Магнитные свойства минералов и факторы, влияющие на процесс магнитного обогащения руд

27.11.2019

Технологическая классификация минералов по магнитным свойствам с точки зрения их магнитного обогащения несколько отличается от общепринятого деления всех веществ в физике на ферромагнитные, парамагнитные и диамагнитные. Обусловлено это тем, что в процессе магнитного обогащения в магнитные продукты извлекаются только ферромагнитные и парамагнитные минералы с достаточно высокой магнитной восприимчивостью.

По магнитным свойствам минералы в практике делят на четыре группы (табл. 2): сильномагнитные, или ферромагнитные (удельная магнитная восприимчивость X превышает 3*10в-3 см3/г), магнитные (Х от 10в-4 до 60*10в-6 см3/г), слабомагнитные (Х менее 60*10в-6 см3/г) и немагнитные (Х менее 15*10в-6 см3/г).

Чем больше разница магнитной восприимчивости отдельных минералов, тем легче разделяются они в магнитном поле, причем чем выше магнитная восприимчивость, тем меньшая потребуется напряженность поля для разделения минералов.

Сильномагнитные минералы весьма эффективно извлекаются в магнитный концентрат на сепараторах с относительно слабым магнитным полем напряженностью до 120 кА/м (около 1500 Э). Сюда прежде всего относятся магнетитовые железные руды, обогащаемые преимущественно магнитными методами. Следует отметить, что помимо природного магнетита сильномагнитными свойствами обладают также искусственные магнетит и маггемит, получаемые в результате обжига слабомагнитных минералов железа (карбонатов, окислов и гидроокислов) в присутствии газообразных или твердых восстановителей.
Магнитные свойства минералов и факторы, влияющие на процесс магнитного обогащения руд

Ферромагнитный минерал, как и любое ферромагнитное тело, в магнитном поле намагничивается и становится магнитом с двумя полюсами. Работа намагничивания единицы объема ферромагнитного минерала при изменении индукции от 0 до некоторого значения B1, изображенного на кривой точкой D (рис. 65), графически выражается площадью между кривой намагничивания и осью ординат. При намагничивании ферромагнитного минерала ему сообщается анергия на создание магнитного поля внутри минерала и вне его. Магнитная сила, действующая на минеральные частицы в магнитном поле, определяется потенциальной энергией, приобретенной единицей объема минерала во время его намагничивания:

Учитывая неоднородность магнитного поля в сепараторах, удельную силу притяжения минерала обычно записывают в виде

где с — коэффициент неоднородности магнитного поля.

По аналогии с силой притяжения между сердечником и якорем электромагнита, силу притяжения частицы ферромагнитного минерала к полюсу электромагнита можно также представить в виде

где S — сечение электромагнита.

Чтобы магнитные зерна притягивались к электромагниту, действующая на них магнитная сила притяжения должна превосходить силу тяжести, а также сопротивление среды движению частиц, силу молекулярного сцепления частиц и другие механические силы.

Магнитные свойства сильномагнитных минералов зависят от геометрической формы и крупности их частиц. Если снимать кривую намагничивания с небольшого образца ферромагнитного минерала, откладывая на оси абсцисс напряженность внешнего поля Н, а на оси ординат — намагниченность J, то полученная кривая не будет истинной кривой намагничивания минерала, а будет характеризовать только данный образец (кривая намагничивания идет более наклонно, чем для образца из того же минерала, но отличающегося большой длиной при малом поперечном сечении). Причиной этого является возникновение так называемого размагничивающего поля короткого образца, которое уменьшает действующее внутри образца магнитное поле. Величина размагничивающего поля H0 = NJ, где N — размагничивающий коэффициент, зависящий от формы частиц. Значение коэффициента N изменяется от 1 до 0, причем с увеличением отношения длины образца к его сечению размагничивающий коэффициент уменьшается. Для частиц измельченного магнетита, обычно несколько вытянутых в одном направлении, размагничивающий коэффициент принимают в среднем равным 0,16; для частиц шарообразной формы он равен 0,333. Истинно намагничивающее минерал поле (внутреннее поле образца) h меньше внешнего поля Н на величину размагничивающего поля H0:

Измерив при некотором внешнем поле напряженностью H намагниченность У, можно по этой формуле найти истинное намагничивающее поле напряженностью h.

Практически напряженность внутреннего поля, намагничивающего частицы магнетита при обогащении магнетитовых руд в промышленных сепараторах, может составлять около 60% напряженности внешнего магнитного ноля (напряженность последнего, как отмечено, 80—120 кА/м).

С уменьшением крупности частиц магнетита снижается удельная магнитная восприимчивость Х (и возрастает коэрцитивная сила), что объясняет потери с хвостами обогащения тонких фракций магнетита.

Удельная магнитная восприимчивость сростков магнетита с немагнитными и слабомагнитными минералами определяется процентным содержанием магнетита в сростках и быстро возрастает с повышением содержания магнетита. Удельную магнитную восприимчивость сростков Хср приближенно можно рассчитать по формуле

где а — содержание магнетита в сростке, %.

Подавляющее количество сильномагнитных минералов связано с железом. Помимо магнетита (и маггемита) ферромагнитны пирротин и ферросилиций, извлекаемые в практике обогащения в магнитные концентраты. Несмотря на то что их удельная магнитная восприимчивость в 10 и более раз ниже восприимчивости магнетита, они эффективно обогащаются в магнитных сепараторах со слабым полем. При этом, поскольку намагниченность ферросилиция в большей степени зависит от содержания в нем кремния (с повышением содержания кремния намагниченность резко падает), извлечение ферросилиция на сепараторах со слабым полем возможно при содержании в нем кремния не более 30%. Следует также отметить, что сильные магнитные свойства пирротина (в том числе никельсодержащего) используются в практике обогащения руд цветных металлов для выделения соответствующих магнитных продуктов.

Крупность поступающих на обогащение сильномагнитных руд может достигать 100 мм (иногда выше).

Для тонких частиц сильномагнитных минералов при обогащении в магнитном поле сепаратора характерна магнитная флокуляция, приводящая к образованию прядей (цепей), вытянутых в направлении силовых линий ноля. Магнитная восприимчивость и индукция пряди выше, чем у отдельных частиц, из которых прядь состоит, и, наоборот, размагничивающий коэффициент пряди меньше, чем у отдельной частицы. Образование магнитных прядей способствует извлечению тонких частиц в концентрат и соответственно снижению их потерь с хвостами (особенно при мокром магнитном обогащении). Однако вследствие образования неселективных флокул (в прядях запутываются тонкие немагнитные частицы) качество магнитного продукта ухудшается. Чтобы повысить его качество флокулы частично разрушают с помощью магнитной системы с полюсами чередующейся (по ходу движения руды) полярности. Разрушению флокул способствует уменьшение шага полюсов и увеличение скорости перемещения магнитных частиц.

При выходе из магнитного поля сепаратора сильномагнитные минералы частично сохраняют свою намагниченность (остаточная индукция), что также приводит к образованию флокул. Если при этом соответствующие продукты магнитных сепараторов направляются на измельчение, то затрудняется классификация пульпы, содержащей магнитные флокулы. Для устранения отрицательного влияния явлений магнитной флокуляции устанавливаются размагничивающие аппараты. Практикуется также размагничивание тонких магнетитовых концентратов перед процессом фильтрования, что снижает влажность кека и повышает производительность фильтров. Наоборот, для ускорения осаждения сильномагнитных частиц перед обесшламливанием пульпу намагничивают в специальных аппаратах.

В отличие от сильномагнитных минералов магнитные свойства магнитных и слабомагнитных минералов не зависят от напряженности магнитного поля и от формы частиц. Из группы магнитных и слабомагнитных минералов для практики магнитного обогащения наиболее важны ильменит, вольфрамит, марганцевые (родохрозит, псиломелан, пиролюзит) и железные (гематит, сидерит, бурый железняк) минералы. Напряженность магнитного поля, обеспечивающая притяжение слабомагнитных минералов, в десятки раз выше напряженности для сильномагнитных минералов. Практически для извлечения магнитных и слабомагнитных минералов напряженность поля сепараторов должна быть 800—1600 кА/м (магнитные сепараторы с сильным полем). Крупность поступающих на обогащение слабомагнитных руд редко превышает 6 мм.

Эффективность магнитного обогащения повышается, если перед обогащением исходный материал классифицируют но крупности. Например, предварительное грохочение слабомагнитной марганцевой руды крупностью —5 мм на классы —5 +3 мм и — 3 мм позволяет повысить извлечение марганца на 5—6% и его содержание в концентрате на 1%. При обогащении сильномагнитных руд крупностью — 50 мм или —25 мм грохочение рекомендуется проводить по классу 6(8) мм.

Для мелких и тонковкрапленных руд применяют обеспыливание и обесшламлинание для удаления тонких частиц (—30 мкм), трудно поддающихся разделению. Обесшламливание тонкоизмельченных руд осуществляют в магнитных конусах или в гидросепараторах (обычно с применением предварительного намагничивания для ускорения осаждения частиц магнетита); со сливом удаляются преимущественно минералы пустой породы.

Для намагничивания пульпы применяют специальные намагничивающие аппараты или намагничивающие устройства, устанавливаемые непосредственно в магнитных конусах или гидросепараторах.

При сухой сепарации сильномагнитных и слабомагнитных руд отрицательное влияние на показатели обогащения оказывает повышенная влажность исходной руды. Чем меньше крупность обогащаемой руды, тем ниже должно быть содержание в ней влаги во избежание сцепления отдельных частиц и снижения результатов разделения. Практически для руды крупнее 2 мм содержание поверхностной влаги должно быть не более 5%, для руды мельче 2 мм — не более 1%. Для устранения отрицательного влияния повышенной влажности на процесс обогащения на фабриках применяют предварительную сушку руды. Иногда сушке подвергают тонкий магнетитовый концентрат мокрого магнитного обогащения перед его доводкой в сепараторах сухого обогащения.

Когда прямое магнитное обогащение слабомагнитной руды, а также другие методы ее обогащения (флотация, гравитация) не дают удовлетворительных результатов, применяется обжиг исходной руды, в процессе которого слабомагнитные минералы железа (карбонаты, окислы, гпдроокислы) переходят в сильномагнитные минералы — магнетит или маггемит. Например, буро-железняковая руда HFe2O3*mH2O при нагревании до 300—400° С в окислительной атмосфере (в присутствии воздуха) дегидратируется и переходит в гематитовую руду, после чего при температуре около 600° С восстанавливается газообразными или твердыми восстановителями (окись углерода, водород, природный газ, бурый уголь и др.) и переходит в магнетит:

Восстановленную до магнетита руду быстро охлаждают холодным газом в восстановительной атмосфере во избежание бесполезного расхода тепла при дальнейшем нагревании и образования слабомагнитного вюстита.

Процесс обжига характеризуется содержанием железа в виде магнетита в обожженной руде. Удовлетворительно обожженной считается руда, содержащая не менее 75% общего железа в виде магнетита.

Расход топлива на обжиг руды высок и составляет 6—10% ее массы. Вместе с тем обожженная железная руда измельчается значительно легче, чем необожженная, что дает определенную экономию при измельчении тонковкрапленных руд. Ориентировочно считается, что если при магнитном обогащении обожженной руды извлечение железа превышает 80%, а его содержание в концентрате повышается минимум па 8% (по сравнению с содержанием железа в обожженной руде), то обжиг исходной руды вполне оправдан. В промышленном масштабе обжиг-магнитный способ обогащения применяется при переработке тонковкрапленных магнетито-мартито-гематитовых кварцитов. Вместе с тем в настоящее время обжиг-магнитное обогащение не получило широкого применения при производстве железных концентратов.

Магнитную сепарацию в сочетании с окислительным обжигом можно использовать для доводки алмазсодержащих концентратов. В этом случае помимо магнетита, ильменита, граната и других магнитных минералов в магнитную фракцию переходит также пирит-марказит. Магнитная восприимчивость пирита-марказита резко возрастает после его обжига в течение 30 мин при 400° С; магнитные свойства других минералов при обжиге практически не изменяются.

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