Магнитное обогащение полезных ископаемых

Магни́тное обогаще́ние поле́зных ископа́емых (англ. magnetic separation, magnetic concentration of minerals; нем. magnetische Aufbereitung f der Bodenschätze) — обогащение полезных ископаемых, основывающееся на действии неоднородного магнитного поля на минеральные частички с разной магнитной восприимчивостью и коэрцитивной силой.

Магнитным способом, используя магнитные сепараторы, обогащают железные, титановые, вольфрамовые и другие руды.

История

Первый патент на способ магнитного обогащения полезных ископаемых (железной руды) был получен в Англии в 1792 году на имя Вильяма Фулартона. Промышленная реализация магнитного способа обогащения, главным образом для железняка, началась в конце XIX столетия. В Швеции Венстрем и Таге Мортзелл предложили сухой барабанный сепаратор с изменяемой полярностью. Аналогичный магнитный сепаратор был создан в Италии Пальмером в 1854 году. Широкое применение магниттной сепарации железняка началось в Швеции в начале ХХ столетия и было связано с разработкой Грендалем технологии барабанной сепарации для мокрого магнитного обогащения в 1906 году.

Классификация процессов магнитного обогащения

Схема разделения изотопов урана с помощью мощного магнитного поля. На движущиеся в магнитном поле ядра атомов действует сила Лоренца: эта сила одинакова как для урана-235, так и для урана-238, но более тяжёлые ядра атомов урана-238 обладают бо́льшей инерцией, и поэтому движутся во внешнем потоке

По областям применения различают подготовительные, основные (собственно магнитное разделение) и вспомогательные процессы магнитного обогащения.

Подготовительные процессы:

• улавливание металлолома,
• намагничивание и размагничивание,
• магнитная агрегация.

Вспомогательные процессы:

• сгущение и обезвоживание,
• измельчение в магнитном поле.

В зависимости от величины магнитной восприимчивости материала магнитная сепарация разделяется на слабомагнитную и сильномагнитную, в зависимости от среды, в которой проводится разделение, — на мокрую и сухую.

По принципу использования магнитного поля процессы магнитного обогащения разделяют на прямые и комбинированные (непрямые). К прямым принадлежат процессы разделения в слабых и сильных полях, регенерации суспензий, извлечения металлолома, магнитного пылеулавливания, термомагнитной и динамической агрегации.

Непрямые процессы:

• магнитогидростатическая (МГС),
• магнитогидродинамическая (МГД) сепарация,
• сгущение материалов, которые предварительно прошли магнитную флокуляцию, сепарацию полезных компонентов, локализованных на магнитных носителях.

Основы магнитного обогащения

Крупность обогащаемой руды — до 150 мм. Для увеличения контрастности магнитных свойств разделяемой смеси используют термообработку.

При магнитном обогащении на минеральное зерно в неоднородном магнитном поле действует магнитная сила $F_\text{магн}$, которая определяется формулой:

$\bar{F}_\text{магн} = \chi \bar{H} grad \left( \bar{H} \right)$

где

$\chi$ — удельная магнитная восприимчивость, $\text{м}^3 / \text{кг}$;

$\bar{H} grad \left( \bar{H} \right)$ — магнитная сила поля, Невозможно разобрать выражение (Преобразование в PNG прошло с ошибкой — проверьте правильность установки latex и dvips (или dvips + gs + convert)): \text{А}^2 / \text{м}^3

.

На результаты магнитной сепарации существенно влияет разница между удельными магнитными восприимчивостями $\chi_1$ и $\chi_2$ разделяемых зёрен, неоднородность поля сепаратора по величине магнитной силы и крупность частиц обогащаемого материала.

Отношение магнитных восприимчивостей разделяемых при обогащении рудных и нерудных зёрен $\frac{\chi_1}{\chi_2}$ называется коэффициентом селективности магнитного обогащения.

Для успешного разделения минералов в магнитных сепараторах необходимо, чтобы величина коэффициента селективности магнитного обогащения была не меньше 3 — 5.

Соответственно классификации процессов магнитного обогащения различаются и аппараты, в которых происходят эти процессы:

• магнитные сепараторы,
• дешламаторы,
• магнитогидростатические сепараторы,
• магнитогидродинамические сепараторы,
• электродинамические сепараторы,
• железоотделители,
• металлоразделители,
• устрройства для размагничивания и намагничивания материалов.

Разделение минеральных частиц по магнитным свойствам может осуществлятья в трёх режимах:

• режим отклонения магнитных частичек характеризуется повышенной производительностью, но сниженой эффективностью процесса;
• режим удержания магнитных частичек характеризуется высоким извлечением магнитного компонента;
• режим извлечения магнитных частичек характеризуется высоким качеством магнитного продукта, но снижением его извлечения.

Современные магнитные сепараторы имеют эффективность разделения и производительность в 5-10 раз бо́льшую, чем образцы середины ХХ столетия. В сравнении с другими методами себестоимость магнитной сепарации для кусковых сильномагнитных материалов самая низкая, для мелкодисперсных — вторая после самого дешёвого методу винтовой сепарации. Производительность сепараторов для кусковых руд достигает 500 т/час, для тонкоизмельчённых сильномагнитных — 200 т/час, слабомагнитных — 40 т/час.

Перспективность магнитного обогащения обуславливается непрерывным интенсивным развитием технологии производства магнитных материалов и техники сильных магнитных полей, параметры которых постоянно улкчшаются, а себестоимость обогащения снижается.

См. также

• Магнитная сепарация
• Разделение изотопов
• Электрическая сепарация

Литература

• Магнитная сепарация — статья в Горной энциклопедии, издание БСЭ 1984—1990 годы
• Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: «Донбас», 2004. — ISBN 966-7804-14-3.