Практическая работа " Магнитные методы обогащения"

Дисциплина: Технологический процесс обогащения полезных ископаемых

Дата: 2.09.2021г

Группа: ОПИ – 191

Преподаватель: Епифанцева В.М.

Тема №1: Магнитные методы обогащения

Магнитные методы являются основными процессами при обогащении железных руд. Кроме этого, магнитные методы применяются для обогащения различных руд и продуктов, которые необходимо разделить по магнитным свойствам. Полезным продуктом при разделении может быть как магнитный, так и немагнитный.

Магнитный метод обогащения – метод разделения минералов основанный на различии в магнитных свойствах разделяемых частиц. Магнитное обогащение осуществляется в магнитном поле, которое создают магнитные системы сепараторов.

Магнитные методы обогащения применяются:

-для обогащения черных руд и других металлов (железные, марганцевые руды и минералы россыпных месторождений);

-удаление железистых примесей из стекольного, керамического, абразивного и др. сырья (обезжелезивание неметаллических полезных ископаемых);

-регенерация тяжелосредных суспензий (извлечение магнетита и ферросилиция);

-удаление случайных железных предметов из различных продуктов обогатительных фабрик (исходный продукт дробилок, готовые концентраты сухих технологий и др.);

-переработки технологического сырья (шламы и хвосты обогатительных фабрик, шлаки металлургического производства, кабельный, радиоэлектронный и другой лом цветных и черных металлов, твердые бытовые отходы).

Разделение смесей сыпучих материалов, извлечение твердой фракции из жидкой или газообразной среды являются важными этапами различных технологических процессов переработки исходного сырья, промежуточных  или конечных продуктов. В настоящее время для этих целей применяются технические устройства – сепараторы, – принцип действия которых основан на использовании физических полей разной природы и некоторых физических свойств материалов: плотности, электропроводности, диэлектрической проницаемости, намагниченности, смачиваемости и способности к адсорбции, отражательной способности и т.д.

Перед предприятиями, на которых осуществляется обогащение руд, ставятся разные задачи. Например, необходимо получить высокую производительность оборудования, при этом качество полученного материала будет невысоким, или же наоборот, необходимо получить разделение материалов с близкими магнитными свойствами, при этом производительность будет заметно меньше.

Важной задачей перед обогатительными предприятиями при сепарации материалов является избавление от флоккул и хвостов, которые негативного влияют на производительность и качество получаемого продукта.

Флокуляция — образование рыхлых хлопьевидных агрегатов (флокул) из мелких частиц дисперсной фазы, находящихся во взвешенном состоянии в жидкой или газовой среде. На данный момент существует множество видов конструкций, которые удовлетворяют тем или иным требованиям при сепарировании продуктов. Каждые из них имеют свои достоинства и недостатки.

Магнитный метод обогащения – метод разделения минералов в магнитном поле, основанный на различии в магнитных свойствах разделяемых частиц.

Магнитное поле – поле, действующее на движущиеся электрические заряды, а также на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения. При разделении минералов магнитное поле действует на частицы, обладающие магнитным моментом (кроме феррогидростатической и электродинамической сепарации). Величину силового поля характеризует магнитная сила.

Магнитная сила – сила, обусловленная взаимодействием магнитного поля и магнитным моментом частицы. Иногда магнитную силу называют пондеромоторной магнитной силой. Раньше пондеромоторными силами называли невидимые силы, способные перемещать «весомые» тела.

Магнитный момент – величина, характеризующая магнитные свойства частицы, находящейся в магнитном поле. Магнитный момент прямо пропорционален магнитным свойствам частицы, её объёму и напряженности внешнего магнитного поля. Магнитная восприимчивость (объёмная и удельная) – величина, характеризующая магнитные свойства минералов и частиц и являющаяся основным признаком разделения при магнитной сепарации.

Магнитная сепарация – процесс разделения смеси частиц с разными магнитными свойствами в магнитном сепараторе.

Магнитный сепаратор – аппарат, в котором частицы с повышенными магнитными свойствами попадают в один приёмник, а частицы с пониженными магнитными свойствами – в другой приёмник. Количество продуктов разделения в одном сепараторе может быть больше двух.

Продукты разделения смеси частиц при магнитной сепарации называют:

- магнитный – продукт с повышенными магнитными свойствами;

- промпродукт – продукт с промежуточными магнитными свойствами;

- немагнитный – продукт с пониженными магнитными свойствами.

Продукты разделения при магнитной сепарации обозначаются буквами: «м» – магнитный; «пп» – промпродукт; «н» – немагнитный.

Магнитная система сепаратора – источник магнитного поля в зоне разделения сепаратора.

Понятие магнитной восприимчивости

В электромагнетизм, то магнитная восприимвость (латинский: восприимчивый, «восприимчивый»; обозначенный χ) - это мера того, насколько материал будет намагничен в приложенном магнитном поле. Это соотношение намагничивание M (магнитный момент на единицу объема) к приложенной напряженности намагничивающего поля ЧАС. Это позволяет легко разделить на две категории реакцию большинства материалов на приложенное магнитное поле: выравнивание с магнитным полем, χ> 0, называется парамагнетизм, или выравнивание против поля, х <0, называется диамагнетизм.

Магнитная восприимчивость показывает, притягивается ли материал магнитным полем или отталкивается от него. Парамагнитные материалы выравниваются по приложенному полю и притягиваются к областям с большим магнитным полем. Диамагнитные материалы не выровнены и отталкиваются в сторону областей с более низкими магнитными полями. Вдобавок к приложенному полю намагниченность материала добавляет собственное магнитное поле, заставляя силовые линии концентрироваться в парамагнетизме или исключаться из диамагнетизма. Количественные измерения магнитной восприимчивости также дают представление о структуре материалов, обеспечивая понимание связь и уровни энергии. Кроме того, он широко используется в геологии для палеомагнитных исследований и структурной геологии.

Намагничиваемость материалов определяется магнитными свойствами на атомном уровне частиц, из которых они сделаны. Обычно здесь преобладают магнитные моменты электронов. Электроны присутствуют во всех материалах, но без какого-либо внешнего магнитного поля магнитные моменты электронов обычно либо спарены, либо случайны, так что общий магнетизм равен нулю (исключением из этого обычного случая является ферромагнетизм). Основные причины того, почему магнитные моменты электронов совпадают или не совпадают, очень сложны и не могут быть объяснены классической физикой (см. Теорема Бора – ван Левена). Однако полезным упрощением является измерение магнитной восприимчивости материала и применение макроскопическая форма уравнений Максвелла. Это позволяет классической физике делать полезные прогнозы, избегая при этом лежащих в основе квантово-механических деталей.

Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость

Если проводник с током находится не в вакууме, а другой среде, то магнитное поле изменяется. Разные вещества в магнитном поле сами способны стать источниками поля. Суммарное магнитное поле - это сумма полей, которые создаются проводниками с токами и намагниченной средой. Вещества способные к намагничиванию называют магнетиками. Причиной намагничивания являются имеющиеся во всех атомах молекулярные токи.

Магнитная восприимчивость вещества

Полная магнитная индукция в магнетике равна:

B¯¯¯¯=μ0H¯¯¯¯¯+μ0J¯¯¯(1),B¯=μ0H¯+μ0J¯,

где J¯¯¯J¯ - вектор намагниченности вещества; H¯¯¯¯¯H¯ - напряженность магнитного поля; μ0μ0 - магнитная постоянная. Направления векторов J¯¯¯J¯ и H¯¯¯¯¯H¯ в общем случае могут быть не одинаковыми. Для изотропных магнетиков имеем:

J¯¯¯=ϰH¯¯¯¯¯(2),J¯=ϰH¯,

где ϰϰ - безразмерна скалярная величина, зависящая от рода магнетика и его состояния, которую называют магнитной восприимчивостью вещества.

Магнитная проницаемость вещества

Допустим, что вещество однородно и им заполнено все пространство, где имеется магнитное поле. Обозначим, как L0 L0 индуктивность контура в вакууме, LL - индуктивность того же контура в веществе, в котором присутствует магнитное поле. Тогда отношение:

LL0=μ(3)LL0=μ

называется относительной магнитной проницаемостью (или просто магнитной проницаемостью) вещества.

Магнитная проницаемость - это физическая величина, зависящая от рода вещества и его состояния, характеризующая магнитные свойства вещества.

Вводится магнитная проницаемость аналогично диэлектрической проницаемости (εε). В таком случае параметр μμ, есть отношение абсолютных магнитных проницаемостей исследуемого вещества и вакуума (μ0μ0).

Параметр μμ - это безразмерная величина. При этом абсолютная магнитная проницаемость (μaμa) равна:

μa=μ⋅μa(4).μa=μ⋅μa.

Единицей измерения абсолютной магнитной проницаемости является:

[μa]=Гнм.[μa]=Гнм.

1 ГнмГнм - это магнитная проницаемость вещества, в которой при напряженности магнитного поля равной 1 АмАм создается магнитная индукция 1 Тл.

Вещество оказывает влияние на индуктивность контура, это говорит, о том что при изменении среды изменяется магнитный поток, который пронизывает контур, следовательно, изменяется величина магнитной индукции поля. Если магнитная проницаемость вещества равна μμ, то при той же силе тока в контуре индукция в μμ раз больше, чем в вакууме:

B¯¯¯¯=μμ0H¯¯¯¯¯(5).B¯=μμ0H¯.

Эмпирически получено, что магнитная проницаемость в большинстве случаев μμ мало отличается от единицы. Эта величина может быть больше и меньше единицы. Вещества, которые имеют μ>1,μ>1, называют парамагнетиками. При μ<1μ<1 мы имеем диамагнетики. Для этих веществ магнитная проницаемость постоянная и не зависит от индукции внешнего поля. Парамагнитные вещества увеличивают магнитный поток, что означает ориентацию молекулярных токов вдоль внешнего поля.

У ферромагнитных веществ магнитная проницаемость достигает больших значений (много больших, чем у пара и диа - магнетиков). Кроме этого магнитная проницаемость ферромагнетиков зависит от напряженности внешнего магнитного поля.

Магнитная проницаемость вещества связана с магнитной восприимчивостью соотношением:

μ=1+ϰ 

Примеры решения задач:

Задание 1. 

Исследуя магнитную жидкость, ее наливают в трубку, изображенную на рис.1. Один из концов трубки размещают между полюсами электромагнита. Когда магнит включают, то жидкость может подниматься в колене A или опускаться. От чего это зависит?

Решение. Жидкость в колене A поднимается или опускается в зависимости от того является она парамагнетиком или она диамагнетик. Так как парамагнитная жидкость будет втягиваться в область с максимальной индукцией магнитного поля, тогда как диамагнитная жидкость выталкивается в область слабого поля. В парамагнитных веществах ориентация элементарных токов происходит так, что магнитный поток молекулярных токов усиливает магнитный поток внешнего ориентирующего поля. Парамагнетики притягиваются к магниту (как и ферромагнетики). Диамагнитные тела уменьшают магнитный поток, так как в диамагнитном теле при воздействии внешнего поля появляются элементарные токи, имеющие такое направление, что их магнитное поле противоположно направлено внешнему полю. Действие внешнего магнитного поля на диамагнетики противоположно действию парамагнитные тела, диамагнетики отталкиваются от магнита.

Задание 2. 

По круговому витку с током, имеющему радиус RR, находящемуся в веществе, течет ток силой II. Намагниченность в центре этого контура равна JJ. Какова магнитная восприимчивость вещества? Вещество считайте изотропным магнетиком.

Решение. Напряженность магнитного поля в центре кругового витка с током равна:

H=I2R(2.1).H=I2R(2.1).

Для изотропного магнетика можем записать, что:

J=ϰH (2.2).J=ϰH (2.2).

Подставим правую часть (2.1) вместо HH в уравнение (2.2) выразим магнитную восприимчивость вещества:

J=ϰI2R→ϰ=2JRI.J=ϰI2R→ϰ=2JRI.

Ответ. ϰ=2JRI

Задание 3.

Вычислить процентное содержание железа и пустой породы в руде, содержащей 85,63% закиси-окиси железа Fe3O4.

Решение.

Чтобы найти содержание магнетита и пустой породы в данной руде, нужно иметь в виду, что в 100 кг руды содержится 85,63 кг Fe₃O₄, следовательно, количество пустой породы равно:

100-85,63=14,37 (кг)

Находим количество железа, содержащееся в 85,63 кг Fe₃O₄.

В молекуле Fe₃O₄ содержится 3 атома Fe. В 232 кг Fe₃O₄ (232 - молекулярная масса Fe₃O₄) содержится 168 кг Fe (168 - масса 3 атомов Fe), а в 85,63 кг Fe₃O₄ - х кг Fe.

Следовательно, что составляет 62%

Тема №2: Магнитные методы обогащения.

Практическая работа.

Ответить на вопросы:

1. Дайте определение магнитному методу обогащения

2. Дайте определение магнитной восприимчивости

3. Чем определяется намагничиваемость материалов?

Решить задачи:

4. Сколько двусернистого железа FeS₂ содержится в природном колчедане, если по данным анализа серы в нем 42%?

5. Сколько тонн бурого железняка потребуется для выплавки 5000 т передельного чугуна, содержащего 92% железа? По аналитическим данным, бурый железняк сдержит 80% лимонита 2Fe₂O₃ 3H₂O.

Домашнее задание:

1.   Написать конспект, выписать главные определения в словарик по обогащению полезных ископаемых.

2.   Решить задачи и ответить на вопросы, отправить в течении дня  на электронную почту [e-mail] или ВАЦАП [phone]

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Кармазин, В. И. Магнитные, электрические методы и специальные методы обогащения полезных ископаемых / В. И. Кармазин, В. В. Кармазин. -М.: Недра, 2005. - 669 с.

2. Чантурия, В. А. Проектирование ОФ.: учеб. для вузов: т. 1, / В. А. Чантурия.

Краткое описание документа:

Ответить на вопросы: 1. Дайте определение магнитному методу обогащения 2. Дайте определение магнитной восприимчивости 3. Чем определяется намагничиваемость материалов? Решить задачи: 4. Сколько двусернистого железа FeS2 содержится в природном колчедане, если по данным анализа серы в нем 42%? 5. Сколько тонн бурого железняка потребуется для выплавки 5000 т передельного чугуна, содержащего 92% железа? По аналитическим данным, бурый железняк сдержит 80% лимонита 2Fe2O3 3H2O.