способ магнитогравитационной сепарации

Формула изобретения

1. Способ магнитогравитационной сепарации, включающий квазиутяжеление ферромагнитной жидкости в неоднородном магнитном поле, наложение вибрации на квазиутяжеленную ферромагнитную жидкость, разделение материала по плотности, формирование посредством разделительной перегородки легкой и тяжелой фракций, отличающийся тем, что в качестве зоны разделения используют поверхность жидкости и разделение материала осуществляют относительно эффективной плотности, сформированной на этой поверхности, а разделительную перегородку располагают непосредственно у поверхности жидкости.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что уровень жидкости в процессе сепарации поддерживают постоянным.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых, а именно к разделению материалов по плотности, и может быть использовано в горнодобывающей, металлургической и других отраслях.

Известны различные технические решения, направленные на создание условий, обеспечивающих постоянство эффективной плотности во всем объеме квазиутяжеленной ферромагнитной жидкости (ФМЖ), помещенной в магнитогравитационный (МГ) сепаратор, для достижения точности разделения сепарируемого материала относительно требуемой плотности [1, 2, 3, 4].

Общий недостаток этих технических решений - осуществление сепарации в условиях непостоянной (неодинаковой) эффективной плотности квазиутяжеленной ФМЖ во всем ее объеме, что приводит к взаимозасорению продуктов сепарации (легкой и тяжелой фракций). Невозможность на практике получить постоянство эффективной плотности во всем объеме квазиутяжеленной ФМЖ подтверждается в различных источниках [6, 7, 8, 9]. Достижение же постоянства эффективной плотности в определенной части объема ФМЖ требует использования сильных магнитных полей, что технически усложняет решение поставленной задачи и делает экономически малоэффективным процесс сепарации. Кроме того, сильные магнитные поля, необходимые для создания в большом объеме ФМЖ намагниченности насыщения, часто тоже приводят к взаимозасорению продуктов сепарации по причине существенного влияния магнитных свойств самого сепарируемого материала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ магнитогравитационной МГ-сепарации, включающий квазиутяжеление ФМЖ, размещенной в неоднородном магнитном поле, наложение вибрации на квазиутяжеленную ФМЖ и разделение материала по плотности [5]. При этом подразумевается, что разделение частиц на легкую и тяжелую фракции осуществляют разделительной перегородкой, без наличия которой невозможна реализация этого способа, что подтверждается на практике. Недостатком данного способа является неудовлетворительная точность разделения при обогащении тонкого материала.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности процесса сепарации за счет повышения точности разделения при обогащении тонкого материала.

Поставленная задача в заявленном изобретении решается за счет достижения технического результата, который заключается в уменьшении засорения легкой фракции частицами тяжелой фракции путем создания таких условий для проведения МГ-сепарации, при которых траектории движения частиц, впоследствии образующих тяжелую фракцию, не пересекают траектории движения частиц, впоследствии образующих легкую фракцию.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в способе МГ-сепарации, включающем квазиутяжеление ФМЖ, размещенной в неоднородном магнитном поле, наложение вибрации на квазиутяжеленную ФМЖ, подачу материала, разделение материала по плотности, формирование посредством разделительной перегородки легкой и тяжелой фракций, в качестве зоны разделения используют поверхность жидкости, и разделение материала осуществляют относительно эффективной плотности, сформированной на этой поверхности. При этом разделительную перегородку располагают непосредственно у поверхности жидкости.

Указанный технический результат достигается также тем, что уровень жидкости в процессе сепарации поддерживают постоянным.

По результатам проведенного заявителем анализа уровня техники не выявлен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству,

Для раскрытия существа изобретения рассмотрим упрощенно движение сепарируемых частиц в объеме квазиутяжеленной ФМЖ с изменяющейся по высоте эффективной плотностью. Это рассмотрение правомерно в отношении любого МГ-сепаратора, так как в реальном МГ-сепараторе в приповерхностных слоях квазиутяжеленного объема ФМЖ нет постоянства эффективной плотности.

В процессе МГ-сепарации материала, помещенного в объем квазиутяжеленной ФМЖ, разделяющиеся частицы двигаются по определенным траекториям, зависящим от формы частиц, их крупности, удельного веса и магнитных свойств. Частицы, формирующие впоследствии легкую фракцию, двигаются по поверхности и, что важно, в слое ФМЖ в сторону разгрузки, и таким образом образуется определенный поток материала, двигающийся в объеме ФМЖ. Частицы, формирующие в последствии тяжелую фракцию в процессе своего распределения по объему квазиутяжеленной ФМЖ, при стремлении разместиться в более нижних слоях ФМЖ зачастую вынуждены преодолевать этот поток двигающихся в объеме ФМЖ частиц легкой фракции.

Это может произойти, например, если скорость осаждения мелких тяжелых частиц меньше скорости осаждения крупных легких, или если осаждение некоторых тяжелых частиц начинается позже легких, или в силу других обстоятельств.

При пересечении тяжелой частицей такого потока легких частиц появляется вероятность того, что эта частица не пройдет через поток легких частиц и будет захвачена этим потоком. Особенно это относится к тяжелым частицам малого размера.

Если же траектории движения легких и тяжелых частиц в процессе МГ-сепарации не будут пересекаться, то качество сепарации будет повышаться за счет снижения количества тяжелых частиц, захваченных в легкий продукт. Осуществить непересечение траекторий частиц возможно, если МГ-сепарация проводится из монослоя материал и если из этого монослоя выделяют только материалы, формирующие впоследствии тяжелую фракцию. Размещая этот монослой на поверхности квазиутяжеленной ФМЖ, уровень которой поддерживается постоянным, и отделяя разделительной перегородкой выделившиеся (утонувшие) из монослоя частицы, можно снизить засорение легкой фракции тяжелыми частицами.

Постоянство уровня ФМЖ, а значит, и квазиплотности на поверхности рабочего объема ФМЖ, обеспечивает точность бинарного разделения.

Таким образом, все перечисленные признаки обеспечивают решение поставленной задачи - повышение эффективности процесса сепарации за счет повышения точности разделения при обогащении тонкого материала, что в свою очередь достигается уменьшением взаимозасорения продуктов сепарации.

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" проводилось сравнение с другими техническими решениями, известными из фондов патентной информации, специальной технической литературы и научных публикаций, включая источники, включенные в "уровень техники".

Заявляемый способ магнитогравитационной сепарации соответствует требованию изобретательного уровня, так как совокупность его существенных признаков обеспечивает способу сепарации новое качество, выражающееся в повышении эффективности процесса сепарации, что не следует явным образом из известного уровня техники.

Возможность реализации заявляемого способа поясняется схемой (см. рис.). Рабочий объем ФМЖ 1 квазиутяжеляют, помещая в сепарационную камеру 2, размещенную в неоднородном магнитном поле, сформированном магнитной системой 3. Используя вибратор 4, на квазиутяжеленную ФМЖ накладывают вибрацию. На поверхность 5 ФМЖ подают сепарируемый материал. Разделение легких 6 и тяжелых 7 частиц производят относительно эффективной плотности, сформированной на поверхности 5. Разделительную перегородку 8, отделяющую легкие частицы от тяжелых, располагают непосредственно у этой поверхности.

Для подтверждения промышленной применимости заявленного изобретения на экспериментальном МГ-сепараторе, состоящем из магнитной системы, формирующей неоднородное магнитное поле в воздушном клиновидном зазоре, вибролотка с ФМЖ, размещенного в этом зазоре и снабженном устройством для подачи исходного материала и съема просепарированного материала, были поставлены опыты по разделению смесей пиропа (3,5 г/см³) и арагонита (3,0 г/см³) и пиропа и флюорита (3,2 г/см³) в крупности - 2,0 + 0,5 мм.

Опыт 1. Сравнительное разделение смеси пиропа и арагонита.

С помощью мерных тел было определено, что на высоте 31 мм от дна вибролотка сформирована эффективная плотность ФМЖ, равная - 3,35 г/см³, а на поверхности ФМЖ (45 мм от дна вибролотка) - 2,75 г/см³. Установив разделительную перегородку на высоте 31 мм, провели разделение исходной смеси относительно плотности 3,35 г/см³ и, таким образом, сформировали легкий и тяжелый продукты сепарации. Извлечение пиропа в тяжелый продукт составило 81%.

Далее на поверхности ФМЖ, размещенной в вибролотке, сформировали эффективную плотность - 3,35 г/см³, разделительную перегородку максимально приблизили к поверхности ФМЖ, провели разделение однотипной исходной смеси и сформировали легкий и тяжелый продукт сепарации. МГ-сепарацию проводили, используя ФМЖ той же плотности при той же производительности и при том же уровне вибрации вибролотка, что и ранее. Извлечение пиропа в тяжелый продукт составило 92%.

Опыт 2. Сравнительное разделение смеси пиропа и флюорита.

Разделение проводилось при тех же условиях, что и в опыте N 1, при этом в первом случае в тяжелый продукт сепарации извлеклось 76% пиропа, а во втором - 90%.

Источники информации

[1]. Андрес У.Д. Магнитогидростатическая сепарация зернистых смесей. М., 1967, с 5-6.

[2]. Патент США N 3.898.156, кл. В 03 В 5/00, 1975.

[3]. Авторское свидетельство СССР N 782870, кл. B 03 C 1/02, 1980.

[4]. Авторское свидетельство СССР N 908404, кл. B 03 C 1/30, 1982.

[5]. Авторское свидетельство СССР N 1719085, кл. B 03 C 1/30, 1992.

[6] . Губаревич В.Н. и др. Разработка конструкций ФГС-сепараторов и технологические исследования. - Обогащение руд, 1984, N 5, с. 17-22.

[7] . Кравченко Н.Д. и др. Влияние нестабильности магнитных свойств ФМЖ на результаты МГС-сепарации. Материалы III Всесоюзной школы семинара по магнитным жидкостям. Плес, 1983, М., МГУ, 1983, с. 138-141.

[8] . Голодняк В.А., Павкин В.П. Разработка и эксплуатация ФГС-анализаторов минерального сырья. Тезисы докладов 13 Рижского совещания по магнитной гидродинамике, г. Саласпилс, 1990, с. 155, 156.

[9] . Солоденко А. Б. Научные основы создания техники и технологии для обогащения минерального сырья в ферромагнитных коллоидах. Докт. дис. МИСИС, М., 1992.