Високоінтенсивна магнітна сепарація застосовується для збагачення зернистих слабомагнітних руд і мінеральних пісків.

У традиційних валкових і роторних сепараторах магнітні зерна притягуються до виступів валків або феромагнітних пластин. Після цього їх необхідно механічно вивести із зони сильного магнітного поля і розвантажити в магнітний продукт.

Така схема потребує складних обертових вузлів: валків, роторів, приводів, підшипників і механізмів очищення. Значна частина електричної потужності витрачається не безпосередньо на вилучення магнітного продукту, а на обертання робочих органів.

Крім того, при роботі з абразивними зернистими матеріалами швидко зношуються робочі поверхні валків. Зміна профілю виступів погіршує умови сепарації і може знижувати вилучення магнітних частинок.

Ідея бар’єрної магнітної сепарації

Метод бар’єрної магнітної сепарації був розроблений для усунення основних недоліків валкових і роторних сепараторів.

У бар’єрному сепараторі матеріал рухається по нахилених каналах, розміщених у зазорі між полюсами магнітної системи. На шляху руху зерен немає механічних перешкод, виступів або обертових робочих органів.

Спеціальна структура магнітного поля створює у каналі зону підвищеної магнітної сили — магнітний бар’єр. Саме в цій зоні відбувається розділення матеріалу на магнітну і немагнітну частини.

Немагнітні зерна проходять крізь магнітний бар’єр, потрапляють на дно каналу і скочуються у приймач немагнітного продукту. Магнітні зерна утримуються над магнітним бар’єром і рухаються окремим потоком у приймач магнітного продукту.

Особливості руху зерен у каналі

У бар’єрному сепараторі магнітні зерна не притискаються до поверхні валка або стінки каналу. Вони утримуються у повітряному потоці дією магнітних сил.

Зерна з більшою магнітною сприйнятливістю рухаються у верхніх шарах потоку, а зерна з меншою сприйнятливістю — нижче. Завдяки цьому частинки не спираються одна на одну і не створюють щільного шару, характерного для багатьох традиційних сепараторів.

Такий режим зменшує механічне захоплення немагнітних зерен магнітними і підвищує селективність розділення. Це особливо важливо при збагаченні мінеральних пісків, де необхідно мінімізувати втрати дорогих немагнітних мінералів у магнітному продукті.

Лабораторні дослідження

Лабораторні дослідження бар’єрної сепарації були виконані на провідниковій фракції мінеральних пісків Вольногорського гірничо-збагачувального комбінату.

Провідникова фракція була представлена сумішшю магнітного ільменіту і немагнітного рутилу. У промислових умовах така фракція традиційно збагачувалася на індукційних валкових сепараторах.

Перед основною бар’єрною сепарацією матеріал піддавали скальпувальній сепарації. Її задача — вилучити зерна з підвищеною магнітною сприйнятливістю, які можуть накопичуватися в каналах сепаратора і погіршувати стабільність процесу.

Скальпувальна сепарація виконувалася при індукції магнітного поля 0,2 Тл. Вихід магнітного продукту при цьому становив 0,7–1,5 %.

Після скальпування матеріал надходив на два прийоми бар’єрної магнітної сепарації. Немагнітний продукт першого прийому додатково перечищався у другому прийомі.

Результати лабораторних випробувань

Лабораторні випробування показали високу селективність бар’єрної магнітної сепарації при розділенні рутил-ільменітової фракції.

Особливо важливим результатом стало зниження втрат дорогого немагнітного рутилу в магнітному продукті. У магнітному ільменітовому концентраті, отриманому на лабораторному бар’єрному сепараторі, вміст рутилу становив лише 1,62 %.

Для порівняння, на валкових сепараторах, що працювали на збагачувальній фабриці ВГМК, вміст рутилу в ільменітовому концентраті зазвичай становив 3–4 %.

Крім зменшення втрат рутилу, лабораторні дослідження показали підвищення вилучення ільменіту в магнітний продукт. Порівняно з валковими сепараторами вилучення ільменіту було вищим приблизно на 6 %, а його вміст у магнітному продукті — приблизно на 1 %.

Основні результати лабораторних випробувань:

об’єкт досліджень — провідникова фракція мінеральних пісків;

основні мінерали — магнітний ільменіт і немагнітний рутил;

попередній режим — скальпувальна сепарація при 0,2 Тл;

вихід скальпувального магнітного продукту — 0,7–1,5 %;

основна схема — два прийоми бар’єрної магнітної сепарації;

немагнітний продукт першого прийому перечищався у другому прийомі;

вміст рутилу в ільменітовому концентраті після бар’єрної сепарації — 1,62 %;

для валкових сепараторів цей показник становив 3–4 %.

Висновок за лабораторними дослідженнями

Позитивні результати лабораторних досліджень підтвердили можливість застосування бар’єрної магнітної сепарації для промислового розділення рутил-ільменітових продуктів.

У ході випробувань не спостерігалося накопичення магнітного продукту в каналах сепаратора. Це підтвердило ефективність попереднього скальпувального режиму і стабільність роботи каналів бар’єрної сепарації.

Отримані результати стали підставою для розробки і виготовлення експериментального бар’єрного магнітного сепаратора для промислових випробувань.

Конструкція експериментального сепаратора

На основі результатів лабораторних досліджень був розроблений експериментальний бар’єрний магнітний сепаратор для промислових випробувань.

Сепаратор складався з електромагнітної системи, пакета сепараційних каналів, вузла подачі матеріалу, приймачів магнітного і немагнітного продуктів, а також системи керування режимами роботи.

Основна робоча зона сепаратора була сформована нахиленими сепараційними каналами, розміщеними в магнітному полі. Канали забезпечували спрямований рух зернистого матеріалу і створювали умови для розділення частинок за магнітною сприйнятливістю.

На відміну від валкових сепараторів, у конструкції не було робочих валків, що контактують з абразивним матеріалом. Це зменшувало знос робочих органів і спрощувало експлуатацію обладнання.

Переваги бар’єрної конструкції

Бар’єрна конструкція має кілька принципових переваг для збагачення зернистих слабомагнітних матеріалів.

По-перше, у зоні сепарації відсутні рухомі робочі органи, які безпосередньо контактують з матеріалом. Це знижує механічний знос і підвищує надійність обладнання.

По-друге, магнітні частинки не потрібно відривати від поверхні валка або ротора. Вони переміщуються в каналі під дією магнітних сил і виводяться у магнітний продукт без складного механічного знімання.

По-третє, зменшується механічне захоплення немагнітних зерен магнітними. Це підвищує якість розділення і знижує втрати цінних немагнітних мінералів.

Промислові випробування

Промислові випробування експериментального бар’єрного магнітного сепаратора проводилися на підприємстві, де перероблялися мінеральні піски з рутил-ільменітовою фракцією.

Метою випробувань було порівняти роботу бар’єрного сепаратора з діючими валковими сепараторами і визначити можливість застосування нової конструкції в промисловій схемі.

Основну увагу приділяли трьом показникам:

якості ільменітового концентрату;

втратам рутилу в магнітному продукті;

стабільності роботи сепараційних каналів.

Порівняно з валковими сепараторами експериментальний бар’єрний сепаратор показав кращу селективність розділення.

Головний ефект полягав у зменшенні втрат рутилу в ільменітовому концентраті. У традиційній валковій схемі частина немагнітного рутилу механічно захоплювалася магнітними зернами і переходила в магнітний продукт.

У бар’єрному сепараторі цей ефект був знижений. Завдяки особливому руху зерен у каналі немагнітні частинки мали більше можливостей вийти з потоку магнітного матеріалу і перейти у немагнітний продукт.

Результати промислових випробувань

Промислові випробування показали, що експериментальний бар’єрний сепаратор забезпечує кращі технологічні показники порівняно з індукційним валковим сепаратором 2ЕВС-36/100.

При близькій питомій продуктивності вміст рутилу в магнітному продукті бар’єрного сепаратора становив 0,82 %. Це приблизно вдвічі менше, ніж у магнітному продукті валкового сепаратора.

Одночасно бар’єрний сепаратор забезпечував вищий вміст ільменіту в магнітному продукті та вище вилучення ільменіту.

При збільшенні питомої продуктивності бар’єрного сепаратора до 3 т/(год·м) вміст рутилу в магнітному продукті зростав до 3 %. Проте навіть у цьому режимі сепаратор зберігав перевагу за основними технологічними показниками порівняно із середніми показниками роботи 2ЕВС-36/100 на комбінаті.

Основні результати промислових випробувань:

місце випробувань — збагачувальна фабрика ВГГМК;

об’єкт збагачення — провідникова фракція гравітаційного концентрату мінеральних пісків;

серійний апарат для порівняння — індукційний валковий сепаратор 2ЕВС-36/100;

максимальна індукція в матрицях бар’єрного сепаратора — 1,2 Тл;

індукція в зоні скальпувального ролика — 0,3 Тл;

вміст рутилу в магнітному продукті бар’єрного сепаратора — 0,82 %;

за весь період випробувань накопичення магнітного продукту в каналах не спостерігалося.

Стабільність роботи сепаратора

Одним із важливих результатів промислових випробувань стала стабільна робота сепараційних каналів.

У процесі випробувань не спостерігалося накопичення магнітного продукту в каналах. Це підтвердило правильність застосування скальпувального режиму перед основною бар’єрною сепарацією.

Відсутність забивання каналів є принциповою перевагою для промислової експлуатації. Вона забезпечує стабільність технологічних показників, зменшує потребу в зупинках обладнання і спрощує обслуговування сепаратора.

Економічний ефект

Економічний ефект від застосування експериментального бар’єрного сепаратора був пов’язаний не тільки з поліпшенням технологічних показників, але й зі зниженням експлуатаційних витрат.

Бар’єрний сепаратор не має валків і роторів, що працюють у контакті з абразивним зернистим матеріалом. Тому зменшуються витрати на ремонт, обслуговування, підшипникові вузли, приводи і запасні частини.

Додатково знижується споживання електроенергії. У валкових сепараторах значна частина потужності витрачається на обертання валків, тоді як у бар’єрному сепараторі енергія використовується переважно для створення магнітного поля.

За розрахунками, економічний ефект від використання сепаратора становив 65 335 грн на рік. Економія досягалася за рахунок зниження споживання електроенергії, витрат на обслуговування і придбання запасних частин.

Переваги для промислового застосування

Результати випробувань підтвердили, що бар’єрний сепаратор може ефективно застосовуватися для збагачення зернистих слабомагнітних руд і мінеральних пісків.

Основні переваги конструкції:

відсутність валків і роторів у зоні контакту з абразивним матеріалом;

зменшення механічного зносу робочих органів;

зниження втрат немагнітних цінних мінералів у магнітному продукті;

підвищення селективності розділення;

стабільна робота каналів без накопичення магнітного продукту;

зниження витрат на електроенергію, обслуговування і запасні частини.

Висновки

Експериментальний бар’єрний магнітний сепаратор показав ефективність при збагаченні зернистих слабомагнітних матеріалів.

Основна технологічна перевага сепаратора полягає у підвищенні селективності розділення. Магнітні зерна утримуються у зоні магнітного бар’єра, а немагнітні зерна проходять крізь нього і виводяться окремим потоком. Такий режим зменшує механічне захоплення немагнітного матеріалу магнітним продуктом.

Лабораторні та промислові випробування підтвердили можливість застосування бар’єрної сепарації для розділення рутил-ільменітових продуктів. У порівнянні з індукційними валковими сепараторами бар’єрний сепаратор забезпечив менші втрати рутилу в магнітному продукті та кращі показники вилучення ільменіту.

Конструктивна перевага сепаратора пов’язана з відсутністю валків і роторів, що контактують з абразивним матеріалом. Це знижує знос, спрощує обслуговування і зменшує витрати на запасні частини.

Бар’єрна магнітна сепарація може розглядатися як перспективний напрям для збагачення мінеральних пісків, слабомагнітних руд і техногенної сировини, де важлива висока селективність розділення та стабільність роботи обладнання.

Джерело

Підготовлено за матеріалами статті:

Автор: А.М.Туркенич.; Рудицкий А.В. Збагачення корисних копалин: наук.-техн. зб. — Дніпропетровськ: НГУ, 2002. — Вип. 15(56). УДК 621.7:622.341.1