Теоретические основы магнитного обогащения руд

27.11.2019

Магнитное обогащение представляет собой процесс разделения минеральных частиц п магнитном поле, основанный на использовании различий в их магнитных свойствах. Магнитные методы применяются для обогащения железных (главным образом магнетитовых), марганцевых, медноникелевых и вольфрамовых руд, а также для доводки концентратов руд редких металлов, регенерации ферромагнитных утяжелителей в установках для разделения в тяжелых суспензиях, для удаления железистых примесей из кварцевых песков и др. Магнитному обогащению подвергается обычно материал крупностью 50(100) — 0,1 мм и ниже. Процесс осуществляется в водной или воздушной среде. В магнитном поле магнитные минеральные частицы намагничиваются и притягиваются полюсами магнитов. Частицы немагнитных минералов не намагничиваются и свободно выводятся из магнитного поля.

Магнитным полем называется пространство, в котором обнаруживается действие магнитных сил. Магнитное поле возникает вокруг проводников с электрическим током и вокруг постоянных магнитов. Причиной появления магнитного поля является движение электрических зарядов. При этом в отличие от электрического поля, которое создается неподвижными электрическими зарядами, магнитное поле появляется лишь при движении зарядов (макроскопические токи в проводах, микроскопические токи в веществе, движущиеся в вакууме или среде заряженные частицы). Магнитное поле постоянных магнитов также вызвано движением электрических зарядов (в атомах ферромагнетика).

Магнитное поле тока можно наблюдать, если пропустить проводник через гладкую горизонтальную пластину (например, стеклянную), поместив на нее вокруг вертикального проводника с током магнитные стрелки или мелкие железные опилки (рис. 62). Все стрелки будут располагаться по замкнутым окружностям. При легком постукивании по пластине опилки располагаются вокруг проводника аналогично магнитным стрелкам. Линии, по которым располагаются опилки, называют линиями напряженности H магнитного поля, являющейся силовой характеристикой поля. Вместо магнитных стрелок можно взять рамку с током (рис. 63), играющую в теории магнитного поля ту же роль, что и «пробный» заряд в теории электрического поля («пробный контур»). При пропускании по контуру тока i1 он под действием вращающего момента сил поворачивается, стремясь стать так, чтобы плоскость контура и плоскость, в которой лежит прямой проводник с током i, совпали. При этом в той стороне рамки, которая расположена ближе к проводнику, направления токов i и i1 совпадают. Величину, пропорциональную произведению тока в контуре на площадь, охватываемую контуром, называют магнитным моментом замкнутого тока Р:
Теоретические основы магнитного обогащения руд

где u0 — магнитная проницаемость вакуума.

Многочисленные опыты показывают, что вращающий момент М, действующий на контур с током в магнитном поле, пропорционален произведению величины тока i в проводнике на магнитный момент замкнутого тока P:M = iP. Ho ток i может действовать на рамку с током i1 только посредством созданного им магнитного поля, т. е. вращающий момент M пропорционален напряженности. Отсюда напряженность магнитного поля H определяют как отношение максимальной величины вращающего момента, действующего на рамку с током, к ее магнитному моменту:

За единицу напряженности магнитного поля принимают напряженность такого поля, в котором на рамку с током, магнитный момент которой равен единице, действует вращающий момент, максимальное значение которого в вакууме равно единице. В системе СИ единицей напряженности магнитного поля является ампер на метр (А/м), в системе СГСМ — эрстед (Э).

Напряженность магнитного поля H есть вектор; его направление совпадает с вектором магнитного момента замкнутого тока Р. За направление вектора P принято направление, по которому перемещается буравчик, если движение его ручки совпадает с направлением тока (направление нормали n к контуру с током, см. рис. 63). Вектор напряженности в любой точке поля направлен по касательной к линии напряженности.

Магнитное обогащение осуществляется в магнитных сепараторах, характерной особенностью которых является наличие в их рабочей зоне магнитного поля, создаваемого системами из постоянных магнитов или электромагнитов с обмоткой, питаемой постоянным током. Связь между напряженностью H в данной точке магнитного поля и электрическим током i, проходящим через проводник, выражается законом Лапласа—Био-Савара. Частным случаем этого закона являются формулы, определяющие напряженность магнитного поля в центре кругового тока (ток протекает по кругу радиуса R)

и напряженность поля прямолинейного проводника с током i на расстоянии R от проводника

Последняя формула также определяет единицу напряженности. Ампер на метр — напряженность поля, создаваемая током в 2п ампер, протекающим в бесконечно длинном прямолинейном проводнике, на расстоянии одного метра от этого проводника. Для практических целей более удобна единица ампер на сантиметр: А/см = 1,25 Э.

Увеличение тока в обмотке сепаратора сопровождается ростом напряженности.

По характеру изменения напряженности магнитные поля делятся на однородные и неоднородные. В однородном магнитном поле напряженность одинакова по величине и направлению, в неоднородном — изменяется по величине и направлению (рис. 64). Для создания однородного или неоднородного поля используют магнитные системы определенной формы и с определенным расположением полюсов. По сравнению с однородным в неоднородном магнитном поле на магнитные частицы действуют дополнительные силы притяжения в направлении более интенсивных участков поля. Поэтому магнитное обогащение осуществляется только в неоднородном по напряженности поле.

Произведение u0 на H называется магнитной индукцией вакуума B0; B0 = u0Н. Индукция — магнитный поток через единицу площади. Единицей измерения магнитной индукции в системе СИ является тесла, в системе СГСМ — гаусс. Гаусс — индукция в магнитном веществе (В = uH). проницаемость которого u при напряженности поля 1/р, 1 эрстед. 1 тесла (T) = 1 вебер (Вб)/1 м2. Вебер — магнитный поток, появление или исчезновение которого в течение 1 с создает в охватывающем его единичном проводнике э. д. с. индукции, равную 1 В.

Введение в магнитное поле вещества проницаемостью р (величина безразмерная) увеличивает индукцию в р раз, но не изменяет напряженности поля. Магнитная проницаемость вещества характеризует его магнитные свойства.

По магнитным свойствам все вещества делят на ферромагнитные, парамагнитные и диамагнитные. Принадлежность вещества к той или иной группе определяют процессы в атомах, молекулах и кристаллах.

Магнитная проницаемость у ферромагнитных веществ (железо, никель, кобальт и кадмий) много больше единицы. Парамагнитные вещества (хром, марганец, олово, платина, редкоземельные элементы и др.) обладают магнитной проницаемостью, несколько большей единицы, диамагнитные (висмут и др.) — несколько меньшей единицы.

Если в магнитное поле внести ферромагнитное вещество, магнитное поле существенно искажается. При внесении в магнитное поле пара- и диамагнитных веществ оно искажается незначительно. Соответственно ферромагнитные вещества испытывают значительные силы со стороны магнитного поля, пара-и диамагнитные вещества — меньшие.

Любое ферромагнитное тело, помещенное в магнитное поле, намагничивается в той или иной степени и становится магнитом с двумя полюсами. Намагничивание проявляется в приобретении телом магнитного момента. Обладая магнитным моментом, тело в однородном магнитном поле поворачивается таким образом, чтобы направление момента совпадало с направлением поля, а в неоднородном магнитном поле, кроме того, тело движется вдоль силовых линии. Обычно нас интересует не тело случайной формы, а вещество, поэтому магнитный момент тела пересчитывают на единицу объема вещества. Магнитный момент единицы объема вещества называют намагниченностью J.

Отношение намагниченности J к напряженности поля H называется объемной магнитной восприимчивостью вещества н:

Магнитные восприимчивость и проницаемость связаны равенством u = 1 + х. Магнитная восприимчивость характеризует способность тел к намагничиванию, что очень важно для магнитного обогащения. У дна- и парамагнитных веществ магнитная восприимчивость очень мала и почти не зависит от напряженности поля. Для диамагнитных тел х величина отрицательная, для парамагнитных — положительная. У ферромагнитных веществ магнитные восприимчивость и проницаемость очень сильно зависят от напряженности магнитного поля. С ростом напряженности магнитного поля от нуля намагниченность ферромагнитного вещества растет вначале быстро, затем медленнее и. наконец, наступает так называемое состояние насыщения, при котором дальнейший рост напряженности поля практически уже не увеличивает намагниченности. Вместе с тем при достижении состояния магнитного насыщения индукция ферромагнитного вещества продолжает увеличиваться за счет роста напряженности поля В = u0H+J. Если при этом снять напряженность поля, то магнитная индукция не становится равной нулю, а сохраняет некоторое значение (остаточная индукция). Отставание изменения индукции от изменения напряженности поля называется магнитным гистерезисом.

Для размагничивания ферромагнитного вещества нужно создать магнитное поле противоположного направлении. Напряженность поля, при которой индукция В становится равной нулю, называется коэрцитивной силой.

Остаточная индукция (остаточная намагниченность) и коэрцитивная сила являются важными характеристиками ферромагнитных тел. По величине коэрцитивной силы магнитные материалы делят на магнитно-мягкие (коэрцитивная сила от нескольких тысячных до двух ампер на сантиметр) и магнитно-жесткие (коэрцитивная сила от нескольких десятков до нескольких тысяч ампер на сантиметр). Из магнитно-мягких материалов изготовляются сердечники электромагнитных систем сепараторов, из магнитно-жестких — постоянные магниты.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна