Багатопродуктовий магнітний сепаратор

Реферат: Магнітний сепаратор складається з робочої камери, оснащеної пристроєм для видалення магнітної фракції, магнітної системи, завантажувального і розвантажувального патрубків. Робоча камера виконана у вигляді горизонтального циліндра, усередині якого розміщено пристрої для виділення магнітної фракції. Магнітна система виконана з постійних магнітів із полюсами, що чергуються, закріплених на внутрішній твірній циліндричної феромагнітної трубимагнітопроводу, установленої коаксіально робочій камері, із зовнішнього боку. UA 68638 U (12) UA 68638 U UA 68638 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до пристроїв для магнітного збагачення корисних копалин, може бути використана для вилучення магнітної фракції з суспензій і очищення води від магнітних включень. Відомі сепаратори для збагачення тонкоподрібнених магнітних матеріалів з рухомими, пульсуючими або змінними магнітними полями, які утворюються електромагнітними або рухливими магнітними системами (див. Справочник по обогащению руд. Основные процессы / Под ред. О.С. Богданова, 2-е изд., - перераб. и доп. - М.: Недра, 1983. - С. 381). Недоліками відомих сепараторів є мала продуктивність, велика енергоємність і низька експлуатаційна надійність під час збагачення тонкоподрібненого матеріалу, до складу якого входять як сильно-, так і слабомагнітні продукти. Найбільш близьким до корисної моделі за технічною суттю та досягненим результатом є магнітний сепаратор, що включає циліндричну робочу камеру, в верхній частині якої розташована магнітна система, а також завантажувальний та два розвантажувальних патрубки (Франція, заявка № 2317013. Способ приготовления материалов с помощью магнитной сепарации и устройство для осуществления способа. Опубл. Бюл. № 10. 11.3.1977). Недоліками цього сепаратора є мала продуктивність й ефективність сепарації, тобто низька ефективність вилучення магнітної фракції, за рахунок необхідності періодично виконувати регенерацію магнітних полюсів. Цей процес стає значно помітнішим, якщо сепарується матеріал, у склад якого входять як слабо-, так і сильномагнітні частинки. Задачею даної корисної моделі є удосконалення магнітного сепаратора за рахунок роздільного вилучення з матеріалу спочатку частини сильномагнітного продукту, а потім всього магнітного продукту, та видалення з нього частинок немагнітної фракції, які затиснені між сильномагнітними частками, що рухаються за полюсами магнітної системи, це дозволить підвищити продуктивність і ефективність сепарації. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що магнітний сепаратор складається з робочої камери, оснащеної пристроєм для видалення магнітної фракції, магнітної системи, завантажувального і розвантажувального патрубків. Відповідно до корисної моделі, робоча камера виконана у вигляді горизонтального циліндра, усередині якого розміщено пристрої для виділення магнітної фракції, виконані у вигляді горизонтальних циліндрів-пасток, що закріплені на внутрішньому боці верхньої частини циліндра і мають щилинні прорізи, направлені в напрямку, протилежному напрямку обертання магнітної системи, та мають пристрій для механічного видалення магнітної фракції і сполучені з розвантажувальними патрубками сильно- та слабомагнітної фракції. Магнітна система виконана з постійних магнітів із полюсами, що чергуються, закріплених на внутрішній твірній циліндричної феромагнітної труби - магнітопроводу, установленої коаксіально робочій камері, із зовнішнього боку, із можливістю осьового обертання, та поділеної не менше ніж на дві частини. Для підвищення якості видалення концентрату з робочої камери сепаратора, в ній встановлені водні форсунки для остаточного виділення з концентрату немагнітних частинок матеріалу, що сепарується. Ефект від реалізації корисної моделі полягає в тому, що на першій по ходу потоку половині внутрішній поверхні робочої камери сепаратора на частинки матеріалу, що сепарується, діють сили високоградієнтного магнітного поля постійної, незначної інтенсивності та гідродинамічного опору, що виникає тільки-но з'явиться відносна швидкість між осілою частинкою і потоком, що сепарується. Перша сила створює агрегати з частинок у формі нитки на полюсі магніту, а друга сила руйнує їх, вимиваючи з них немагнітні частинки, якщо магнітостатична енергія агрегатів буде менша за гідродинамічну руйнівну енергію. У другій частині робочої камери процес повторюється, але магнітне поле в ній має максимальну інтенсивність. На вилучені з матеріалу смуги магнітної фракції, які рухаються до пасток, діють водні стрічки з форсунок, що додатково вимивають з них немагнітні включення. Все це збільшує ефективність витягання двох (або більше) магнітних продуктів і їхню якість. Магнітний сепаратор ілюструється схемами, де на фіг. 1 показаний поперечний переріз; на фіг. 2 - вигляд згори. Магнітний сепаратор має робочу камеру 1 з немагнітного матеріалу, розміщену усередині магнітної системи 2 коаксіально з нею, в якій розміщені пристрої для виділення магнітного продукту (пастки) 3, які мають вигляд зігнутої в протилежні боки труби з немагнітного металу та мають щілину 4, яка відкрита в бік, зворотний до руху магнітної системи 2, та має таку ж довжину, як і відповідно створене магнітне поле. Магнітні системи сепаратора складаються із феромагнітного циліндричного кожуха 2, на внутрішній поверхні якого закріплені смужки постійного магніту 5 і 6 (з полюсами, що чергуються), які створюють в робочій зоні апарата відповідно слабе та сильне магнітне поле. Магнітні системи закріплені коаксіально на корпусі 1 1 UA 68638 U 5 10 15 20 25 апарата за допомогою підшипників 7. Повільне обертання магнітних систем забезпечується через ролики 8 редуктором та двигуном. Рух рідинного носія 9 в камері 1 забезпечується з глибиною h. Вилучені магнітні продукти видаляються з сепаратора через патрубки 3. Конструкція сепаратора, що пропонується, дозволяє послідовно вилучати з матеріалу, який сепарується, спочатку сильномагнітний продукт, а потім слабомагнітний продукт і в кінці процесу отримати немагнітний продукт. Сепаратор працює в такий спосіб. Живлення апарата матеріалом 10, що сепарується, здійснюється згідно з кресленням. Сильномагнітні частинки матеріалу осідають на нижню частину поверхні камери 1 проти полюсів магнітів 5, де градієнт поля має найбільше значення, та створюють на ній агрегати у вигляді ниток, які повільно рухаються за полюсами в сторону магнітних пасток 3. Під час цього руху на частинки, які осіли, діє руйнівна гідродинамічна сила потоку носія та води з форсунок 11, що забезпечує виділення з їхнього середовища слабомагнітних і немагнітних частинок. Частинки продукту, які потрапили до пастки, видаляються з неї через лівий патрубок 3 (наприклад гнучким шнеком). Потік частинок матеріалу, що залишились, надходить до робочої зони, в якій магнітами 6 створено максимально інтенсивне магнітне поле. В цієї частині апарата повторюється той же процес, що і в попередній частині корпусу 1. Відмінність полягає в тому, що вилучаються з потоку усі слабомагнітні частинки матеріалу, які потрапляють у відповідну пастку, а з неї видаляються через правий патрубок 3. Невилучені, немагнітні частинки самостійно видаляються з апарата у верхній його частині згідно з кресленням. Розрахунок кількості полюсів магнітів, що складають магнітні системи апарата, та проміжків між ними, а також частоти обертання магнітної системи можна виконати так. Для визначення кроку полюсів користуються розрахунками або вимірами значень середньої проекції сили, що має діяти на магнітну частинку в даній точці поля, та будують графік залежності її від відстані до полюса магніту. Одержана крива завжди близька до експоненти, тому її можна апроксимувати рівнянням Fx  F0 e 2Cx , (1) де F0 - сила у поверхні полюса; C - відносний градієнт поля - результат від ділення градієнта поля на його напруженість C 30 H 1 . H x (2)  1.  S R (3) Величину С називають також коефіцієнтом неоднорідності поля. Для полюсів магнітів, розташованих по циліндричній поверхні, він дорівнює C Наприклад, розрахунок за методом найменших квадратів дає вираз виду (величина х 35 вимірюється в mm): Fx  1640exp( 0,268)x , тоді C  0,134 мм 1 для магнітів, індукція поля яких на поверхні полюса дорівнює 0,1 Тл, що підходить для верхньої магнітної системи. Підставивши у вираз (3) значення С і R=200 мм (радіус установки), отримаємо S=0,0244 м. Для магнітів з іншою індукцією поля на поверхні полюса Вн значення Сн визначається за формулою СH  0,134 40 45 B . BH (4) Відношення кроку полюсів S до його ширини 2а дорівнює (5)   S /(2)  2,44 . Враховуючи, що в сепараторі, який пропонується, стоїть завдання не тільки утримати магнітні частки на внутрішній поверхні корпусу 1, але й здійснити їхній рух за полюсом магніту перпендикулярно потоку носія в сторону пристрою для вилучення магнітної фракції, то величину отриманого відношення (5) можна збільшити на 15-20 %. Це дозволить уникнути переносу частинок з одного полюса на наступний за ним полюс, тобто зупинки їхнього руху до пристрою для вилучення магнітної фракції. Якщо визначили крок полюсів S (або ширину полюса 2) і відомий радіус магнітної системи, можна визначити кількість полюсів. Для цього довжину кола магнітної системи треба поділити на крок полюсів. Магнітна система 2 завдяки приводу 8 повільно обертається навколо корпусу з частотою , яка теж визначається з таких міркувань. 2 UA 68638 U 5 10 15 20 Сильномагнітні частинки матеріалу, який сепарується, осідаючи на поверхні апарата проти магнітних полюсів, ослабляють енергію магнітного поля. Це може призвести до того, що чергові магнітні частинки матеріалу не зможуть утриматись на полюсі магніту, тобто магнітна система буде працювати не в повну силу. Для відтворення енергії магнітного поля необхідно виконати роботу, тобто звільнити магнітні полюси від осілих на них часток. Цей процес не з легких і вирішується по-різному. В сепараторі, що пропонується, ряди магнітів, які повільно рухаються, заводять частинки продукту, що осіли, проти полюсів магнітів у пастки. Оскільки канали пастки відкриті тільки з однієї сторони, то після них увесь магніт виходить геть чистий, готовий вилучати нову партію частинок. З графіка залежності сили, що діє на магнітну частинку у неоднорідному магнітному полі, від відстані до полюса магніту (магнітна індукція дорівнює 0,1 Тл) видно, що товщина шару магнітного продукту, який осів на полюс магніту, повинна не перевищувати 3 мм, оскільки на цій відстані магнітна сила, що діє на частинку, зменшиться у два рази. Тому такий магніт треба очищати. Масу продукту густиною  , який утримається на полюсі одного магніту, можна розрахувати за формулою mi  6 L, г . (6) 3 де  - густина матеріалу, г/см ; L - довжина магніту, см. 3 При продуктивності апарата Q, см /с; концентрації матеріалу, що сепарується, у носії 3 (наприклад, повітрі) С, г/см ; вмісту магнітного продукту  та ефективності вилучення часток даним апаратом  , можна визначити кількість рядів магнітів, які щосекундно повинні знаходитись в робочій зоні апарата, за формулою n 25 30 CQ 3 1 . 10 , c 6h (7) Якщо відомі кількість магнітів (7) і крок полюсів S, то можна визначити необхідну частоту обертів магнітної системи. Довжину магнітних полюсів визначаємо з таких міркувань - за час руху пульпи вздовж магнітного полюса магнітні частинки повинні досягти дна корпусу апарата. Під час руху на частинку діють сили: тяжіння, магнітна та в зворотному напрямку сила опору водного середовища, яка для сильномагнітних частинок підкорюється закону Аллена, слабомагнітних закону Стокса. У першому випадку швидкість осідання частинок визначається за формулою [1] M1  0,26dM ( 0  T HgrdH  g)M / C  П , (8)   а в другому випадку - за формулою 2 (9) м2   dм м 18c ( 0  T HgrdH  g) ,     де dм - розмір магнітних частинок (флокул), м;  0  4   10 7 - магнітна стала, Гн/м; 3  T - питома магнітна сприйнятливість тіла, м /кг; 35 H - напруженість магнітного поля, А/м; g=9,81 м/с2; м - густина матеріалу, кг/м;  с - динамічна в'язкість носія (води), Пас; 3  П - густина матеріалу живлення, кг/м . h uH , (10) м де h - максимальна товщина шару носія в апараті, м; 2 uH - швидкість течії носія, м/с . L 40 Для спрощення розрахунку, визначимо відношення довжин сильномагнітної частини робочої зони сепаратора L2 до довжини слабомагнітної - L1, вважаючи що товщина носія h і його швидкість uH залишаються незмінними dм  м (  g) п L2  ,  м2  (11) L1 м1 0,26  18   с 2 де  - прискорення частинки, яке створюється магнітними силами, м/с . 3 UA 68638 U -6 5 Вважаємо, що   g , середній розмір частинок матеріалу dм =5010 м, їхня густина 3 3 3 =510 кг/м ,  П =200 кг/м , с =0,001 Пас. м Якщо в рівняння (10) підставити значення швидкості спочатку з рівняння (9), а потім з рівняння (8) та знайти відношення отриманих довжин магнітних систем, то виходить, що довжина магнітної системи для вилучення слабомагнітних часток повинна бути в 1,5-2 рази довшою за магнітну систему для вилучення сильномагнітних частинок сепарованого матеріалу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 1. Магнітний сепаратор, що складається з робочої камери, оснащеної пристроєм для видалення магнітної фракції, магнітної системи, завантажувального і розвантажувального патрубків, який відрізняється тим, що робоча камера виконана у вигляді горизонтального циліндра, усередині якого розміщено пристрої для виділення магнітної фракції, виконані у вигляді горизонтальних циліндрів-пасток, що закріплені на внутрішньому боці верхньої частини циліндра і мають щілинні прорізи, направлені в напрямку, протилежному напрямку обертання магнітної системи, та мають пристрій для механічного видалення магнітної фракції і сполучені з розвантажувальними патрубками сильно- та слабомагнітної фракції, а магнітна система виконана з постійних магнітів із полюсами, що чергуються, закріплених на внутрішній твірній циліндричної феромагнітної труби-магнітопроводу, установленої коаксіально робочій камері, із зовнішнього боку, з можливістю осьового обертання, та поділеної не менше ніж на дві частини. 2. Магнітний сепаратор за п. 1, який відрізняється тим, що в робочій камері сепаратора встановлені водні форсунки для остаточного виділення з концентрату немагнітних частинок. 4 UA 68638 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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 5