Магнітний сепаратор

1. Магнітний сепаратор, який містить складену з постійних магнітів чергуючої полярності магнітну систему, яку охоплює гнучка нескінченна стрічка, встановлена на привідному і натяжному роликах з можливістю її руху вздовж робочої поверхні постійних магнітів, вертикально встановлений з зазором до гнучкої стрічки тонкий немагнітний лист, обмежуючий ширину каналу падіння продукту, що сепарується, який відрізняється тим, що магнітну систему виконують з постійних магнітів, встановлених з чергуванням їхньої полярності по горизонталі по всій висоті магнітної системи або магнітну систему виконують з постійних магнітів, встановлених з чергуванням їхньої полярності по горизонталі в верхній частині магнітної системи і по вертикалі в її нижній частині, а магнітну систему і U 2 (19) 1 3 системи. Робочий зазор, в якому рухається продукт, задається відстанню між площиною гнучкої стрічки і встановленим паралельно їй тонким немагнітним листом. Сепаратор [2] працює наступним чином. Рідинний продукт, що підлягає магнітній сепарації, подається вертикально в зазор між гнучкою стрічкою та немагнітним листом і надалі самопливом рухається вниз вздовж магнітної системи закритої гнучкою стрічкою. При цьому немагнітна фракція продукту під дією тільки сили тяжіння рухається вертикально, а магнітна фракція, на яку додатково діють магнітні сили в напрямку гнучкої стрічки, рухаючись по іншій траєкторії, осідає на гнучку стрічку, створюючи на ній шар з магнітної фракції. При цьому, як в режимі магнітного збагачення продукту (корисна фракція магнітна), так і в режимі магнітного очищення продукту (корисна фракція немагнітна) гнучка стрічка надійно забезпечує транспортування на своїй поверхні магнітної фракції продукту з зони дії магнітних сил в приймачі магнітної фракції продукту. Установлена в сепараторі [2] магнітна система з чергуванням полярності магнітних полюсів по вертикалі створює магнітні сили поля з чергуванням по вертикалі зон дії максимальних сил поля (в площинах зміни полярності полюсів) і зон дії мінімальних сил поля (в площинах, які розділяють полюси одної полярності на дві симетричні частини). При такій типології магнітних сил поля на частинки магнітної фракції продукту, що рухаються поздовж магнітної системи (а значить і поздовж гнучкої стрічки), діє як їхня нормальна складова, направлена до робочої поверхні гнучкої стрічки, так і тангенційна складова, яка направлена по вертикалі, змінюючи свій знак в площинах, що розділяють полюси різної полярності. Тангенційна складова магнітної сили безпосередньо не впливає на осадження частинок магнітної фракції на робочу поверхню гнучкої стрічки, а нормальна складова магнітної сили по всій висоті магнітної системи діє тільки на осадження частинок магнітної фракції на поверхню гнучкої стрічки. Ця сила в напрямку руху продукту багаторазово періодично змінює свою величину. Така "імпульсна" дія магнітної осаджуючої сили на частинки магнітної фракції продукту зменшує ефективність їх осадження на поверхню гнучкої стрічки. Це пояснюється тим, що різке зростання магнітних осаджуючих сил, які діють на магнітні частинки, супроводжується відповідним зростанням протидіючих їм альтернативних сил, які гальмують рух магнітних частинок в напрямку поверхні гнучкої стрічки. Такими протидіючими силами є сила інерції і сила Стокса, яка виникає внаслідок тертя і співударяння частинок магнітної і немагнітної фракцій, що рухаються по різних траєкторіях. Крім того, наявність в продукті навіть випадкових частинок сильномагнітної фракції, може призвести до затримування (загальмування) таких частинок в горизонтальних зонах дії максимальних магнітних сил поля. Такі затримані на поверхні гнучкої стрічки частинки продукту нерухомі відносно магнітної системи. При русі стрічки ці частинки будуть протирати поверхню стрічки і створювати штучну за 63419 4 гату (бар'єр) для переміщення на поверхні стрічки вже осілих на неї слабомагнітних частинок продукту. Зменшення ефективності процесу сепарації в магнітному сепараторі - прототипі [2], в зв'язку з використанням в ньому магнітної системи з тільки вертикальним чергуванням магнітної полярності, є найбільш суттєвим недоліком цього сепаратора. Прийняте в сепараторі [2] вертикальне положення робочих поверхонь магнітної системи і гнучкої стрічки теж є суттєвим недоліком цього сепаратора. Таке положення магнітної системи (і стрічки, яка її охоплює) при вертикальній подачі сипкого слабомагнітного продукту в робочий зазор сепаратора не дозволяє досягнути чіткого селективного розділення між собою магнітної і немагнітної фракцій при виході цих фракцій з активної зони сепаратора. Це пояснюється тим, що частина немагнітної фракції продукту, яка самопливом опадає безпосередньо уздовж робочої поверхні гнучкої стрічки, не може розподілювачем продукту бути повністю відокремлена від магнітної фракції, яка ще не встигла осісти на гнучку стрічку. Ця частина немагнітної фракції продукту попаде в приймачі магнітної фракції, що зменшує ефективність сепарації як в процесах магнітного збагачення продукту, так і в процесах його очищення. Вказаний недолік сепаратора [2] найбільше буде проявлятися при сепарації сипких слабомагнітних продуктів, так як шар цих продуктів для їхнього ефективного осадження на стрічку повинен бути незначним (товщиною до одного сантиметра). При вертикальному положенні магнітної системи ширина зазору опадання продукту вздовж поверхні гнучкої стрічки незмінна по висоті, що не дозволяє на виході з робочої зони просепарованого продукту отримати достатньої ширини "віяло" з вихідного продукту, при якому розподілювач продукту може чітко відділяти магнітну фракцію продукту від його немагнітної фракції. При сепарації на сепараторі [2] сипких слабомагнітних продуктів проявляється ще один його недолік. Вільне падіння продукту в робочому зазо2 рі сепаратора (з прискоренням g=9,8 м/сек ) обумовлює відповідно таку велику швидкість частинок продукту відносно магнітної системи, при якій магнітні частинки продукту під дією обмеженої величини магнітних сил "не встигають" осісти на поверхню гнучкої стрічки. Ефективне осадження частинок магнітної фракції якщо і можливо в таких випадках, то лише при практично неприйнятній висоті магнітної системи (наприклад, в декілька метрів). Велика швидкість падіння продукту вздовж гнучкої стрічки може створювати нездоланні технічні труднощі при сепарації сипких слабомагнітних продуктів, що теж є недоліком сепаратора - прототипу [2]. Установлена в сепараторі [2] магнітна система з вертикальним чергуванням їхньої полярності постійних магнітів не дозволяє реалізувати струмкову подачу продукту в робочий об'єм магнітного сепаратора. Саме пропускання продукту виключно тільки через зони з самою максимальною дією магнітних сил дозволяє досягнути найкращих результатів при сепарації продуктів з найменшими 5 значеннями магнітної сприйнятливості. В магнітному сепараторі [2] такий спосіб здійснити принципово неможливо, що є теж недоліком цього сепаратора. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності процесу магнітної сепарації шляхом застосування в магнітному сепараторі магнітної системи з чергуванням полярності постійних магнітів по горизонталі і її встановленням під незначним нахилом до вертикальної площини, а також шляхом доповнення конструкції сепаратора пристроєм штучного сповільнення швидкості вільного падіння продукту і розподілювачем вхідного продукту. Поставлена задача вирішується в магнітному сепараторі, який містить складену з постійних магнітів чергуючої полярності магнітну систему, яку охоплює гнучка нескінченна стрічка, встановлена на привідному і натяжному роликах з можливістю її руху вздовж робочої поверхні постійних магнітів, вертикально встановлений з зазором до гнучкої стрічки тонкий немагнітний лист, обмежуючий ширину каналу падіння продукту, що сепарується, згідно з корисною моделлю, магнітну систему виконують з постійних магнітів, встановлених з чергуванням їхньої полярності по горизонталі по всій висоті магнітної системи або магнітну систему виконують з постійних магнітів, встановлених з чергуванням їхньої полярності по горизонталі в верхній частині магнітної системи і по вертикалі в її нижній частині, а магнітну систему і відповідно гнучку стрічку встановлюють з незначним відхиленням від вертикальної площини. Поставлена задача вирішується в магнітному сепараторі, в якому на поверхні тонкого немагнітного листа оберненої до гнучкої стрічки встановлюють немагнітні шипи з незначним зазором відносно гнучкої стрічки, направлені по нормалі до тонкого немагнітного листа. Поставлена задача вирішується в магнітному сепараторі, в якому немагнітні шипи розміщують на поверхні тонкого немагнітного листа рівномірно по висоті магнітної системи, складеної з постійних магнітів з горизонтальним чергуванням їхньої полярності, а по висоті магнітної системи, складеної з постійних магнітів з вертикальним чергуванням їхньої полярності, немагнітні шипи розміщують локально, згущено і тільки на рівні горизонтальних зон зміни полярності полюсів магнітів. Поставлена задача вирішується в магнітному сепараторі, який доповнюють розподілювачем, для направлення вхідного продукту тільки у вертикальні зони зміни полярності магнітів. Запропоноване в корисній моделі встановлення магнітної системи з чергуванням полярності полюсів по горизонталі на відміну від магнітної системи сепаратора-прототипу [2] виконаної з вертикальним чергуванням полюсів, створює відповідно іншу топологію магнітних сил в робочому об'ємі сепаратора. Чергування полярності магнітного поля по горизонталі створює відповідно і магнітні сили поля з чергуванням по горизонталі зон з максимальною і мінімальною дією цих сил. Але знак цих сил по вертикалі в напрямку руху (падіння) продукту по всій висоті магнітної системи не 63419 6 змінюється і тому на частинки магнітної фракції магнітні осаджуючі сили (нормальні складові від повних магнітних сил) діють монотонно, збільшуючи свою величину по мірі наближення до робочої поверхні магнітної системи. При цьому магнітні сили вертикальної складової не мають взагалі. Монотонна, без зміни знаку, дія магнітних осаджуючих сил є найбільш оптимальною, так як при монотонній дії осаджуючих магнітних сил в найменшій мірі проявляється дія на магнітні частинки альтернативних сил протидіючих руху цих частинок в напрямку робочої поверхні гнучкої стрічки. Зменшення вказаних протидіючих сил дозволяє збільшувати товщину шару продукту, що подається вертикально вздовж магнітної системи, тобто збільшувати продуктивність сепаратора при тій самій висоті магнітної системи або зменшувати висоту магнітної системи при тій самій продуктивності сепаратора. Запропонована магнітна система з чергуванням вертикальних зон дії максимальних і мінімальних сил магнітного поля дозволяє при необхідності завдяки встановленню розподілювача вхідного продукту забезпечити рух продукту в робочому зазорі сепаратора тільки в вузьких вертикальних зонах (струмках), де діють максимальні магнітні осаджуючі сили. Зменшенням ширини таких зон можна, в принципі, досягнути найбільш можливої ефективності магнітної сепарації для даного продукту взагалі. Встановлення магнітної системи, охопленої гнучкою стрічкою, з деяким незначним (до 10°) нахилом до вертикалі, дозволяє в запропонованому сепараторі розширити на виході продукту з робочої зони "віяло" потоку просепарованого продукту і за рахунок цього покращити селективність в розділенні просепарованого продукту, усунувши попадання частини немагнітної фракції продукту, яка рухається (опадає) безпосередньо вздовж робочої поверхні гнучкої стрічки з осадженою на неї магнітною фракцією. Для зменшення необхідної висоти магнітної системи в запропонованому сепараторі передбачається штучне сповільнення швидкості падіння продукту (при сепарації сипких продуктів) за рахунок встановлення в робочому зазорі тонких немагнітних шипів, розміщених вертикально встановленому на тонкостінному немагнітному листі та закріплених по нормалі до цього листа. Густотою встановлених шипів по вертикалі можна в широких межах змінювати швидкість падіння продукту в середньому по висоті робочого зазору і локальних значень швидкості на заданих рівнях висоти. Зменшення швидкості падіння продукту практично не впливає на продуктивність сепаратора, оскільки ця продуктивність визначається не кінцевою швидкістю руху (падіння), а її початковим значенням (при попаданні продукту з живильника в робочий зазор сепаратора). Для збільшення (при необхідності) ефективності осадження на кінцевому етапі падіння продукту пропонується відповідно кінцеву ділянку магнітної системи виконати з чергуванням полярності по вертикалі, що створить останній суцільний бар'єр з магнітних сил по всій ширині магнітної системи. Так як траєкторія магнітних і немагнітних час 7 тинок продукту різна, то вони відбиваються від горизонтально направлених шипів по різному. Немагнітні частинки, які падають вертикально і відбиваються від шипів по вертикалі, не змінюють напрямку свого падіння. Магнітні ж частинки, траєкторія яких внаслідок дії на них магнітних сил направлена під деяким кутом до вертикалі, падаючи на поверхню шипів, відбиваються від неї в напрямку до поверхні гнучкої стрічки, що теж сприяє розділенню в робочому зазорі магнітної і немагнітної фракції, тобто підвищується додатково ефективність процесу сепарації. Суть запропонованої корисної моделі ілюструється наступними графічними матеріалами. На фіг. 1 зображено поздовжній переріз магнітного сепаратора з чергуванням полярності постійних магнітів по горизонталі. На фіг. 2 зображено розгортку магнітної системи магнітного сепаратора з чергуванням полярності постійних магнітів по горизонталі. На фіг. 3 зображено поперечний переріз магнітної системи магнітного сепаратора з чергуванням полярності постійних магнітів по горизонталі. На фіг. 4 зображено поздовжній переріз магнітного сепаратора з встановленими в робочому зазорі шипами. На фіг. 5 зображено поздовжній переріз магнітного сепаратора з встановленим розподілювачем вхідного продукту На фіг.6 зображено поперечний переріз магнітної системи магнітного сепаратора з розподілювачами вхідного продукту. На фіг. 7 зображено поздовжній переріз магнітного сепаратора з комбінованою магнітною системою. На фіг. 8 зображено розгортку комбінованої магнітної системи. Запропонований магнітний сепаратор з чергуванням полярності постійних магнітів по горизонталі (фіг. 1) включає магнітну систему 1, охоплену гнучкою нескінченною стрічкою 2. Стрічка 2 закріплена на привідному 3 і на натяжному 4 роликах. Продукт, що підлягає магнітній сепарації, подається з живильника 5 в робочу зону сепаратора, обмежену з одного боку гнучкою стрічкою 2, а з другого-встановленим вертикально тонким немагнітним листом 6. На виході продукту з зони дії магнітної системи 1, установлений розподілювач продукту 7, для направлення магнітної фракції просепарованого продукту в приймач магнітної фракції 8, а немагнітної фракції - в приймач немагнітної фракції 9. Магнітна система 1 складена з пластинчастих постійних магнітів 10 (фіг. 2, фіг. 3), закріплених на феромагнітному шунті 11 з чергуванням полярності магнітів по горизонталі. Така магнітна система створює типологію магнітних сил однакову (однорідну) по вертикалі і з чергуванням по горизонталі зон максимальної і мінімальної дії магнітних сил поля. Магнітний сепаратор з чергуванням полярності постійних магнітів по горизонталі, може бути доповнений немагнітними шипами 12 (фіг. 4), встановленими горизонтально і закріпленими на немагнітному листі 6. Шипи 12 розміщують по вер 63419 8 тикалі в напрямку падіння продукту в "шаховому" порядку, тобто зміщенням суміжних по вертикалі рядів шипів на половину відстані між шипами по горизонталі. Магнітний сепаратор з чергуванням полярності постійних магнітів по горизонталі, може бути доповнений розподілювачами 13 вхідного продукту (фіг. 5). Розподілювачі 13 (фіг. 6) виконують з тонких немагнітних листів, встановлених вертикально і паралельно один одному, які в сукупності створюють ряд вертикальних каналів-жолобів, по яких продукт може опадати тільки вздовж зон зміни полярності постійних магнітів (де діють найбільші магнітні осаджуючі сили). Разом з тим, розподілювачі 13 закривають решту зон (де діють мінімальні магнітні осаджуючі сили) від попадання в ці зони продукту взагалі. Вертикальні капали відкриті для опадання продукту позначені знаком (+), а закриті канали - знаком (-) (фіг. 6). Таким чином, завдяки встановленню розподілювачів 13 в сепараторі реалізується струмкова подача продукту в робочий зазор сепаратора. В магнітному сепараторі може бути встановлена комбінована магнітна система 14 з чергуванням полярності полюсів постійних магнітів 10 по горизонталі в верхній частині та з чергуванням полюсів постійних магнітів 15 по вертикалі в нижній частині магнітної системи (фіг. 7, фіг. 8). Постійні магніти 10 встановлено на спільному для них феромагнітному шунті 11 (фіг. 7). Відповідно до різного встановлення постійних магнітів 10, 15 шипи 12, що закріплені на листі 6, встановлюються теж по-різному: частина шипів 12, які встановлюються в верхній частині листа 6 на рівні постійних магнітів 10 комбінованої магнітної системи 14, розміщуються рівномірно по висоті цієї магнітної системи, а та частина шипів 16, які встановлюються в нижній частині листа 6 на рівні постійних магнітів 15 магнітної системи, розміщуються тільки локально і згущено в зонах зміни полярності цих магнітів. Запропонований магнітний сепаратор працює наступним чином. Електричним приводом привідний ролик 3 (фіг. 1) приводиться в рух з кутовою швидкістю (  ), що призводить відповідно до приведення в рух натяжного ролика 4 і гнучкої стрічки 2. Продукт, що підлягає сепарації (рідинний чи сипкий), подається самопливом в робочий зазор сепаратора і рухається вниз під дією сили тяжіння Fg в робочому зазорі між робочою поверхнею гнучкої стрічки 2 і робочою поверхнею тонкого немагнітного листа 6 (фіг. 1). Попадаючи в зону дії магнітних сил Fм, частинки магнітної фракції продукту піддаються дії як сили тяжіння Fg, так і дії магнітних сил Fм, направлених по нормалі до робочої поверхні магнітної системи, тоді як частинки немагнітної фракції продукту піддаються дії тільки сили тяжіння Fg. Відповідно до дії вказаних сил, формуються і траєкторії магнітних і немагнітних частинок продукту по-різному: немагнітні частинки, на які діє тільки сила тяжіння Fg, рухаються по вертикалі в напрямку до розподілювача 7 просепарованого продукту (фіг. 1), а магнітні частинки, на які одночасно діють дві сили (Fg і Fм), рухаються одночасно як по вер 9 тикалі (під дією сили Fg), так і по нормалі до робочої поверхні гнучкої стрічки 2 (під дією магнітної сили Fм). Результуюча траєкторія руху магнітних частинок буде направлена під кутом до поверхні стрічки, аж поки ці частинки не осядуть на поверхню стрічки. Надалі осаджена на стрічку магнітна фракція транспортується в приймач магнітної фракції 8, тоді як немагнітна фракція через розподілювач 7 попадає в приймач немагнітної фракції 9 (фіг. 1). Незначний нахил робочої поверхні стрічки до вертикальної площини (до 10°) забезпечує розширення каналу для потоку просепарованого продукту на його виході з робочої зони сепаратора і сприяє, тим самим, розширенню "віяла" просепарованого продукту, що підвищує ефективність роботи магнітного сепаратора по розділенню продукту на магнітну і немагнітну фракції. В процесі сепарації при падінні продукту вздовж робочої поверхні гнучкої стрічки 2 на частинки магнітної фракції діють тільки осаджуючі магнітні сили по всій висоті магнітної системи 1. Незмінний напрямок дії осаджуючих магнітних сил є найбільш сприятливим для досягнення максимальної ефективності процесу сепарації при заданій масі і розмірах магнітної системи. Ефективність запропонованого сепаратора покращується також при встановленні в ньому додаткового розподілювача 13 вхідного продукту (фіг. 5, фіг. 6). При подачі продукту з живильника 5 (фіг. 5) на розподілювач 13 загальний вхідний потік продукту розділяється на декілька часткових дрібних потоків (в залежності від кількості вертикальних рядів постійних магнітів). Розподілювач 13 (фіг. 6) часткові потоки пропускає тільки по вертикальних каналах-жолобах вздовж зон розділення полярності полюсів, тобто продукт падає тільки в зонах дії найбільших магнітних сил, а в зони мінімальної дії магнітних сил розподілювач 13, продукт взагалі не подає. 63419 10 При виконанні сепаратора з комбінованою магнітною системою 14 (фіг. 7, фіг. 8) процес сепарації відбувається в два етапи. На першому етапі продукт просипається (падає) вздовж верхньої частини комбінованої магнітної системи 14 з чергуванням полярності магнітів 10 по горизонталі. На цьому етапі магнітна фракція найбільш інтенсивно осідає на гнучку стрічку 2 по вертикальних зонах, що розділяють по горизонталі полярність постійних магнітів. У вертикальних зонах посередині полюсів осадження може бути недостатнім. На наступному етапі продукт рухається вздовж нижньої частини комбінованої магнітної системи 14 (фіг. 7, фіг. 8) з вертикальним чергуванням полярності постійних магнітів 15. Така магнітна система в зонах зміни полярності постійних магнітів створює суцільний горизонтальний "бар'єр" з найбільшою величиною магнітних сил, що дозволяє осадити ту частину магнітної фракції продукту, яка "проскочила" верхню частину комбінованої магнітної системи 14, не осівши на гнучку стрічку 2. Така завершальна "зачистка" продукту може суттєво вилинути на результуючу ефективність сепарації в цілому. Запропонований сепаратор може бути використаний як для сепарації мокрого продукту з сильномагнітною і слабомагнітною фракціями, так і для сепарації сухих дрібнодисперсних продуктів. Найефективніше сепаратор буде працювати в процесах магнітного збагачення, тобто з корисним магнітним продуктом, особливо, для сепарації слабомагнітних сильноподрібнених окислених залізних руд. Джерела інформації: 1. В.Г. Деркач, И.С. Дацюк "Электромагнитные процессы обогащения", Свердловск. - "Металлургиздат", 1947. - С. 66-68. 2. Патент на винахід № 92085, Україна, В03С 1/26, публ.27.09.2010р., Бюл. №18, 2010. 11 63419 12 13 63419 14 15 63419 16 17 63419 18 19 63419 20 21 63419 22 23 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 63419 Підписне 24 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601