнитного поля может привести к повышенному засорению магнитной фракции. Недостаточная напряженность поля - причина потерь магнитных минералов с хвостами.

Если технологическая схема  обогащения включает несколько последовательных операций магнитной сепарации, при  перечистке немагнитной фракции  напряженность магнитного поля в  каждой последующей операции должна быть увеличена. Доводка же магнитных  концентратов осуществляется при постепенном  уменьшении напряженности поля.

Параметры рабочей зоны (длина и высота), а также ширина питания определяют пропускную способность, т. е. производительность сепаратора. С увеличением диаметра барабана (валка) длина рабочей зоны возрастает, а это позволяет повысить извлечение магнитных минералов и производительность сепаратора. Повышение производительности достигается также при увеличении ширины приемного отверстия питания (длины барабана, валка).

Высота рабочей зоны определяется в процессе создания конструкции  сепаратора и в определенных пределах может изменяться при технологической  наладке сепаратора для обогащения минерального сырья данного вида. Уменьшение высоты рабочей зоны приводит к увеличению напряженности магнитного поля, и наоборот.

Частота вращения барабанов и валков сепаратора в значительной мере определяет его производительность и качество продуктов обогащения. Она выбирается в зависимости от метода обогащения (сухой или мокрый), способа подачи питания (верхний или нижний), удельной магнитной восприимчивости и крупности разделяемых минералов, необходимого качества продуктов обогащения (получение готовых концентратов или отвальных хвостов).

Крупность и магнитные свойства обогащаемой руды. При резком различии в крупности разделяемых минералов затрудняется правильный выбор напряженности магнитного поля, параметров рабочей зоны, скоростного режима и производительности сепаратора. Все это приводит к ухудшению технологических показателей обогащения. Лучшие показатели обогащения получаются с применением предварительной классификации материала, максимально сближающей верхний и нижний пределы крупности разделяемых минералов.

Непременным условием применения магнитного обогащения является достаточная контрастность  магнитных свойств разделяемых  минералов, т. е. если удельные магнитные  восприимчивости будут соответственно χ 1 и χ 2, отношение χ 1/ χ 2 должно быть больше единицы (на практике не менее 3-5). Это отношение называется коэффициентом селективности магнитного обогащения.

Для извлечения сильномагнитных минералов  на магнитных сепараторах применяются  относительно слабые магнитные поля напряженностью до 120-150 кА/м. Для извлечения слабо магнитных минералов применяются  сильные магнитные поля напряженностью 800-1500 кА/м и выше. Немагнитные  минералы не извлекаются даже в полях  высокой напряженности.

Магнитные методы нашли широкое  применение для обогащения руд черных металлов, при доводке концентратов редких и цветных металлов, для  регенерации сильно магнитных утяжелителей при тяжело среднем обогащении, для  удаления железных примесей из фосфоритовых руд, кварцевых песков и других материалов.

Содержание твердого в питании сепараторов. С увеличением содержания твердого в пульпе при мокрой магнитной сепарации производительность сепаратора увеличивается, однако качество продуктов обогащения снижается.          Увеличение разжиженности пульпы, как правило, обеспечивает повышение качества магнитной фракции, но одновременно возрастают также потери магнитных минералов с хвостами, так как увеличивается скорость прохождения пульпы через рабочую зону сепаратора. Оптимальное содержание твердого в питании сепараторов находится в пределах 30-40 %.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Магнитные сепараторы

         Магнитная сепарация осуществляется в магнитных сепараторах (рис.1).