Магнітне збагачення корисних копалин

Перший патент на спосіб М.з.к.к. (залізної руди) видано в Англії у 1792 р. на ім'я Вільяма Фулартона. Промислове впровадження магнітного методу збагачення, головним чином для залізняку, почалося в кінці XIX ст. У США Болл і Нортон, а в Швеції Венстрем і Таге Мортзелл запропонували сухий барабанний сепаратор з полярністю, що чергується. Аналогічний магнітний сепаратор було створено в Італії Пальмером у 1854 р. Широке впровадження магнітної сепарації залізняку розпочалося у Швеції на початку ХХ ст. і пов'язане з розробкою Грендалем технології барабанної сепарації для мокрого магнітного збагачення в 1906 р.

Класифікація процесів магнітного збагачення за В. В. Кармазіним наведена на рис. За галузями застосування розрізняють підготовчі, основні (власне магнітне розділення) та допоміжні процеси магнітного збагачення. Підготовчі процеси: вловлювання металобрухту, намагнічування і розмагнічування, магнітна агрегація тощо. Допоміжні процеси: згущення та зневоднення, подрібнення у магнітному полі.

У залежності від величини магнітної сприйнятливості матеріалу магнітна сепарація поділяється на слабомагнітну і сильномагнітну, від середовища, в якому проводиться розділення, — на мокру і суху.

За принципом використання магнітного поля процеси магнітного збагачення поділяють на прямі і комбіновані (непрямі). До прямих належать процеси розділення в слабких і сильних полях, регенерації суспензій, вилучення металобрухту, магнітного пиловловлювання, термомагнітної і динамічної агрегації. Непрямі процеси: магнітогідростатична (МГС), магнітогідродинамічна (МГД) сепарація, згущення матеріалів, які попередньо пройшли магнітну флокуляцію, сепарацію корисних компонентів, локалізованих на магнітних носіях тощо.

Крупність збагачуваної руди — до 150 мм. Для збільшення контрастності магнітних властивостей суміші, що розділяється, застосовують термообробку.

При М.з.к.к. на мінеральне зерно в неоднорідному магнітному полі діє магнітна сила F_магн, що визначається за формулою:

F_магн = χ H gradH

де χ — питома магнітна сприйнятливість, м³/кг; H gradH — магнітна сила поля, А²/м³.

На результати магнітної сепарації суттєво впливає різниця між питомими магнітними сприйнятливостями χ1 і χ2 розділюваних зерен, неоднорідність поля сепаратора за величиною магнітної сили (HgradH) і крупність збагачуваного матеріалу. Відношення питомих магнітних сприйнятливостей розділюваних при збагаченні рудних і нерудних зерен (χ₁/χ₂) називається коефіцієнтом селективності магнітного збагачення..

Для успішного розділення мінералів в магнітних сепараторах необхідно щоб величина коефіцієнта селективності магнітного збагачення була не меншою 3 — 5.

Відповідно до класифікації процесів магнітного збагачення розрізнюються і апарати, в яких здійснюються ці процеси: магнітні сепаратори, дешламатори, магнітогідростатичні, магнітогідродинамічні і електродинамічні сепаратори, залізовідділювачі, металороздільники, а також пристрої для розмагнічування і намагнічення матеріалів.

Розділення мінеральних частинок за магнітними властивостями може здійснюватись у трьох режимах (рис.):

•  — режим відхилення магнітних частинок; характеризується підвищеною продуктивністю, але зниженою ефективністю процесу;
•  — режим утримання магнітних частинок; характеризується високим вилученням магнітного компонента;
•  — режим вилучення магнітних частинок; характеризується високою якістю магнітного продукту, але зниженим його вилученням.

Сучасні магнітні сепаратори мають ефективність розділення і продуктивність, у 5-10 раз більшу, ніж зразки середини ХХ ст. У порівнянні з іншими методами собівартість магнітної сепарації для грудкових сильномагнітних матеріалів найнижча, для дрібнодисперсних — друга після найдешевшого методу ґвинтової сепарації. Продуктивність сепараторів для грудкових руд сягає 500 т/год, для тонкоподрібнених сильномагнітних — 200 т/год, слабомагнітних — 40 т/год.

Важливу роль у процесі магнітної сепарації відіграє водний режим. Водний режим при роботі сепаратора регулюється висотою зливного порога і подачею промивної води. Для одержання більш чистого магнітного або немагнітного продукту у концентраційне відділення або ванну для немагнітного продукту подають промивну воду. Швидкість розвантаження продуктів сепарації і об'єм води, що подається у магнітні сепаратори, регулюються розмірами розвантажувальних насадок.

Перспективність магнітного збагачення обумовлюється безперервним інтенсивним розвитком технології виробництва магнітних матеріалів і техніки сильних магнітних полів, параметри яких постійно поліпшуються, а собівартість збагачення знижується.

Основні фактори, що впливають на процес магнітної сепарації: продуктивність сепаратора, напруженість магнітного поля, параметри робочої зони, швидкість обертання барабанів і валків, крупність і магнітні властивості збагачуваної руди, густина живлення сепараторів.

Продуктивність магнітних сепараторів для сухого збагачення приймають за даними каталогів або так, як і для сепараторів мокрого збагачення, визначають за питомою продуктивністю на одиницю довжини робочого органа (барабана, валка) і числа головних робочих органів (елементів) сепаратора.

Параметри робочої зони (довжина, діаметр і висота) визначають продуктивність сепаратора.

Зі збільшенням діаметра і довжини барабана (валка) довжина робочої зони зростає, що дозволяє підвищити вилучення магнітних мінералів і продуктивність сепаратора. Але надмірне збільшення цих розмірів спричиняє значне зростання маси магнітних систем, а відповідно, габаритних розмірів і маси сепаратора. Тому для кожного типу сепаратора оптимальні розміри робочого органа визначаються техніко-економічними розрахунками. Висота робочої зони визначається конструкцією сепаратора, але на відміну від діаметра і довжини може у визначених межах змінюватись при наладці сепаратора для збагачення даного виду мінеральної сировини. Зменшення висоти робочої зони обумовлює збільшення напруженості магнітного поля і навпаки, тому в процесі наладки сепаратора необхідно встановити таку висоту робочої зони, яка без втрати продуктивності забезпечила б високу якість продуктів.

Напруженість магнітного поля визначає величину магнітної сили. Магнітна сила виникає тільки в неоднорідних магнітних полях і в кожній точці поля дорівнює добутку магнітної сприйнятливості мінералу, напруженості магнітного поля в даній точці і ступеня неоднорідності поля. Збільшення напруженості поля сприяє збільшенню магнітної сили, а це значить, що до магнітної фракції можна вилучити мінерали з меншою магнітною сприйнятливістю. У свою чергу це впливає на вихід і якість продуктів розділення. Надмірне збільшення напруженості магнітного поля може привести до підвищеного засмічення магнітної фракції і, навпаки, недостатня величина напруженості магнітного поля є причиною втрат магнітних мінералів з відходами.

Якщо технологічна схема збагачення передбачає декілька операцій магнітної сепарації, то при перечищенні немагнітних фракцій напруженість магнітного поля в кожній наступній операції повинна бути збільшена, а при доводці магнітних концентратів — поступово зменшена.

Швидкість обертання барабанів і валків у значної мірі визначає продуктивність сепараторів і якість продуктів розділення. Швидкість обертання робочих органів вибирається залежно від способу збагачення (сухий або мокрий), способу подачі живлення (верхній або нижній), магнітної сприйнятливості і крупності мінералів, необхідної якості продуктів збагачення (одержання готових концентратів або відвальних відходів).

При мокрому збагаченні надмірно велика лінійна швидкість обертання барабану або валка може привести до відриву пульпи від поверхні і порушити процес розділення. Внаслідок цього при збагачені сильномагнітних руд ця швидкість не повинна перевищувати 1,5 м/с, а при збагачені слабкомагнітних руд — 0,8 — 0,9 м/с. При виділенні відвальних відходів швидкість обертання робочих органів повинна бути нижче ніж при виділенні концентратів.

Суха магнітна сепарація крупногрудкової руди допускає збільшення лінійної швидкості обертання барабану до 2 м/с. При сухому збагаченні тонкоподрібненої сильномагнітної руди технологічні показники можуть бути отримані тільки при швидкохідному режимі сепарації. З цієї причини у сепараторів для сухого збагачення тонкоподрібнених сильномагнітних руд передбачається широкий діапазон зміни швидкості обертання барабана 1,5 — 10 м/с в залежності від магнітних властивостей і крупності збагачуваної руди.

При сухій магнітній сепарації слабкомагнітних руд також перевага віддається швидкохідному режиму, тому що збільшення швидкості обертання валків в сепараторах як з верхнім, так і з нижнім живленням сприяє підвищенню якості магнітного продукту і продуктивності сепаратора. Швидкість обертання валків в цих сепараторах регулюється в межах 0,8 — 2,4 м/с. При одному й тому ж значенні сили магнітного поля сепаратора більшу швидкість обертання валків можна допустити при більш високій питомій магнітній сприйнятливості мінералу, що вилучається.

Крупність збагачуваної руди є одним з найважливіших параметрів збагачуваної руди, який впливає на технологічні показники роботи сепараторів. Від крупності частинок залежать магнітні властивості збагачуваного матеріалу: зі зменшенням крупності частинок їхня питома магнітна сприйнятливість знижується. При значній різниці в крупності розділюваних мінералів виникають утруднення у виборі напруженості магнітного поля, параметрів робочої зони, швидкісного режиму і продуктивності сепаратора. Тому кращі показники збагачення отримують при використанні схем з попередньою класифікацією матеріалу по крупності.

Питома магнітна сприйнятливість впливає на селективність розділення рудних і породних мінералів. Чим більше відрізняються мінерали за своїми магнітними сприйнятливостями, тим легше їх розділити у магнітному полі, і навпаки. Селективність магнітного збагачення характеризується коефіцієнтом селективності (5.2). Співвідношення питомих магнітних сприйнятливостей розділюваних мінералів є основним фактором, який визначає шкалу попередньої класифікації руди перед магнітним збагаченням.

Густина живлення сепараторів суттєво впливає на технологічні показники мокрої магнітної сепарації. Збільшення вмісту твердої фази у живленні сприяє підвищенню продуктивності сепаратора, але в той же час — знижує якість продуктів збагачення, і навпаки. Збільшення розрідженості пульпи, як правило, забезпечує підвищення якості магнітного продукту, але одночасно зростають втрати магнітних мінералів з відходами, оскільки збільшується швидкість проходження пульпи через робочу зону сепаратора. Оптимальна густина живлення сепараторів находиться у межах 30 — 40 % твердого.

Див. також Підготовка руд до магнітної сепарації

Особливостями процесу магнітної сепарації обумовлюється необхідність підготовки руди перед магнітним розділенням, яка залежить від характеристики руди (гранулометричний склад, магнітні властивості) і методу сепарації (суха або мокра). Підготовка руди включає операції дроблення, подрібнення, грохочення, знешламлення і знепилення, намагнічування і розмагнічування, сушки і випалу.

•  — застосування сухих швидкохідних магнітних барабанних сепараторів для доведення магнетитового концентрату мокрого збагачення до кондицій, необхідних за умовами порошкової металургії;
•  — створення високопродуктивних сухих швидкохідних магнітних барабанних сепараторів та мокрих високочастотних електромагнітних барабанних сепараторів для збагачення магнетитових руд;
•  — створення мокрих магнітних та електромагнітних барабанних сепараторів з підвищеною напруженістю магнітного поля на поверхні барабанів (до 145—200 кА/м), що дозволить збільшити продуктивність сепараторів та зменшити втрати заліза у відходах при збагаченні трудно збагачуваних магнетитових руд;
•  — створення перечисних магнітних барабанних сепараторів, що поєднують в одній машині декілька перечисних операцій; це спрощує апаратурне оформлення схем мокрого магнітного збагачення магнетитових руд і підвищує ефективність розділення;
•  — створення більш ефективних та продуктивних сухих електромагнітних валкових сепараторів для доведення зернистих фракцій чорнових концентратів руд рідкісних металів, сухого магнітного збагачення слабомагнітних бурозалізнякових руд, знезалізнення скляної, керамічної і абразивної сировини;
•  — створення магнітних і електромагнітних високоградієнтних сепараторів продуктивністю 100—200 т/год для мокрого магнітного збагачення тонко дисперсних слабкомагнітних руд (в тому числі окиснених) і для знезалізнення різних матеріалів.

Для збагачення тонковкраплених магнетитових руд і регенерації важких суспензій передбачають операції намагнічування та розмагнічування продуктів. Намагнічувальні апарати призначені для магнітної флокуляції сильномагнітних частинок з метою їх більш швидкого осадження у порівнянні з немагнітними частинками. Намагнічувальний апарат встановлюють на трубопроводі, по якому транспортується пульпа. Напруженість магнітного поля підтримується на рівні 33-48 кА/м. Розмагнічувальні апарати застосовують для дефлокуляції сильномагнітних частинок, тому що наявність магнітних флокул порушує процеси класифікації і фільтрування. Розмагнічення сильно магнітної пульпи здійснюється при багаторазовому циклічному перемагніченні її в змінному магнітному полі (не менше 10-12 циклів). Амплітуда напруженості цього поля зменшується у напрямку переміщення пульпи від деякого максимального значення до нуля. Максимальна напруженість поля для розмагнічення магнетиту і феросиліцію повинна бути 36-40 кА/м, а гра-дієнт напруженості в зоні зменшення поля — не більше 33 кА/м².

• Магнітні властивості мінералів і гірських порід
• Автоматизація процесів магнітного збагачення руд
• Регенерація (у збагаченні корисних копалин)
• Магнітні сепаратори
• Магнітна сепарація
• Наукова школа "Магнітні методи збагачення корисних копалин"
• Магнітогідродинамічна сепарація
• Магнітогідростатична сепарація
• Підготовка руд до магнітної сепарації

• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — ISBN 57740-0828-2.
• В. В. Кармазин. Магнитные, электрические и специальные методы обогащения полезных ископаемых. — М. — 2002.
• Білецький В. С., Смирнов В. О. Технологія збагачення корисних копалин. — Донецьк: Східний видавничий дім. — 2004.
• Білецький В. С., Олійник Т. А., Смирнов В. О., Скляр Л. В. Основи техніки та технології збагачення корисних копалин: навчальний посібник. — К.: Ліра-К 2020. — 634 с.