Кріомагнітний сепаратор

Винахід стосується високоградієнтної магнітної сепарації й може бути використаний для сухого очищення слабкомагнітних, парамагнітних матеріалів, у тому числі вугілля, які транспортуються повітряним потоком. Пошуки ефективних методів збагачення слабкомагнітних корисних копалин привели до створення високоградієнтних магнітних сепараторів з надпровідниковими магнітними системами. Відомий магнітний сепаратор “DESCOS” фірми “KHD HUMBOLDT WEDAG”, надпровідникова магнітна система (НМС) якого виконана у вигляді овальних сідловидних обмоток, розміщених якомога ближче до зовнішньої поверхні циліндричного з горизонтальною віссю кріостата. Зовні співвісно кріостата встановлено циліндричний барабан, який обертається електричним двигуном. Подача сухого продукту для збагачення здійснюється зверху. Магнітні частинки притягуються до поверхні барабану й у залежності від їх магнітної сприйнятливості падають в кінці дії магнітного поля по різних траєкторіях і збираються у різних місцях. На немагнітні частинки продукту збагачення з боку магнітного поля надпровідникової магнітної системи сила не діє, тому вони падають вниз окремо по відношенню до магнітних частинок. Сепаратор використовується в першу чергу для збагачення сильно магнітних матеріалів. Основним недоліком цього сепаратора є непридатність для очищення слабкомагнітних дрібнодисперсних матеріалів таких, наприклад, як пиловидне вугільне паливо теплових електростанцій, тощо. Також відома конструкція експериментального високоградієнтного сепаратора фірми “ERIEZ MAGNETICS” США. До складу сепаратора входить надпровідникова магнітна система, кріостат з вертикальним наскрізним циліндричним отвором, в якому розміщена сепараційна касета з феромагнітним наповнювачем, пристрої подачі продукту сепарації та пристрій продуктів розділення - немагнітної збагаченої фракції і магнітної фракції. Сепаратор використовується для мокрого, а також сухого очищення каоліну і працює у циклічному режимі. За короткий проміжок часу (36 секунд) заживлюється надпровідникова магнітна система струмом і створюється магнітне поле в зоні розміщення касети, після чого в касету подається вхідний продукт. В касеті відбувається магнітна сепарація вхідного продукту - розділення його на магнітну й немагнітну фракції. Немагнітні частинки без перешкод проходять феромагнітний наповнювач касети, а магнітні затримуються на ньому. Після цього за 27 секунд струм з надпровідникової магнітної системи виводиться, магнітне поле спадає до нуля, феромагнітний наповнювач касети розмагнічується й проводиться вилучення магнітної фракції з касети, наприклад, водою у випадку мокрого збагачення. Такий цикл повторюється багаторазово. Основним недоліком сепаратора є низька економічність його роботи, яка обумовлена циклічним, а не безперервним режимом роботи, а також значними витратами зрідженого гелію від безперервних вводу й виводу струму з надпровідникової магнітної системи. Найбільш близькою по технічному рішенню є конструкція високоградієнтного кріомагнітного сепаратора за авторським свідоцтвом СРСР №1233938, кл. В03С1/30, 1984р. “Магнітний сепаратор”. Сепаратор використовується для мокрого магнітного збагачення корисних копалин. До складу сепаратора входить встановлений з можливістю обертання кільцевий ротор з феромагнітним наповнювачем, основна магнітна система з надпровідниковими обмотками, розміщеними в гелієвому кріостаті, додаткова магнітна система, при цьому обидві магнітні системи охоплюють кільцевий ротор, а також пристрої подачі вхідного продукту (живильники) і пристрої приймання продукців сепарації (приймачі) - немагнітної і магнітної фракцій. Феромагнітний наповнювач виконано у вигляді встановлених радіальних пластин, які являють собою чередуючі між собою феромагнітні й немагнітні радіальні полоси. Крім того, надпровідникові обмотки додаткової магнітної системи підключені до джерела живлення назустріч відносно надпровідникових обмоток основної магнітної системи. Ротор обертається у напрямку від живильника до приймачів магнітної і немагнітної фракцій через магнітне поле основної магнітної системи. Вхідний продукт, наприклад, у вигляді водяної пульпи подається за допомогою живильника на ротор в зону максимального магнітного поля, яке створюється основною магнітною системою. Магнітні частинки вхідного продукту притягуються й затримуються феромагнітним наповнювачем, а немагнітні - вільно проходять наповнювач ротора й збираються в приймач немагнітної фракції. Для більш ефективного вилучення магнітних частинок (магнітної фракції) з феромагнітного наповнювача використовується додаткова надпровідникова магнітна система, яка встановлена в зоні вилучення магнітної фракції. Зустрічне підключення обмоток додаткової магнітної системі відносно основної дозволяє суттєво зменшити величину магнітного поля у зоні вилучення магнітної фракції за рахунок перемагнічування (розмагнічування) магнітних частинок, затриманих феромагнітним наповнювачем, що дозволяє відносно легко виконати змив водою магнітної фракції. Основним недоліком сепаратора є зниження ефективності процесу магнітної сепарації за рахунок зменшення величини магнітного поля, яке обумовлене зустрічним включенням додаткової магнітної системи відносно основної системи. Оскільки магнітні потоки основної і додаткової магнітних систем частково замикаються через феромагнітний наповнювач ротора і направлені назустріч один одному, то магнітні поля цих магнітних систем віднімаються не тільки у зоні вилучення магнітної фракції, але й в робочій зоні сепаратора. Крім того, зниження ефективності сепаратора обумовлено зменшенням надійності роботи за рахунок виникнення значних механічних зусиль магнітного походження між основною і додатковою надпровідниковими магнітними системами, а також використанням додаткової надпровідникової магнітної системи високої вартості зі своїм кріостатом і блоком живлення, додатковими витратами на виробництво зрідженого гелію і азоту, то що. В основу запропонованого винаходу поставлено задачу підвищення ефективності кріомагнітного сепаратора для очищення слабкомагнітних і парамагнітних матеріалів, їх суміші, у тому числі й вугілля, що транспортуються повітряним потоком, шляхом конструктивного виконання й розміщення додаткових вузлів, за рахунок яких з'являється змога поліпшити якість розділення вхідного продукту на магнітну і немагнітну фракції, а також підвищити надійності роботи сепаратора. Поставлена задача досягається за рахунок того, що у високоградієнтному кріомагнітному сепараторі, до складу якого входять виконаний з можливістю обертання кільцевидний ротор з феромагнітним наповнювачем, статор із вхідними і вихідними трубопроводами, охоплюючу ротор і статор кріомагнітну систему у складі надпровідникового соленоїда в гелієвому кріостаті, механічну систему у складі електричного приводу, редуктора й привідних катків, сепаратор обладнується магнітним шунтом з компенсуючою котушкою для повної компенсації магнітного поля в зоні вилучення магнітної фракції, причому компенсуюча котушка підключена до джерела живлення узгоджено зі надпровідниковим соленоїдом. Крім того, з метою спрощення конструкції кріомагнітної системи за рахунок компенсації діючих на магнітну систему механічних зусиль з боку ротора сепаратор обладнується магнітною противагою з можливістю регулювання її маси і відстані від кріостата. У технічному рішенні, що заявляється, підвищення ефективності процесу сухого очи щення слабкомагнітних і парамагнітних матеріалів, їх суміші, у тому числі й вугілля, які транспортуються повітряним потоком, здійснюється шляхом повної компенсації магнітного поля в зоні вилучення магнітної фракції за рахунок обладнання сепаратора магнітним шунтом з компенсуючою обмоткою, яка підключена до джерела живлення погоджено з надпровідниковою магнітною системою. Таке підключення компенсуючої обмотки магнітного шунта забезпечує додатковий магнітний потік, який, по-перше, в зоні сепарації має той же напрямок, що і магнітний потік надпровідникової магнітної системи, що призводить до зростання сумарного магнітного поля, і, по-друге, в зоні вилучення магнітної фракції має протилежний напрямок по відношенню до основного потоку, в результаті чого сумарне магнітне поле досягає нульового значення. Для компенсації діючих на надпровідникову магнітну систему механічних з усиль з боку ротора з протилежного боку кріомагнітної системи по відношенню до ротора встановлюється магнітна противага, маса і відстань якої до кріостата регулюється в широких межах. Порівняння запропонованого технічного рішення із прототипом дозволило встановити відповідність його критерію “новизна”, бо воно відрізняється від відомого рішення виконанням окремих конструктивних елементів та взаємним їх розміщенням. Порівняння запропонованого технічного рішення з іншими технічними рішеннями у даній галузі техніки не дозволило виявити в них ознаки, які б ганьбили суттєві признаки кріомагнітного сепаратора. Таким чином, запропонований кріомагнітний сепаратор відповідає критерію “винахідницький” рівень, технічні переваги запропонованої конструкції полягають у підвищенні ефективності магнітної сухої сепарації слабкомагнітних, парамагнітних матеріалів і їх суміші, що транспортуються повітряним потоком за рахунок компенсації магнітного поля в зоні вилучення магнітної фракції шляхом обладнання сепаратора магнітним шунтом з компенсуючою обмоткою, яка підключена до джерела живлення погоджено з надпровідниковою магнітною системою. З метою компенсації діючих з боку ротора на надпровідникову магнітну систему механічних зусиль встановлюється магнітна противага, маса і відстань якої до кріостата регулюється в широких межах. На фіг.1 представлено вид зверху на горизонтальний переріз кріомагнітного сепаратора. На фіг.2 показано вид збоку на вертикальний переріз сепаратора. Фіг.3 ілюструє е фективність впливу магнітного шунта з компенсуючою обмоткою і магнітної противаги на розподіл магнітних потоків в роторі сепаратора та навколо його. Відомості, які підтверджують можливість здійснення винаходу. Кріомагнітний сепаратор містить немагнітну основу 1, на якій встановлені магнітна система у складі гелієвого кріостата 2 з горизонтальним циліндричним наскрізним отвором 3 і надпровідникового соленоїда 4, немагнітний статор 5 з трубопроводами відповідно для подачі вхідного продукту у вигляді пилоповітряної суміші 6 і повітря 7 для вилучення магнітної фракції, виходу немагнітної 8 і магнітної фракцій 9, кільцевидний ротор 10 з феромагнітним наповнювачем 11 (сітками, кулями і т. ін.), виконаний з можливістю вільного обертання на катках 12 і який проходить через горизонтальний наскрізний отвір 3 кріостата 2. Крім того, кріомагнітний сепаратор містить магнітний шунт 13 з котушкою 14, магнітну противагу 15 і механічну систему, що включає в себе електропривід 16, пов'язаний через редуктор 17 за допомогою валів 18 і муфт 19 з привідними катками 12. Привідні катки 12, редуктор 17, магнітний шунт 13 і електропривод 16 встановлені нерухомо на основі 1 відповідно за допомогою опор 20, 21, 22 і 23. Ротор 10 також містить кільцеву направляючу 24, яка спирається на привідні катки 12, і плоский кільцевий ущільнювач 25, наприклад, із гуми або іншого полімерного еластичного матеріалу. Кріомагнітний сепаратор працює таким чином: При включеному електроприводі 16 механічна система за допомогою редуктора 17, валів 18, муфти 19 і катків 12 приводить до руху ротор 10 з феромагнітним наповнювачем 11, який обертається з постійною кутовою швидкістю w у напрямі, вказаному стрілкою (фіг. 1), від вхідного трубопроводу 6 до вихідних тр убопроводів 8 і 9, проходячи через наскрізний отвір 3 кріостата 2 (фіг. 2). Підключений до джерела живлення (на фігурах не показано) або заздалегідь заживлений і короткозамкнений надпровідним вимикачем надпровідниковий соленоїд 4 створює у феромагнітному наповнювачі 11 ротора 10, у зоні сепарації 27 (фіг. 3), сталий робочий магнітний потік 26. У зв'язку з відносно низькою магнітною проникністю феромагнітного наповнювача і його магнітним насиченням в зоні сепарації, має місце розсіювання (розгалуження) робочого магнітного потоку 26: у повітряний простір 28 навколо магнітної системи, у повітряний простір 29 всередині ротора, значна частина потоку 30 протікає через магнітний шунт 13, а частина потоку 31 замикається через зону розвантаження ротора від магнітної фракції 32, перешкоджаючи її вилученню. При підключенні до додаткового джерела живлення (на малюнках не показано) компенсуючої котушки 14, намотаної на магнітному шунті 13, у останньому створюється допоміжний магнітний потік 33, який також частково розсіюється в повітряний простір 34 усередині ротора, інша його частина 35 протікає у феромагнітному наповнювачі 11 ротора 10, збільшуючи тим самим сумарне магнітне поле в зоні сепарації 27 і підвищуючи ефективність сепарації, а третя частина потоку 36, що замикається через зону розвантаження 32 ротора, спрямована назустріч потоку 31 і, компенсуючи цей потік, сприяє більш повному вилученню магнітної фракції. Регулюванням струму котушки 14 домагаються практично повної відсутності магнітного поля в зоні розвантаження ротора від магнітної фракції. У зв'язку з асиметрією магнітних полів навколо надпровідникового соленоїда 4, останній відчуває дію пондеромоторної сили, спрямованої до центра ротора 10, що вимагає ускладнення конструкції кріостата, і тим самим спричиняє погіршення техніко-економічних параметрів кріомагнітної системи. Магнітна противага 15, яка намагнічується часткою магнітного потоку 28, створює протидіючу силу, що розвантажує магнітну систему й кріостат. Зміною маси магнітної противаги і (або) регулюванням відстані між останньою і магнітною системою, досягають практично повної компенсації механічних зусиль. Пилоповітряна суміш, що підлягає очищенню, подається у вхідний трубопровід 6, проходить через феромагнітний наповнювач 11 ротора 10 в зоні сепарації 27, де, незважаючи на високу індукцію магнітного поля, немагнітні або діамагнітні частини, наприклад, вугілля, не взаємодіючи з елементами феромагнітного наповнювача, слідують через трубопровід 8 для виходу немагнітної фракції і пиловловлюючий циклон в бункер збагаченого продукту (на фігура х не показані). Слабкомагнітні і парамагнітні частинки, наприклад, піритна сірка, пуста порода й інші домішки, проходячи зону сепарації 27 з найбільшим значенням індукції магнітного поля, притягуються до елементів феромагнітного наповнювача, захоплюються й виносяться ротором 10 в зону розвантаження ротора від магнітної фракції 32, де магнітне поле практично відсутнє, і вилучаються потоком повітря, яке подається з трубопроводу 7. Далі по трубопроводу 9 і пиловловлюючий циклон магнітна фракція збирається в бункер, який використовується для накопичення відходів збагачення (на малюнках не показані). Продуктивність сепаратора визначається концентрацією і швидкістю руху пилоповітряної суміші в зоні сепарації 27. Однак при високій швидкості руху суміші і недостатній магнітній індукції феромагнітний наповнювач надійно утримує не всі складові магнітної фракції, знижуючи якісні показники сепарації. Застосування надпровідникової магнітної системи в якості джерела магнітного поля дозволяє досягти в зоні сепарації індукції магнітного поля 5-6Тл. З цієї ж причини обертання ротора у напрямі руху пилоповітряної суміші також сприяє підвищенню продуктивності і якості сепарації, завдяки зниженню швидкості суміші відносно ротора з феромагнітним наповнювачем.