Барабанный шариковый магнитный сепаратор

БАРАБАННЫЙ ШАРИКОВЫЙ МАГНИТНЫЙ СЕПАРАТОР Кармазин Виктор Витальевич, Тагунов Птр Евгеньевич (RU), Измалков Владимир Александрович (UA) Изобретение относится к устройствам для обогащения и магнитной сепарации полезных ископаемых на горно-обогатительных предприятиях. Сепаратор включает барабан из немагнитного материала, выполненный с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси; неподвижную магнитную систему на высокоэнергетичных постоянных магнитах; феррозаполнитель в виде стальных шариков; питатель для подачи исходного материала, узлы подачи промывной и смывной воды, узел регенерации феррозаполнителя, узел загрузки и выгрузки феррозаполнителя, узел сбора и отвода магнитной и немагнитной фракций. Магнитная система имеет угол охвата 160220 и содержит магнитные блоки, установленные на немагнитной обойме между ферромагнитными концентраторами, образующими полюса магнитной системы и расположенными таким образом, что концентраторы с разной полярностью чередуются в направлении вдоль оси барабана, а между каждой парой последовательно расположенных концентраторов расположен магнитный блок. Магниты в блоках намагничены в направлении, параллельном оси барабана, а их сечение в плоскости, перпендикулярной к оси барабана, может иметь прямоугольную, трапецеидальную форму или форму кольцевого сектора. Магнитный поток с концентраторов выводят в рабочую зону сепаратора через реборды на внешней поверхности барабана, выполненные с разрывами по окружности. Технический результат, заключающийся в повышении эффективности извлечения магнитной фракции и снижении энергозатрат, достигнут благодаря конструкции магнитной системы на основе постоянных высокоэнергетичных магнитов, обеспечивающей в рабочей зоне сепаратора высокий уровень высокоградиентных магнитных сил. 014396 Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к магнитным сепараторам, в частности к высокоградиентным магнитным сеператорам для использования в горнообогатительной отрасли промышленности при обогащении слабомагнитных руд и очистке минерального сырья от магнитных примесей. Уровень техники Из уровня техники широко известны магнитные сепараторы, которые используют для разделения исходного материала на магнитную и немагнитную фракции. Одним из типов магнитных сепараторов являются полиградиентные, или высокоградиентные, сепараторы, в которых разделение магнитной и немагнитной фракций происходит в рабочей зоне с полиградиентной рабочей средой, образуемой помещенным в магнитное поле феррозаполнителем, виды которого описаны, например, в пособии В.А. Грамм, К.В. Николаенко, А.Г. Федотов. Машинист магнитных сепараторов. Москва, Недра. 1990. В этой среде создают множество локальных областей с высоким значением градиента магнитной силы, обеспечивая тем самым отделение магнитных частиц исходного материала от немагнитных частиц. При этом известно, что в процессе полиградиентной сепарации для извлечения из исходного материала мелких частиц с низкой магнитной восприимчивостью необходимо обеспечить в рабочей зоне сепаратора на осадительных поверхностях элементов феррозаполнителя высокие значения силового параметра BgradB,где В - вектор магнитной индукции, что достигается одновременным обеспечением высоких значений индукции фонового магнитного поля (то есть в отсутствии феррозаполнителя) и его градиентов в рабочей области. Известно также, что в феррозаполнителе в виде стальных шариков в зонах вблизи точек их соприкосновения значение силового параметра может достигать величин более 2500 Тл 2 /м, что превышает аналогичный показатель большинства других типов феррозаполнителей. Применение в качестве феррозаполнителя стальных шариков также позволяет обеспечить его эффективную регенерацию, то есть очистку от осевших на нм магнитных и немагнитных частиц, и тем самым исключить в процессе работы явление забивки феррозаполнителя. Таким образом, феррозаполнитель в виде стальных шариков может обеспечивать высокую эффективность сепарации, что обуславливает его применение в различных полиградиентных магнитных сепараторах. Так, из авторского свидетельства СССР 282210 известен барабанный полиградиентный электромагнитный сепаратор, включающий: барабан из немагнитного материала, который может вращаться вокруг горизонтальной оси, электромагнитную систему, неподвижно расположенную в полости барабана,рабочую среду в виде стальных шариков, располагаемую на внешней поверхности барабана, питающий короб, систему подачи промывной и смывной воды, узел регенерации рабочей среды в виде желобов с перфорированным дном и ванну с узлами отвода продуктов сепарации. Посредством вращения барабана элементы рабочей среды (стальные шарики) перемещают в магнитном поле, создаваемом магнитной системой. Выходя из зоны действия поля, шарики скатываются под действием силы тяжести на наклонные желоба с перфорированным дном, где осуществляют их отмывку от магнитной фракции, после чего вновь возвращают на барабан. Недостатками данного сепаратора является высокое энергопотребление и низкая технологическая эффективность при сепарации слабомагнитных руд. Это обусловлено применением электромагнитной системы для создания магнитного поля на поверхности барабана. Катушки-соленоиды располагают вокруг оси барабана, а магнитный поток выводят на внешнюю поверхность барабана через сердечник и реборды, расположенные на внешней поверхности барабана. Расположение электромагнитной системы в полости барабана обуславливает необходимость при длительном режиме работы ограничивать токи,проходящие через обмотки соленоидов, из-за опасности перегрева. Индукция фонового магнитного поля в рабочей зоне даже при охлаждении соленоидов маслом или водяными кессонами не превышает 0,3 Тл. Кроме этого, наличие необходимых для охлаждения зазоров между соленоидами и внутренней поверхностью барабана вызывает потоки рассеяния магнитного потока под внутренней поверхностью барабана,обуславливающие сильную неоднородность фонового поля в рабочем пространстве между ребордами. Относительно низкое по индукции фоновое магнитное поле не позволяет обеспечить достаточный уровень магнитных сил на элементах рабочей среды, а его неоднородный характер приводит к значительным изменениям условий извлечения магнитной фракции от одного участка рабочей зоны к другому, что снижает технологическую эффективность сепарации. Наиболее близким аналогом заявляемого сепаратора является барабанный фильтр-сепаратор, раскрытый в авторском свидетельстве СССР 252966. Основными конструктивными элементами этого фильтра-сепаратора являются: барабан, выполненный из немагнитного материала с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, питатель для подачи исходного материала, магнитная система, содержащая магнитные блоки, включающие постоянные магниты, и неподвижно расположенная в полости барабана с углом охвата барабана менее 360, рабочая среда в виде стальных шариков, выполненная с возможностью расположения на внешней стороне барабана и возможностью перемещения при вращении барабана вместе с ним над магнитной системой, узел подачи промывной воды для промывки рабочей среды в области, соответствующей части барабана в пределах угла охвата магнитной системы, узел подачи смывной воды для смыва частиц магнитной фракции в области, соответствующей части барабана вне пределов угла охвата магнитной системы, узел регенерации рабочей среды в виде желобов с перфо-1 014396 рированным дном с узлом загрузки и выгрузки рабочей среды, узлы сбора и отвода магнитной и немагнитной фракции. Так же, как в описанном выше сепараторе, элементы рабочей среды (стальные шарики) перемещают в магнитном поле, создаваемом магнитной системой, вместе с вращаемым барабаном, а вне зоны действия магнитного поля под действием силы тяжести они скатываются на наклонные желоба с перфорированным дном для смыва магнитной фракции, после чего их вновь возвращают на барабан. В этом фильтре-сепараторе благодаря использованию в магнитной системе постоянных магнитов решена проблема высокого энергопотребления, а также увеличена наджность работы сепаратора. Однако недостатком этого фильтра-сепаратора является низкая технологическая эффективность при сепарации слабомагнитных руд. Магнитная система содержит блоки постоянных магнитов, установленные на ярме из ферромагнитной стали. Блоки расположены по окружности барабана, а их полярность чередуется по окружности барабана. Магнитные потоки соседних блоков замкнуты частично по элементам феррозаполнителя, а частично по воздушным зазорам между соседними разнополярными магнитными блоками. Это обуславливает наличие сильной неоднородности фонового магнитного поля в направлении по окружности барабана в пределах угла охвата магнитной системы. Кроме того, магнитная система такой конфигурации дат сильную неоднородность фонового поля в радиальном направлении, что приводит к существенному различию в величине магнитных сил в слоях феррозаполнителя, расположенных на различном удалении от внешней поверхности барабана. Это обуславливает значительные отличия условий извлечения магнитной фракции в разных участках рабочей зоны и снижение технологической эффективности сепарации. Таким образом, несмотря на известность полиградиентных магнитных сепараторов, использующих в качестве рабочей среды стальные шарики, существует потребность в усовершенствовании этого типа сепараторов для улучшения качества сепарации с поддержанием низкого энергопотребления и наджности работы сепаратора. Сущность изобретения Задачей настоящего изобретения является создание магнитного сепаратора, в котором в качестве рабочей среды использованы стальные шарики и который обеспечивает повышение эффективности магнитной сепарации со снижением потерь магнитного продукта в процессе обогащения и снижением содержания магнитных примесей в минеральном сырье после его очистки, а также низкое энергопотребление с поддержанием высокой надежности работы сепаратора. Поставленная задача решена благодаря тому, что в барабанном шариковом магнитном сепараторе для разделения исходного материала на магнитную и немагнитную фракции, содержащем барабан, выполненный из немагнитного материала с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси; питатель для подачи исходного материала; магнитную систему, содержащую магнитные блоки, включающие постоянные магниты, и неподвижно расположенную в полости барабана с углом охвата барабана менее 360; феррозаполнитель, сформированный из стальных шариков, выполненный с возможностью расположения на внешней стороне барабана и возможностью перемещения при вращении барабана вместе с ним над магнитной системой; узел загрузки и выгрузки рабочей среды; узел регенерации рабочей среды; узел подачи промывной воды для промывки рабочей среды в области, соответствующей части барабана в пределах угла охвата магнитной системы; узел подачи смывной воды для смыва частиц магнитной фракции в области, соответствующей части барабана вне пределов угла охвата магнитной системы; узел сбора и отвода магнитной и немагнитной фракции,магнитная система дополнительно содержит ферромагнитные концентраторы, образующие магнитные полюса магнитной системы и расположенные таким образом, что концентраторы с разной полярностью чередуются в направлении вдоль оси барабана, а между каждой парой последовательно расположенных концентраторов расположен магнитный блок. Необходимым условием высокой эффективности процесса полиградиентной магнитной сепарации является наличие однородного, без существенных топологических искажений, фонового магнитного поля. Это дает возможность получать в пространстве рабочей зоны сепаратора равномерное распределение множества центров действия высокоградиентных магнитных сил. Наличие в магнитной цепи магнитопроводящих элементов в виде ферромагнитных концентраторов, которые выводят магнитный поток на внешнюю поверхность барабана, обеспечивает однородность фонового поля как по окружности барабана в пределах угла охвата, так и в радиальном направлении, что обеспечивает равномерное распределение величины магнитных сил в слоях феррозаполнителя, расположенных на различном удалении от поверхности барабана и, соответственно, повышает эффективность магнитной сепарации. Использование магнитной системы на постоянных магнитах обеспечивает низкое энергопотребление и высокую наджность работы сепаратора. В одном из предпочтительных вариантов реализации изобретения сечение магнитной системы в-2 014396 плоскости, перпендикулярной к оси барабана, представляет собой кольцевой сектор с углом охвата 160220. Ещ в одном из предпочтительных вариантов реализации изобретения магнитные блоки имеют форму прямых призм, сечение которых в плоскости, перпендикулярной к оси барабана, имеет форму трапеции или прямоугольника. Ещ в одном из предпочтительных вариантов реализации изобретения сечение магнитных блоков в плоскости, перпендикулярной к оси барабана, имеет форму кольцевого сектора, а поверхность магнитных блоков со стороны, обращенной к барабану, является цилиндрической и концентричной с поверхностью барабана. Обычно магнитные блоки включают высокоэнергетичные постоянные магниты с удельной магнитной энергией более 200 кДж/м 3. Магниты в магнитных блоках в ещ одном из предпочтительных вариантов реализации изобретения намагничены в направлении, параллельном оси барабана. Ещ в одном из предпочтительных вариантов реализации изобретения магниты в магнитных блоках, примыкающие к одному концентратору с разных сторон, намагничены в противоположных направлениях. Ещ в одном из предпочтительных вариантов реализации изобретения на внешней стороне барабана выполнены ферромагнитные выступы, которые наряду с концентраторами используют для выведения магнитного потока в рабочую зону сепаратора. Наличие выступов способствует дополнительному увеличению однородности фонового поля в рабочей зоне, прежде всего в радиальном направлении. Ещ в одном из предпочтительных вариантов реализации изобретения выступы представляют собой кольцевые ферромагнитные реборды, которые предпочтительно выполняют с разрывами по окружности. Ещ в одном из предпочтительных вариантов реализации изобретения между ребордами и концентраторами образован зазор, при этом сепаратор предпочтительно выполнен с соблюдением условия:d/L=110-2 - 4,510-1,где d - величина зазора между концентраторами и ребордами, L -расстояние между двумя последовательно расположенными концентраторами. Краткое описание чертежей Ниже приведено подробное описание предпочтительного варианта реализации настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи, описание которых представлено ниже. Фиг. 1 - поперечный разрез барабанного шарикового магнитного сепаратора по настоящему изобретению с вынесенным разрезом А-А; фиг. 2 - сечение магнитных блоков по настоящему изобретению в плоскости, перпендикулярной к оси барабана, имеющее форму трапеции (а) и форму кольцевого сектора (б). Осуществление изобретения На фиг. 1 приведн поперечный разрез барабанного шарикового магнитного сепаратора по настоящему изобретению, используемого для обогащения тонкоизмельченных слабомагнитных руд при процессе мокрой сепарации. Сепаратор содержит барабан 1, выполненный из немагнитного материала с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, питатель в виде питающего короба 8 для подачи исходного материала, магнитную систему, неподвижно расположенную в полости барабана и содержащую магнитные блоки 3, включающие постоянные магниты с направлением намагниченности вдоль оси барабана, и ферромагнитные концентраторы 5. Блок 3 представляет собой магнит, заключенный в сравнительно тонкую оболочку, например кожух, которая необходима для защиты магнита от повреждений и для крепления блока на основе, например обойме. Угол охвата магнитной системой барабана 1 составляет менее 360 и предпочтительно заключн в диапазоне 160-220. Блоки 3 и концентраторы 5 установлены на немагнитной обойме 4. Концентраторы 5 образуют магнитные полюса магнитной системы и расположенны таким образом, что концентраторы с разной полярностью чередуются в направлении вдоль оси барабана, а между каждой парой последовательно расположенных концентраторов расположен блок 3. При этом магнитные блоки, примыкающие к одному концентратору с разных сторон, намагничены в противоположных направлениях. Внешняя поверхность барабана 1 снабжена кольцевыми ферромагнитными ребордами 6, выполненными с разрывами по окружности, а при работе сепаратора на этой поверхности расположена рабочая среда в виде феррозаполнителя из стальных шариков 2, образующих рабочую зону. Блоки 3 создают магнитный поток с выведением его через концентраторы 5 и реборды 6 на внешнюю поверхность барабана 1, где основная часть потока замкнута между ребордами 6 через шарики 2,как показано на фиг. 1 на разрезе А-А. Для обеспечения высокой технологической эффективности процесса магнитной сепарации необходимо добиваться максимально возможных значений индукции фонового магнитного поля в рабочей зоне сепаратора. Для этого магниты и, соответственно, магнитные блоки выполняют в виде прямых призм, а форма их сечения в плоскости, перпендикулярной к оси барабана, может быть прямоугольной, как показано на-3 014396 фиг. 1, или трапецеидальной, как показано на фиг. 2 а. В последнем случае эффективнее используется пространство внутри барабана, примыкающее к рабочей зоне, что позволяет повысить величину рабочего магнитного потока. Наибольшую величину рабочего магнитного потока имеют магнитные блоки,имеющие в сечении в плоскости, перпендикулярной к оси барабана, форму кольцевого сектора, концентричного с поверхностью барабана, показанные на фиг. 2 б. Такие магнитные блоки расположены вплотную друг к другу в пределах угла охвата магнитной системы. Наиболее важным условием повышения величины рабочего магнитного потока является снижение общего магнитного сопротивления в магнитной цепи, по которой идт его замыкание, и снижение потерь, обусловленных рассеянием потока при его прохождении вне рабочей зоны. Для этого необходимо оптимизировать величины d и L, где d - величина зазора между концентраторами 5 и ребордами 6, непосредственно связанная с величиной зазора между верхней поверхностью магнитных блоков и слоем феррозаполнителя, L - расстояние между соседними концентраторами. Необходимо также учитывать, что увеличение до определенных пределов величины L ведт к повышению однородности фонового магнитного поля в пространстве между ребордами. В результате проведенных исследований было определено оптимальное соотношение между величинами d иd/L=110-2 - 1,510-1. Данная конструкция магнитной системы позволяет формировать между ребордами 6 в рабочей зоне сепаратора однородное магнитное поле высокой интенсивности. В частности, в сочетании с использованием в магнитных блоках высокоэнергетичных магнитных материалов с удельной магнитной энергией 200 кДж/м 3 и выше, например магнитов, содержащих сплав NdFeB, возможно получение фоновой индукции не менее 0,45 Тл и достижение на осадительных поверхностях феррозаполнителя значений силового параметра BgradB=3000 Тл 2 /м и выше. Сепаратор по настоящему изобретению также включает узел загрузки и выгрузки феррозаполнителя (не показан), узел регенерации феррозаполнителя, включающий наклонные желоба 7 с перфорированными поверхностями, узел подачи промывной воды для промывки рабочей среды в области, соответствующей части барабана в пределах угла охвата магнитной системы, в виде брызгал 9, узел подачи смывной воды для смыва частиц магнитной фракции в области, соответствующей части барабана вне пределов угла охвата магнитной системы, в виде брызгал 10, узел сбора и отвода магнитной и немагнитной фракции в виде ванны 11. Барабанный шариковый магнитный сепаратор по настоящему изобретению работает следующим образом. Исходный материал в виде пульпы из короба 8 поступает в рабочую зону сепаратора на внешнюю поверхность вращаемого барабана 1, на слой феррозаполнителя, сформированный из шариков 2. Концентраторы 5 и реборды 6 выводят магнитный поток, создаваемый блоками 3, в рабочую зону на внешнюю поверхность барабана, где основная часть потока замкнута между ребордами 6 через шарики 2(фиг. 1, разрез А-А). На поверхности барабана в магнитном поле стальные шарики образуют объемную пористую структуру с множеством центров действия высокоградиентных магнитных сил в точках взаимного касания шариков. Частицы обогащаемого сырья, не обладающие магнитными свойствами, свободно проходят через слой шариков в зону разгрузки немагнитного продукта - хвостов в ванне 11. Частицы с выраженной магнитной восприимчивостью притягиваются магнитными силами в множестве локальных областей вблизи точек касания шариков 2, а барабан 1 при вращении перемещает шарики 2 с притянутыми магнитными частицами сначала в зону промывки в магнитном поле, соответсвующую части барабана в пределах угла охвата магнитной системы, где с помощью узла 9 отделяют от шариков 2 немагнитные, механически захваченные частицы, а затем в зону смыва магнитных частиц и регенерации феррозаполнителя,соответствующую части барабана вне пределов угла охвата магнитной системы. В этой зоне магнитное поле отсутствует, благодаря чему шарики 2 сходят с внешней поверхности барабана, рассыпаются в монослой и свободно скатываются по наклонным перфорированным поверхностям желобов (7). При этом их интенсивно омывают водой из брызгал 10 для освобождения от налипших частиц магнитного продукта - концентрата. Благодаря выполнению реборд 6 с разрывами по окружности предотвращено замыкание магнитного потока по этим ребордам, а магнитное поле в области схода слоя шариков с поверхности барабана ослаблено, что обеспечивает беспрепятственный сход шариков 2 с внешней поверхности барабана 1 на жлоб 7. Таким образом выполняют регенерацию шариков 2, то есть очищение от магнитных частиц перед их повторным направлением в область действия магнитного поля, где они будут снова притянуты к внешней поверхности вращаемого барабана 1. Смытый с шариков 2 магнитный продукт после его прохождения через отверстия жлоба 7 собирают в ванне 11 и выводят из сепаратора. Несмотря на то что изобретение описано на примере предпочтительного варианта его реализации,для специалиста очевидно, что в нм возможны изменения и модификации без отклонения от сущности и объма изобретния, определяемых формулой изобретения. Например, ферромагнитные реборды на внешней стороны барабана могут быть заменены на выступы другой конфигурации.-4 014396 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Барабанный шариковый магнитный сепаратор для разделения исходного материала на магнитную и немагнитную фракции, содержащий барабан, выполненный из немагнитного материала с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси; питатель для подачи исходного материала; магнитную систему, содержащую магнитные блоки, включающие постоянные магниты, и неподвижно расположенную в полости барабана с углом охвата барабана менее 360; феррозаполнитель, сформированный из стальных шариков, выполненный с возможностью расположения на внешней стороне барабана и возможностью перемещения при вращении барабана вместе с ним над магнитной системой; узел загрузки и выгрузки феррозаполнителя; узел регенерации феррозаполнителя; узел подачи промывной воды для промывки феррозаполнителя в области, соответствующей части барабана в пределах угла охвата магнитной системы; узел подачи смывной воды для смыва частиц магнитной фракции в области, соответствующей части барабана вне пределов угла охвата магнитной системы; узел сбора и отвода магнитной и немагнитной фракции,отличающийся тем, что магнитная система дополнительно содержит ферромагнитные концентраторы, образующие магнитные полюса магнитной системы и расположенные таким образом, что концентраторы с разной полярностью чередуются в направлении вдоль оси барабана, а между каждой парой последовательно расположенных концентраторов расположен магнитный блок. 2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что сечение магнитной системы в плоскости, перпендикулярной к оси барабана, представляет собой кольцевой сектор с углом охвата 160-220. 3. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что магнитные блоки имеют форму прямых призм, сечение которых в плоскости, перпендикулярной к оси барабана, имеет форму трапеции или прямоугольника. 4. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что сечение магнитных блоков в плоскости, перпендикулярной к оси барабана, имеет форму кольцевого сектора, а поверхность магнитных блоков со стороны,обращенной к барабану, является цилиндрической и концентричной с поверхностью барабана. 5. Сепаратор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что магнитные блоки включают высокоэнергетичные постоянные магниты с удельной магнитной энергией более 200 кДж/м 3. 6. Сепаратор по п.5, отличающийся тем, что магниты в магнитных блоках намагничены в направлении, параллельном оси барабана. 7. Сепаратор по п.5, отличающийся тем, что магниты в магнитных блоках, примыкающие к одному концентратору с разных сторон, намагничены в противоположных направлениях. 8. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что на внешней стороне барабана выполнены ферромагнитные выступы. 9. Сепаратор по п.8, отличающийся тем, что выступы представляют собой кольцевые ферромагнитные реборды. 10. Сепаратор по п.9, отличающийся тем, что реборды выполнены с разрывами по окружности. 11. Сепаратор по п.9 или 10, отличающийся тем, что между ребордами и концентраторами образован зазор. 12. Сепаратор по п.11, отличающийся тем, что в нм выполняется условие: d/L= 110-2 - 1,510-1,где d - величина зазора между концентраторами и ребордами, L - расстояние между двумя последовательно расположенными концентраторами.