4.5 Теоретические предпосылки, используемые при проектировании высокоселективного сепаратора вспбм-90/100

4.5.1 Теоретическое определение оптимальных параметров угла наклона питающего элемента в зоне подачи питания

В условиях современной технологии обогащения магнетитовых кварцитов естественный, ненамагниченный магнетит, содержащийся в сливе мельниц I стадии измельчения, попадает непосредственно в рабочие поля магнитных сепараторов напряженностью 80112 кА/м и флокуляция происходит лавинообразно (практически мгновенно), поэтому захват немагнитных зерен (кварца и др.) неизбежен [20].

Для того чтобы избежать этого в 1-ой условно принятой четверти было принято решение установить подающий лоток, расположенный в соответствии со следующими теоретическими соображениями. Величина напряженности магнитного поля в зависимости от расстояния находится в соответствие с формулой Сочнева [75]:

, (4.4)

где Н, Н₀ – величина напряженности магнитного поля,

с – коэффициент,

х – расстояние.

А захват частиц кварца напрямую зависит от скорости образования флокул, которая, в свою очередь, зависит от их размера, прямопропорционально зависящего от напряженности поля.

, (4. 5)

где l_max – длина флокулы,

- магнитная проницаемость вакуума,

- магнитная проницаемость среды,

Н – напряженность магнитного поля,

- плотность пряди,

f - частота бегущего магнитного поля,

К – эмпирический коэффициент, зависящий от свойств пульпы, определяемый опытным путем.

При этом учитывалась как методика разработки и конструирования сепараторов, разработанная до этого и принятая на данный момент, так и методика, разработанная специалистами НТЦ МГГУ «Горнообогатительные модульные установки» для высокоселективных сепараторов типа ВСПБМ.

Механические силы, разрушающие флокулы, обеспечиваются турбулентным режимом и вибрацией. Кроме того, очень важно не допустить перепада напряженности поля в сторону снижения ее при подаче материала в рабочую зону сепаратора, так как при этом часть селективных флокул может разрушаться, а влияние агрегирования снижается.

Тогда равнодействующую силу для данного участка можно записать как:

, (4.6)

, (4.7)

где F_равнX и F_равнY – соответственно равнодействующая сила относительно

оси X и Y; α – угол наклона питателя, F_п – гидромеханическая сила, действующая на частицу, находящуюся на питающем лотке, F_р.о. – сила реакции опоры лотка, G – сила тяжести, F_магн – магнитная сила

Рассматривая данные уравнения, заметим, что время нахождения частицы в зоне удерживания зависит от скорости подачи пульпы в питающее устройство, расстояния до магнитов, а также напряженности магнитного поля, создаваемого магнитной системой. Остальными взаимодействиями, такими как: вязкость среды, трение м/у различными частицами и т.п. можно пренебречь, т.к. их влияние значительно меньше, а также это значительно усложняет расчет. Также следует учесть, что рассматривая описанные уравнения, определяющим условием воздействия на частицу становится магнитная сила, т.к. скорость движения пульпы определяет лишь начало флокулообразования, а степень флокуляции суспензии, а значит и количество захваченных в объем флокулы частиц породы, зависит от расстояния до поверхности магнитов – поверхности барабана, соответственно. Таким образом, обеспечивая ламинарный заход исходного питания на поверхность барабана под углом, уменьшающим резкое возрастание размера флокулы, можно обеспечить невысокий захват частиц породы и сростков в объем флокулы, что в дальнейшем обеспечивает минимальное количество пустой породы, попадающей на барабан.

Рисунок 4.13 – Силовой режим, действующий на магнитную частицу, находящуюся на питающем лотке, где: F_п – гидромеханическая сила воздействия напора потока; F_магн – магнитная сила; F_р.о. – сила реакции опоры; G – сила тяжести

С использованием различ­ных методик экспериментально изучалась зависимость степени флокуляции суспензии ψ от напряженности намагничивающего поля Н_е.

На участке I, который соответствует равновесной части процесса, степень флокуляции пропорциональна R_мех – равнодействующей магнитных и гидромеханических сил, действующих на флокулу.

В этой зоне F_М ≤ R_мех, что обусловливает равновесный характер процесса. Так как F_М пропорциональна H², то Ψ₁=kH². При этом именно этот участок определяет захват частиц пустой породы, т.е. зависит от значения напряженности, находящейся в экспоненциальной зависимости от расстояния частицы до поверхности барабана, т.е.

Ψ₁=k*(H₀*e^cx)² (4.8) Исходя из данного условия, а также из того, что на относительно малом расстоянии турбулентность, а значит и число Re, резко не изменяется, а угол, при котором происходит наиболее плавное изменение величины напряженности поля, соответствует углу, находимому из уравнения касательной к окружности [74], получаем:

, (4.9)

где А, В, С – коэффициенты окружности; x, y – координаты центра окружности; x₁, y₁ – координаты точки касания к окружности

Решая данное уравнение относительно окружности с центром в точке (0,0) и радиусом равным 450, а также, учитывая конструктивное расположение питающей камеры, можно определить искомый угол между касательной и горизонталью. Данный угол будет равняться 28⁰,48´.

Таким образом, исходя из изложенного ранее, оптимальным углом подачи питания на барабан можно считать угол, равный 28⁰,48´. Для проверки данного теоретического утверждения было принято решение о создании лабораторной модели, а также ее испытаний при режимах близких, либо соответствующих режимам работы промышленного сепаратора.

угол, ⁰

β,%

Рисунок 4.14– Зависимость содержания общего железа в образовавшихся флокулах от угла наклона питающего лотка.