Введение к работе
" "АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Магнитные сепараторы и фильтры находят все более широкое пршенениэ в решении проблем обогавепия руд, очистке газовьа и жидких сред от примесеа. Это обусловленно ВЫСОКОЙ экологачностыо и технологичностью процессов разделения в таких аппаратах, а таки» их экономичность». Наиболее широкое распространение получили магнитные сепараторы, у которых в зоне сепарации применяются постоянные магнитные поля и процесс разделения, фильтрации идет в основном из-за разницы в магнитных свойствах извлекаемых и неизвлекаемых компонентов пульпы. В последние десятилетия из-за истощения месторождения полезных ископаемых с богатым содержанием сильномагнитных полезных компонентов остро встал вопрос об извлечении из руд слзбомагнитных и мелкодисперсных компонентов. Для этих целей были разработаны, созданы и интенсивно исследованы высокоградиэнтные магнитные сепараторы (ВГМС) разных типов. В ВГИС за счет ферромагнитных матриц в рабочих, зонах создается высокий уровень магнитных сил. Относительная простота конструкция BDJC способствовала их быстрому внедрению в промышленность. Использование ВГМС в обогатительноя промышленности представляет значительный шаг как в освоении месторождениа полезных ископаемых с бедным содержанием слабомагнитных полезных компонентов, так и в открывшихся возможностях переработки огромных запасов накопленных отвалов на обогатительных предприятиях.
Опыт эксплуатации различных типов ВГМС выявил в их работе ряд ограничения, обусловленные наличием матрицы в зоне сепарации. Эти ограничения отсутствуют в обьвкно-градизнтных (открыто-градивнт- ных) магнитных сепараторах (ОГМС), у которых в зоне сепарации нет ферромагнитных матриц.
С развитием низкотемпературной технической сверхпроводимости в 60-х годах среди специалистов усилился интерес к возможностям использования в промышленности ОГМС со сверхпроводящими магнитными системами. Это приводит к повышению магнитных сил в зоне сепарации до практически пробуемых величин, при которых становится эффективным изаюченио слабомагнитных компонентов руды.
На данном этапе развития сверхпроводящие ОГМС в основном находятся в стации лабораторных исследования. Перед разработчиками ОГМС в первую очоїаддь стоят вопросы по определении максимальных технологических возможностей таких сепараторов при получении на
них конечного продукта и четкого понимания, как делать сепараторы, чтобы получать конечным продукт на них с наилучшими технологическими параметрами.
Решение этих проблем можно достичь, как было в случае с ВГМС, экспериментальным путем, но для этого потребуется длительное врем; и большие средства. Для экономии времени и средств необходимо создание физически обоснованной, экспериментально проверенное теоретическое модели работы ОГЫС, которая поможет с меньшими затратам! дать ответ о необходимости использования ОГМС в обогатительно! промышленности и об экономически выгодных областях использовани! этих сепараторов.
Актуальность развития ОГМС в настоящее время возрастает из-з; открытия высокотемпературное сверхпроводимости <ВТСП) у иеталло оксидных керамик с температурой перехода в сверхпроводящее состоя низ значительно выше азотного уровня. С созданием технических ВТС материалов произойдет их естественное восприятие. При этом перево, на азотную криогенику сверхпроводящих магнитных систем ОГМС приве дет к повышению их надежности, к простоте их эксплуатации и к сни кению эксплуатационных затрат на порядок.
ЦЕЛЬ И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Основная цель данной работы за ключается в том, чтобы в рамках обычно используемого приближен» ламинарного потока пульпы с невзаимодействующими частицами создат теоретические основы ОГМС, осуществить их экспериментальную про верку и на этой основе разроботать надежные рекомендации по кое струировани» реальных оптимизированных сверхпроводящих магнита. систем таких сепараторов, а также делать достоверные оценки і возможностям этих сепараторов в обогащении различных руд. Для дс стишення этих целей необходимо решить следующие основные задачи:
определить количественные и качественные характеристики ю процесса сепарации на ОГМС, так и сепараторов;
сформулировать и решить задачу определения оптимальных ра: меров сверхпроводящих магнитных систем ОГМС данного типа для да] ного процесса сепарации в целях получения на сепараторах максі малышх технологических параметров процесса сепарации, т.е. пост вить и решить задачу расчета оптимизированных ОГМС;
провести расчет характеристик оптимизированных ОГМС с осно ными типами магнитных систем: аксиально-дисковые ОГМС (ОГМС-АД плоские ОГМС с магнитно» системой из бесконечных линейных прово ников (ОГМС-П-БП), плоские ОГМС с рейстрековой магнитной сист
ИОВ (ОГНС-П-РС):
- исследовать изменение характеристик ОГИС при отклонении раз
меров магнитных систем от оптимальных значения и сделать оценку
изменения характеристик оптимизированных ОГМС при дополнительных
конструктивных и технологических условиях;
в принятых приближениях описать процесс сепарации руд в ОГМС;
провести экспериментальные проверки правомочности принятых приближений в моделировании процессов сепарации на ОГМС и возможности прогнозирования результатов процэссов сепарации на ОГМС руд данного помола с известными характеристиками;'
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Постановка основных задач и результаты их решения сделаны впервые и на момент их выполнения аналогов в мировой научной литературе не имели.
Основная научная новизна работы заключается в следуещем.
Введено и обосновано понятие параметров извлечения частиц руды, т.е. параметров, по которым происходит процесс разделения частиц в рабочей зоне сепаратора.
Для ОГМС определена основная качественная характеристика: функция извлечения частиц руда ,из рабочей зоны сепаратора. Представлена методика расчета функции извлечения для "мокрого" и "сухого" процессов сепарации.
. - Введены и обоснованы понятия селективности процесса сепарации на ОГМС и селективности сепаратора ОГМС типа. Селективность рассматриваемых сепараторов не зависит от характеристик частиц руды и определяется только конструкцией сепаратора. Она описывает качественную сторону работу сепаратора по выделению частиц руды с близкими значениями параметров извлечения. Сделана оценка возможных значений селективностея реальных сепараторов.
Введено и обосновано понятие производительности ОГМС по конечному продукту, которое учитывает как количественные, так и качественные характеристики работы сепаратора одновременно.
Сформулирована задача оптимизации размеров магнитной, системы сверхпроводящих ОГМС конкретного типа в целях получения на них максимальной производительности по конечному продукту и разработаны два метода решения этой задачи. Первый метод основан на использовании новой характеристики сепаратора - конструктивного фактора а : второй на использовании новой характеристски сепаратора - геометрического фактора ^ .
- Введено и обосновано применение новых характеристик руд дан
ного помола: плотность распределения массы части руды V.04V..,X)
по параметрам извлечения частиц руды Хь..-,х« и распределение кон
центрации извлекаемого элемента 2 в частицах руды СЇ(Хі,...,х,.) по
тем же параметрам извлечения. Эти характеристики руды позволяют
полностью прогнозировать результаты работы ОГМС по обогащению раз
личных руд.
Представлены результаты расчетов основных характеристик оптимизированных ОГМС-АД, ОГМС-П-ЕП, ОГМС-П-РС в зависимости от значения конструктивного фактора сепаратора (^ , а также в зависимости от значения геометрического фактора сепаратора (р .
Установлены соотношения между значениями конструктивного фактора (у и геометрического фактора ір для оптимизированных ОГМС рассмотренных типов.
-Проведен качественныа анализ зависимости производительности оптимизированных ОГМС от глубины зоны сепарации оц и обоснован выбор опгимального значения глубины зоны сепарации ai* .
Выполнено иследование по изменению характеристик ОГМС при отклонении размеров магнитной системы от оптимальных значений.Проведены исследования по изменению характеристик оптимизированных ОГМС от технологического зазора dj между поверхностью магнитной системы и зоной сепарации ОГМС, от числа токовых обмоток в магнитной системе, от заданного уровня извлечения частиц из пульпы, от протекания пульпы вдоль и поперек линейных проводников в плоском ОГМС, от использования ферромагнитных материалов для сердечников сверхпроводящих токовых обмоток магнитной системы ОГМС.
Сделана экспериментальная проверка основных теоретических положений: измерена функция извлечения лабораторного сепаратора и подтверждена возможность предсказания результатов процесса обогащения руд.
Для оптимизированных ОГМС со сверхпроводящей магнитной системой, сделанной из современного технического материала на основе Ni-Ti , NijSn , -проведена оцэнка возможного уровня максимальных значений плотностей магнитных сил в зоне сепарации.
Введено и обосновано понятие оптимизированный ОГМС, дана методика расчета магнитных систем любых оптимизированных ОГМС.
Для ОГМС-АД, ОГМС-П-ЬП и OIMC-II-PC даны расчета основных характеристик оптимизированных ОІТііС в виде ірафиков для "мокрого" и
;ухого" процессов сепарации, при помощи которых можно простыми ^счетами без машинного счета делать оцепки по конструкциям опти-таированньпс магнитных систем, выполненных из любого технического їерхпроводяшего материала, и делать оцэнки их количественных и явственных характеристик.
- Проведена опенка изменения характеристик ОГМС, если их маг-
<тные системы делаются с отклонением от оптимальных размеров,
также выполнены оценки изменения характеристик оптимизированных
МС при дополнительных конструктивных и технологических требова-лях. Знание этих оценок необходимо для принятия грамотных решения ) конструкциям реальных ОГМС.
Для прогнозирования результатов обогащения руд на ОГМС прилагается определять новые характеристики руды данного помола: пло-юсть распределения массы частиц руды \)Л*) и распределение кон-штрации извлекаемого элемепта z в частицах руды СЇ I*) по пара-ггру извлечения X . Разработана экспериментальная методика іределения этих характеристик на лабораторных ОГМС.
Из проведенных оценок уровня максимальных значения плотно-ги магнитных сил в рабочей зоне оптимизированных ОГМС, магнитные ястемы которых выполнены из современного технического сверхпрово-ящэго материала, следует, что практическая ценность ОГМС заключатся в принципиальном дополнении возможностей ОГМС к возможностям fMC, поскольку их использование наиболее переспективно при обога-энии слзбомагнитных руд относительно более крупного помола, «дается реальная іюреспектива использования ОГМС с сухим процессом эпарации.
Таким образом, в созданной теоретической модели ОГМС получены гветы на многие основные вопросы, которые встают как перед разра-этчиками ОГМС по конструкциям сепараторов, на которых получаются эксимальные технологические параметры обогащения руд, так и перед эхнологами по определению областей использования ОГМС. 11а совре-энном этапе это важно не только для создания и использования ла-эраторных ОГМС, но и для создания более крупных установок полу-жмышленного. эксгюриментального назначения для получения на них
будущем исчерпывающих ответов о степени целесообразности исполь-звания сверхпроводящих OIVC в промышленности.
АШЮБЛЦИЯ РМЮТЫ. Основные результаты работы докладывались на эждунэродннх конференциях по магнитной технологии М'Г-8, МТУ), Г-IU «Гренобль, J983; Цюрих, ЇШ5; Бостон. 1987). на II и Ш Ев-
ропейской конференции по магнитным материалам и их приложена (ЕММА-87, Англия, 1987; ЕММА-89, Италия, 1989), на 16-м междунс родном конгрессе по обогащению минерального сырья (Швеция, 1988) на международной конференции по технологии частиц при фильтрации сепарации {Бельгия, 1988), на II Всесоюзной конференции по техн» ческому использованию сверхпроводников (Ленинград, 1983).
ПУБЛИКАЦИИ. По результатам работы опубликовано 12 статей получено 7 авторских свидетельств.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введе ния, краткого обзора литературы, четырех глав и заключения на 14 страницах машинописного текста. Всего в диссертации 227 странии включая 123 рисунка на 62 страницах, приложения на 13 страницах списка цитируемой литературы из 36 наименований.
