Спосіб магнітної сепарації на барабанному сепараторі та сепаратор магнітний для його здійснення

1. Спосіб магнітної сепарації на барабанному сепараторі , який полягає в переміщенні продукту, що підлягає сепарації, повздовж двох блоків постійних магнітів, один з яких виконаний з більшим полюсним кроком, а другий - з меншим в декілька разів полюсним кроком магнітів, установлених всередині немагнітного барабана, причому магніти блока з більшим полюсним кроком установлені з почерговою полярністю полюсів в напрямку обертання барабана, і включає осадження магнітних фракцій продукту на поверхню барабана і їх перемагнічення з меншою частотою, яке відбувається під дією магнітного поля, створеного блоком постійних магнітів з більшим полюсним кроком, перемагнічення продукту з більшою частотою і його перечищення, яке відбувається під дією магнітного поля, створеного блоком магнітів з меншим полюсним кроком, який відрізняється тим, що осадження, перемагнічення і перечищення магнітної фракції здійснюють при одночасній дії на одну ту ж саму частину потоку продукту по висоті шару магнітними полями, створеними як блоком магнітів з більшим полюсним кроком, так і блоком магнітів з меншим полюсним кроком, що встановлений на блок магнітів з більшим полюсним кроком. 2. Сепаратор магнітний барабанний, який включає обертовий немагнітний тонкостінний барабан, 2 (19) 1 3 сепараторах і може бути використаний в скляній, гірничодобувній, керамічній та інших галузях промисловості. Відомий спосіб магнітної сепарації на сепараторі магнітному барабанному [1] сухих сипучих продуктів, магнітні і немагнітні фракції яких схильні в магнітному полі до грудкування між собою (злипання в окремі грудки), який є найбільш близький до запропонованого способу по технічній суті та результату і прийнятий в якості прототипу. Цей спосіб полягає в переміщенні продукту, що підлягає сепарації, повздовж двох блоків постійних магнітів, один з яких виконаний з більшим полюсним кроком, а другий - в декілька разів з меншим полюсним кроком магнітів, установлених всередині немагнітного барабана з почерговою полярністю полюсів в напрямку обертання барабана, і включає осадження магнітних фракцій продукту на поверхню барабана і їх перемагнічення з малою частотою, яке відбувається під дією магнітного поля, створеного блоком постійних магнітів з більшим полюсним кроком, перемагнічення продукту з великою частотою і його перечищення, яке відбувається під дією магнітного поля, створеного блоком магнітів з меншим полюсним кроком. Спосіб магнітної сепарації [1] реалізується в сепараторі магнітному [1], магнітну систему якого виконують з двох різних блоків постійних магнітів. Полюсний крок магнітів одного з блоків виконують в декілька разів меншим від полюсного кроку магнітів другого блоку. Блоки магнітів встановлюють всередині обертового немагнітного тонкостінного барабана сепаратора послідовно один за одним в напрямку обертання барабана так, щоб продукт, що підлягає сепарації, спочатку рухався в зоні дії магнітного поля блока магнітів з більшим полюсним кроком, а потім - в зоні дії блока магнітів магнітного поля з меншим полюсним кроком. Магнітна сепарація за способом [1] здійснюється в два етапи. На першому етапі сепарації, коли продукт, що підлягає сепарації, рухається в зоні дії блоку магнітів з більшим полюсним кроком відбувається переважно процес осадження магнітної фракції продукту на поверхню барабана і її перемагнічення (зміною полярності магнітного поля) з малою частотою відповідно до обертів барабана сепаратора і полюсного кроку цього блоку магнітів. При цьому одночасно відбувається процес флокуляції магнітної фракції продукту, який супроводжується "защемленням" частинок немагнітної фракції між частинами магнітної фракції і створенням тим самим проміжного продукту магнітної сепарації в вигляді окремих грудок, що складаються з магнітної і немагнітної фракції. На другому етапі сепарації, коли продукт рухається в зоні дії блоків магнітів з меншим полюсним кроком і відповідно з набагато більшою частотою його перемагнічення, відбувається переважно процес періодичного руйнування грудок, які утворилися на першому етапі сепарації, і тим самим додаткове розділення між собою магнітної і немагнітної фракції (перечищення проміжного продукту). 89762 4 Послідовний, двоетапний спосіб магнітної сепарації, реалізований в сепараторі барабанному [1], який приймається в якості прототипу запропонованому винаходу, має деякі недоліки. На першому етапі сепарації, осаджуючись на поверхню обертового барабана продукт попадає в зону дії найбільших значень напруженості магнітного поля при незначній частоті перемагнічення продукту. Цим самим на поверхні барабана (на цьому етапі сепарації) створюються найбільш сприятливі умови для грудкування між собою магнітної і немагнітної фракцій в окремі (монолітні) тіла. Кожне таке тіло має свою величину магнітної сприйнятливості тіла і притягується магнітними силами до поверхні барабана відповідно до величини магнітної сприйнятливості цього тіла, при цьому величини магнітних сил можуть лежати в широкому діапазоні. При малих (найменших) значеннях магнітної сприйнятливості тіла магнітні сили, з якими тіла притягуються до поверхні барабана мінімальні і можуть бути меншими за альтернативні механічні сили (відцентрові сили, сили тяжіння), які відривають тіла від поверхні барабана. Під дією цих сил немагнітна фракція і згрудковані між собою частинки магнітної і немагнітної фракції в окремі тіла відриваються від поверхні барабана і рухаються в приймачі немагнітної фракції продукту не попадаючи на другий етап сепарації взагалі. Внаслідок цього, при використанні прототипу [1] в процесі очищення продукту від магнітосприятливих домішок ці домішки частково попадають в приймачі немагнітного вже просепарованого продукту, що в цілому зменшує ефективність очищення продукту. При використанні прототипу [1] в процесі збагачення магнітного продукту та частина магнітного продукту, яка попадає в немагнітний продукт відповідно зменшує вихід корисного (магнітного) продукту , чим теж погіршується ефективність сепарації. В випадках, коли магнітні сили притягування до поверхні барабана вказаних грудок більші від альтернативних механічних сил, грудки, як проміжний продукт сепарації, разом з чистою магнітною фракцією продукту попадають на другий етап магнітної сепарації - перечищення грудок проміжного продукту. Але і на цьому етапі найбільш монолітні грудки (зростки) можуть не піддатися достатньо ефективному руйнуванню і перечищенню і тоді защемленні між магнітними частинками немагнітні частинки виносяться барабаном за межу дії магнітних сил і попадають разом з магнітним продуктом в приймачі магнітного продукту, забруднюючи вихідний (збагачений) продукт і зменшуючи тим самим ефективність сепарації в цілому (збагачення магнітного продукту). Таким чином, в способі магнітної сепарації [1], який реалізується на сепараторі барабанному [1], в процесі очищення продукту, що підлягає магнітній сепарації, від магнітних домішок частина цих домішок може попадати в немагнітний (вихідний) продукт, а в процесі збагачення магнітного продукту - частина немагнітного продукту може попадати в вихідний відсепарований магнітний продукт. В основу винаходу поставлена задача підвищення ефективності магнітної сепарації сипучих 5 продуктів, яким властиве грудкування в магнітному полі, за рахунок суміщення процесу осадження і процесу перечищення (перемагнічення) продукту, що підлягає сепарації, в єдиній одночасно протікаючій технологічній операції, шляхом застосування сепаратора магнітного барабанного, в якому блоки постійних магнітів магнітної системи розміщені один на одному. Поставлена задача реалізується в способі магнітної сепарації на барабанному сепараторі, який полягає в переміщенні продукту, що підлягає сепарації, повздовж двох блоків постійних магнітів, один з яких виконаний з більшим полюсним кроком, а другий - в декілька разів з меншим полюсним кроком магнітів, установлених всередині немагнітного барабана з почерговою полярністю полюсів в напрямку обертання барабана, і включає осадження магнітних фракцій продукту на поверхню барабана і їх перемагнічення з малою частотою, яке відбувається під дією магнітного поля, створеного блоком постійних магнітів з більшим полюсним кроком, перемагнічення продукту з великою частотою і його перечищення, яке відбувається під дією магнітного поля, створеного блоком магнітів з меншим полюсним кроком, при цьому згідно винаходу осадження, перемагнічення і перечищення магнітної фракції продукту здійснюють при одночасній дії на одну ту ж саму частину потоку продукту магнітними полями, створеними як блоком магнітів з більшим полюсним кроком, так і блоком магнітів з меншим полюсним кроком. Поставлена задача вирішується на сепараторі магнітному барабанному, який включає обертовий немагнітний тонкостінний барабан, всередині якого встановлена магнітна система з почерговою полярністю полюсів в напрямку обертання барабана, яка складається з двох блоків постійних магнітів полюсний крок, одного з яких у декілька разів менший від полюсного кроку другого блоку, намагніченого по нормалі до поверхні барабана, при цьому блок магнітів з меншим полюсним кроком встановлюють на блок магнітів з більшим полюсним кроком. Поставлена задача вирішується на барабанному магнітному сепараторі, в якому за винаходом верхній блок магнітів виконують як продовження магнітів нижнього блоку в вигляді виступаючих над нижнім блоком окремих зубців розділених між собою пазами. Поставлена задача вирішується на барабанному магнітному сепараторі, в якому відповідно до винаходу в пази між зубцями встановлені по формі паза постійні магніти, які намагнічені в напрямку протилежному напрямку намагнічення магнітів нижнього блоку. Поставлена задача вирішується на барабанному магнітному сепараторі, в якому відповідно до винаходу в пази між зубцями встановлюють постійні магніти виготовлені по формі паза, які прилягають до зубців розділяючих суміжні магніти однойменними полюсами. Поставлена задача вирішується на барабанному магнітному сепараторі, в якому верхній блок магнітів виконують в вигляді постійних магнітів призматичної форми намагнічених в напрямку, 89762 6 протилежному напрямку намагнічення магнітів нижнього блоку, і розділених між собою феромагнітними вставками, до яких магніти прилягають боковими поверхнями. Поставлена задача вирішується на барабанному магнітному сепараторі, в якому, відповідно винаходу, верхній блок магнітів виконують в вигляді постійних магнітів призматичної форми, розділених між собою феромагнітними вставками, до яких магніти прилягають своїми однойменними полюсами. Підвищення ефективності сепарації в запропонованому способі досягається за рахунок одночасної і безперервної дії на потік продукту, що підлягає сепарації, магнітного поля, збудженого в робочому просторі сепаратора одночасною дією двох джерел магніторушійних сил: блоком постійних магнітів з більшим полюсним кроком і блоком магнітів в декілька разів з меншим полюсним кроком (в три - шість разів). Створення (збудження) такого магнітного поля здійснюється запропонованою магнітною системою барабанного сепаратора. Саме виконання магнітної системи барабанного сепаратора двошаровою, і встановленою всередині барабана сепаратора так, що на кожний полюс нижнього блоку магнітів накладають декілька полюсів верхнього блоку магнітів дозволяє в робочому просторі сепаратора створити своєрідну структуру магнітного поля: неоднорідну по висоті шару продукту, який рухається повздовж магнітної системи не тільки по інтенсивності, але і по частоті зміни його полярності (яка і визначає частоту перемагнічення продукту). Так як інтенсивність затухання магнітного поля по висоті шару продукту тим більша, чим менший полюсний крок магнітів, то в запропонованій магнітній системі нижній блок постійних магнітів визначає (задає) "далекодійність" результуючого магнітного поля і частоту перемагнічення на великих відстанях від поверхні барабана, а верхній блок постійних магнітів визначає (задає) "близькодійність" результуючого магнітного поля і частоту перемагнічення продукту безпосередньо на поверхні барабана. Якщо виходити із фізичного принципу "суперпозиції", то можна дії кожного блоку магнітів запропонованого барабанного сепаратора розглядати як взаємонезалежні, а сам процес сепарації як накладання двох процесів: процесу осадження магнітної фракції продукту, на поверхню обертового барабана і процесу інтенсивного перемагнічення продукту, який відбувається безперервно в нижній частині шару продукту вздовж поверхні барабана. По мірі наближення магнітносприйнятливих частинок продукту до поверхні барабана зростають магнітні сили, які інтенсифікують як процес осадження цих частинок на поверхню барабана так і процес їхнього взаємного магнітного притягування (процесу флокуляції). Інтенсифікація процесу флокуляції магнітної фракції продукту створює умови і щодо відповідної інтенсифікації процесу грудкування між собою (стягування, збивання в грудки) частинок магнітної і немагнітної фракції. 7 Одночасно при обертанні барабана продукт піддається (підлягає) високочастотному перемагніченню, обумовленному дією на нього магнітного поля верхнього блоку постійних магнітів (магнітів з малим полюсним кроком). Внаслідок такого перемагнічення магнітні частинки перебувають (попадають) в режимі своєрідної магнітної вібрації (безперервній частій зміні величини і напрямку магнітних сил, що діють на магнітні частинки продукту). Часте перемагнічення продукту суттєво послаблює або навіть і унеможливлює взагалі грудкування продукту, що забезпечує ефективність сепарації порівняно з прототипом. На Фіг.1 зображено поперечний переріз сепаратора магнітного барабанного верхній блок магнітів, якого виконаний як продовження магнітів нижнього блоку. На Фіг.2 зображено поперечний переріз сепаратора магнітного барабанного за Фіг.1 між зубцями верхнього блоку магнітів якого встановлені магніти, що намагнічені в напрямку, протилежному напрямку намагнічення магнітів нижнього блоку. На Фіг.3 зображено поперечний переріз сепаратора магнітного барабанного за Фіг.1 між зубцями верхнього блоку магнітів якого встановлені магніти, що прилягають до зубців розділяючих суміжні магніти однойменними полюсами. На Фіг.4 зображено поперечний переріз сепаратора магнітного барабанного, верхній блок магнітів якого виконано в вигляді магнітів намагнічених в напрямку, протилежному напрямку намагнічення магнітів нижнього блоку і розділених феромагнітними вставками. На Фіг.5 зображено поперечний переріз сепаратора магнітного барабанного, верхній блок магнітів якого виконано в вигляді магнітів розділених феромагнітними вставками, до яких магніти прилягають однойменними полюсами. Сепаратор магнітний барабанний включає: тонкостінний немагнітний барабан 1, нижній блок 2 постійних магнітів, який виконують з більшим полюсним кроком 1 і верхній блок 3 постійних магнітів, який виконують з набагато меншим в 3-6 разів полюсним кроком із і розташовують на нижньому блоці 2, який встановлюють на магнітному шунті 4. Верхній блок 3 магнітів з меншим полюсним кроком 2, встановлений на нижній блок 2, може виконуватись в декількох варіантах. На Фіг.1 магніти верхнього блоку 3 виконані в вигляді зубців (виступів) з кроком , який і задає полюсний крок верхнього блоку 2. В пазах між зубцями магнітні силові лінії можуть в більшій чи меншій мірі замикатися в напрямку, протилежному напрямку намагнічення магнітів нижнього блоку 2, створюючи тим самим на поверхні барабана 1 чергування полярності магнітного поля з полюсним кроком 2. На Фіг.2 в пази між зубцями (виступами) верхнього блоку 3 додатково встановлені по формі паза постійні магніти 5, намагнічені в напрямку, протилежному напрямку намагнічення полюсів нижнього блоку 2. Така взаємна орієнтація магнітів верхнього блоку 3 і магнітів 5 дозволяє отримати (досягнути) на поверхні барабана 1 ще більшу 89762 8 інтенсивність пульсації магнітного поля з полюсним кроком 2 В варіанті виконання верхнього блоку зображеному на Фіг.3 в пази між зубцями верхнього блоку 3 встановлюють магніти 6, які прилягають до магнітів верхнього блоку 3 однойменною полярністю. Таке взаємно перпендикулярне намагнічення зубців верхнього блоку 3 і магнітів 6 дозволяє створювати своєрідну топологію магнітного поля з більшою або меншою (в залежності від висоти магнітів 6) інтенсивністю магнітного поля в шарі продукту на поверхні барабана 1. Для досягнення найбільшої пульсації магнітного поля на поверхні барабана верхній блок магнітів виконують з постійних магнітів 5 намагнічених радіально (Фіг.4) між якими встановлені феромагнітні вставки 7, які виконують функцію локальної магнітної провідності і концентрації магнітного потоку з полюсним кроком 2. На Фіг.5 верхній блок магнітів виконують з постійних магнітів 5 намагнічених тангенціальне до поверхні барабана і феромагнітних вставок 7, до яких магніти 5 прилягають однойменними полюсами. Запропонований сепаратор магнітний барабанний працює наступним чином. Сипучий продукт, що підлягає магнітній сепарації, подають на поверхню барабана 1, що обертається з кутовою швидкістю ω. Потік продукту рухаючись на поверхні барабана, попадає в зону дії магнітної системи. При цьому найбільш віддалені шари потоку продукту від поверхні барабана піддаються дії магнітного поля, створеного переважно нижнім блоком 2 постійних магнітів, (виконаних з більшим полюсним кроком 1 і відповідно меншою частотою перемагнічення 1), а нижні шари потоку продукту знаходяться під одночасною дією як магнітного поля, створеного постійними магнітами з більшим полюсним кроком 1 так і з меншим полюсним кроком 2 і відповідно більшою частотою перемагнічення 2. Найбільш віддалені шари продукту знаходяться в магнітному полі з найменшим значенням напруженості магнітного поля Hmin і тому інтенсивність флокуляції і грудкування продукту в цих шарах потоку мінімальна. Під дією магнітних сил Fм=HgradH магнітні фракції продукту притягуються до поверхні барабана, переміщуючись з верхніх шарів в нижні шари і по мірі наближення до поверхні барабана все більше піддаються дії магнітних сил, створених магнітами верхнього блоку 3 з меншим полюсним кроком 2 і відповідно більшою частотою перемагнічення продукту. Тому на поверхні барабана і в шарах продукту близьких до поверхні барабана одночасно відбувається декілька процесів магнітної сепарації: утримання на поверхні барабана осадженої на неї магнітної фракції продукту, створення грудок (грудкування магнітної і немагнітної фракції за рахунок процесу флокуляції магнітної фракції) і руйнування цих грудок (за рахунок високочастотного перемагнічення продукту). Руйнування грудок, які складаються з частинок магнітної фракції і защемлених між ними частинок немагнітної фракції, призводить до відділення магнітної фракції, яка залишається на поверхні барабана, від немагнітної фракції, яка під дією відцент 9 рових сил і сил тяжіння відривається від поверхні барабана і падає в приймач немагнітної фракції продукту. Очищений від немагнітної фракції продукт виноситься на поверхні барабана з зони дії магнітних сил і осипається в приймачі магнітного (збагаченого) продукту. Ефективність сепарації по запропонованому способу, залежить від величини магнітної сприйнятливості магнітної фракції, частоти перемагнічення продукту, напруженості магнітного поля і інших факторів. 89762 10 Можливість п'ятиваріантного виконання сепаратора магнітного барабанного (за Фіг.1-Фіг.5) для здійснення запропонованого способу дозволяє експериментальним шляхом підібрати оптимальний варіант для сепарації конкретних продуктів від слабомагнітних (наприклад, доломіту) до сильномагнітних (наприклад, магнетитових залізних руд) з одночасним врахуванням параметрів і технічних характеристик іншого технологічного обладнання. Використані джерела інформації: 1. Деклараційний патент України на винахід №57571Α, МПК В03С1/10. 11 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 89762 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601