6.Содержание отчета

В отчете представить:

1. Общие сведения о назначении высокоградиентных сепараторов, области их применения, параметры регулирования их работы;

2. Характеристику исходной обогащаемой руды;

3. Описание последовательности проведения опыта; особенности процесса высокоградиентной сепарации;

4. Результаты обогащения в виде таблицы, необходимые расчеты и пояснения к ней;

5. Выводы по работе;

6. Список использованной литературы.

7.Контрольные вопросы для устного ответа

1. Сформулируйте теоретические основы обогащения высокоградиентной сепарацией.

2. Какова область применения ВГМС?

3. Расскажите о недостатках и достоинствах высокоградиентных магнитных сепараторов?

4. Что может быть использовано в качестве высокоградиентной (полиградиентной) среды или матрицы?

5. Какие технические характеристики сепаратора влияют на технологические показатели обогащения?

6. Перечислите факторы, влияющие на эффективность ВГМС?

8.Литература

1. Кармазин В.И., Кармазин В.В. Магнитные метода обогащения М., “Недра” 1978 г.

2. Справочник по обогащению руд. Основные процессы. – М.: Недра,1983

3. Авдохин В.М. Основы обогащения полезных ископаемых: Учебник для вузов: В 2т. – М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2006. – Т.1. Обогатительные процессы. – 417 с.

4. Абрамов А.А. Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых. Т.1. Обогатительные процессы и аппараты: Учебник для вузов. – М.: Издательство МГГУ, 2001. – 472 с.

Лабораторная работа № 5

Изучение и расчет картины поля напряженности и магнитных сил.

1.Цель работы

Изучение, расчет и построение картины поля напряженности и магнитных сил, магнитной системы состоящей из редкоземельных магнитов.

2.Теоретическое введение

Магнитные поля открытых и закрытых систем. Поля, рабочее простран-

ство которых можно отделить от магнит­ной системы плоскостью или цилиндрической поверхностью, услов­но считают открытыми.

Закрытыми считают поля, объем которых локализируют в за­зоре между двумя полюсными поверхностями.

В первом случае магнитный поток совершает поворот в воз­душной среде, во втором – не совершает, поэтому в открытых си­стемах значительно труднее добиваться высокой напряженности.

Как правило, открытые системы используются в барабанных сепараторах, шкивах или железоотделителях, имеющих напряжен­ность до 240 кА/м, причем напряженностью до 120 кА/м применя­ют системы с постоянными магнитами, выше – электромагнитные.

Напряженность в зазорах замкнутых систем можно довести до намагниченности насыщения их сердечников (1600 кА/м). Эти си­стемы используют в валковых, роликовых и полиградиентных се­параторах.

Расчет основных параметров магнитного поля открытой систе­мы с чередующейся полярностью. Магнитное поле систем из по­стоянных магнитов с чередующейся полярностью (рис.1) изме­няется по оси x (от поверхности магнитов). Угол вектора Η с осью x обозначим через α. Материал движется под поверхностью полюсов параллельно оси у.

Считая поле двухмерным, запишем как и в предыдущем случае выражение вектора напря­женности в комплексной форме:

(1)

По условию действительная часть комплексного числа

(2)

где Re(y) действительная часть от y.

Введем комплексные величины, и согласно формуле Эйлера

(3)

Рис.1.Схема расположения полюсов открытой многополюсной магнитной си­стемы по цилиндрической поверхности (а) и в плоскости (б).

Тогда компоненты выражения вектора Η в параметрической форме

(4)

Для данной части поля, где отсутствуют токи и полюса, спра­ведливо уравнение Лапласа

, т. е. div H = 0 и rot H = 0

Следовательно,

(5)

Подставляя выражение (4) в уравнение (5), получим:

₍₆₎

Путем сложения этих уравнений (после деления первого на sin α, второго на cos α) получаем

(7)

Следовательно, , α(х,у)=α(у), в результате уравнение (7) принимает вид

(8)

Откуда

(9)

Это может иметь место только при

, тогда (10)

По уравнению (9)

(11)

При условии, что α=0, е^c=R₀,

(12)

Эти равенства удовлетворяют как уравнениям поля, так и вы­ше приведенным граничным условиям, следовательно, это будет решение задачи:

(13)

где Н₀ – напряженность на поверхности полюсов.

В плоскости симметрии полюсов, как уже упоминалось, Н_y=0;

α=0; Н_х=Н_оехр(–πx/S), a в плоскости, проходящей через центр межполюсного зазора,

α=π/2; H_x=0 и H_y=H₀exp(-πx/S). (14)

Таким образом, в плоскостях системы, проходящих через се­редины полюсов пли межполюсных зазоров, уравнения имеют вид:

над серединой полюсов

H = H_x = H₀exp(-πx/S) = H₀exp(-cx); (15)

над серединой межполюсного зазора

H = H_y = H₀exp(-πx/S) = H₀exp(-cx); (16)

у поверхности полюса

H_x = H₀cos πy/S; H_x = H₀sin πy/S; (17)

В случае расположения полюсных концов по цилиндрической поверхности (например, в барабанных сепараторах) коэффициент неоднородности поля с равен

c = π/S + 1/R. (18)

где R – радиус цилиндрической поверхности, м.

Когда R→∞, что соответствует расположению полюсных кон­цов в плоскости (например, в ленточных сепараторах), c=π/S.

Экспоненциальное поле создается полюсами, форма которых соответствует эквипотенциальному контуру. Практически приме­нять полюса такой формы затруднительно – трудно разместить обмотку. Поэтому обычно края полюсов закругляют по дуге радиу­сом r=0,45–65 мм.

Поскольку градиент силы поля является первой производной Η по расстоянию х, то

dH/dx = cH₀exp(-cx), (19)

а магнитная сила поля

(20)

На поверхности полюсов: х=0 и Н=Н₀, поэтому с=(dН/dх) : Н. Получим c=π/S+1/R и радиус закругления поверхности полюсов

R=(C –π/S)^-1 (21)

где S– шаг полюсов (расстояние между их центрами, м).

Оптимальный шаг полюсов. Наибольшее значение магнитной силы при разном значении коэффициента неоднородно­сти поля достигается при условии, что первая ее производная по с равна нулю:

, (22)

т.е., когда (1–2cx)=0 или

(23)

где h–толщина слоя магнитной фракции; Δ–расстояние от по­верхности полюса до слоя магнитной фракции. Отсюда оптимальный шаг полюсов

(24)

Например, для центробежного разделения при радиусе враще­ния R=0,4 м, толщине слоя h =0,01 м и Δ =0,01 м

S=2∙3,14∙0,4(0,01+0,01)/(0,4-2(0,01+0,01))≈0,15 м.

Результаты экспериментальной проверки доказыва­ют, что при мокрой сепарации формула (24) более справедлива, чем при сухой. Это можно объяснить тем, что наибольшее значе­ние силы поля (условие, для которого выведена формула) имеет большее значение для мокрой сепарации, происходящей в вязкой среде. При одной и той же длине рабочей зоны число полюсов магнитной системы возрастает (n=L/S–1) с уменьшением шага полюсов, и, следовательно, возрастает число переориентации маг­нитных прядей, что повышает качество концентрата. Однако при этом длина магнитных прядей в межполюсных зазорах также уменьшается, а их прочность возрастает. Это затрудняет вымывание из прядей механически увлеченных сростков и понижает ка­чество концентрата при мокрой сепарации, в то время, как при су­хой сростки более полно удаляются с помощью центробежной силы. Наблюдающееся уменьшение содержания железа в хвостах с уменьшением шага полюсов при сухой сепарации может быть объяснено тем, что при режиме удерживания мелкая руда попадает в зону, где H grad H относительно выше при малом шаге. При мокрой сепарации и режиме извлечения руда поступает дальше от поверхности магнита в виде слоя пуль­пы толщиной в несколько сантиметров, где H grad H выше при большем шаге.

Рост радиальной составляющей магнитной силы как одного из основных параметров позволяет увеличить силу притяжения маг­нетита, уменьшить проскальзывание его относительно барабана (соотношение радиальной составляющей к тангенциальной должно быть не менее 1,5), повысить скорость выноса магнитного продукта из рабочей зоны и, следовательно, производительность сепаратора.

Производительность магнитного сепаратора зависит от многих факторов. Один из основных – транспортирующая способность магнитной системы, которая определяется суммарной силой при­тяжения магнитного (электро-магнитного) поля, действующего на слой притянутого материала.

Определять такие характеристики магнитных систем для прак­тических целей лучше всего экспериментально или на основе мо­делирования, например, с помощью метода электрогидродинамиче­ской аналогии на интеграторе ЭГДА, что позволяет повысить точ­ность расчетных формул. Как правило, поверхности полюсов маг­нитных систем можно считать эквипотенциальными.

Характеристики магнитного поля, которое создается магнитной системой с числом полюсов n₀, можно определить, смоделировав его полем системы 2n электродов с чередующейся полярностью, расположенных на поверхности цилиндра с радиусом R₀ или плоскости, когда R₀ → ∞ (рис. 5).