Установление закономерностей перемещения минеральных частиц в поле постоянных магнитов для разработки магнитных и магнитожидкостных сепараторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.08, кандидат технических наук Солоденко, Виктория Александровна

• Солоденко, Виктория Александровна
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Солоденко, Виктория Александровна

Оглавление

Введение________________________________________*

ГлЛИЛ 1 С лжремемпое состояние оборудования для обогащения

шлихов и магнитных полях и средах______________3

1.1 Практика обогащения золотосодержащих шлихов_____9

1.2 Проблемы разработки магнитных и магнитожид-

костных сепаратоов на постоянных магнитах_________15

1.3 Направление исследований и постановка задач_______21

ГлПВП 2 Математическое моделирование магнитных нолей

постоянных магнитов______________________25

2.1 Моделирование поля одного магнита_______________26

2.2 Моделирование системы магнита и ферромагнитного магнитопровода___________________________33

2.3 Моделирование многополюсных систем постоянных магнитов _______ _ _________________________

2.4 Бы вод 1.1____________45

Глава 3 Теоретический анализ основных параметров магнитных

и магнитожидкостных сепараторов_____________46

3.1 Аналитическое представление магнитных сил в сепараторах на постоянных магнитах______________46

3.2 Взаимодействие частиц в магнитном поле и магнитной среде_____________________________Н

3.3 Анализ движения частиц в магнитных и магнитожидкостных сепараторах______________________64

3.4 Выводы_______________________________73

Глава 4 Выбор и расчет конструктивных элементов сепараторов

на постоянных магнитах________________75

4.1 Принципиальные схемы магнитных и магнитожид-

кости 1.1 х се1 [араторов___________________________

4.2 Принципы и методика расчета основных узлов сепараторов__________________________________8<1

4.3 Описание разработанных сепараторов для обогащения золотосодержащих шлихов_____________

4.4 Выводы______________________________________за

Глава 5 Испытания и внедрения в практику созданного

оборудования______________________94

5.1 Испытания сепараторов на искусственных смесях минералов_____________________________^

5.2 Испытания сепараторов на пробах золото-олово-

с од1' |) ж а 11) и х шлихов___________________________106

5.3 Промышленные испытания и внедрение сепараторов в практику золотодобычи___________________Ш

5.4 Выводы___________________________________иэ

Заключение__________________________________120

Си исок л ите рату ры________________________________т

Приложения____________________________________ш

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Установление закономерностей перемещения минеральных частиц в поле постоянных магнитов для разработки магнитных и магнитожидкостных сепараторов»

ВВЕДЕНИЕ

Одним ил условии подыми и стаЬмл!г.ии|пм зкопомики РФ является увеличение объема добычи из недр благородных металлов. В связи с :-у|'им вопрос эффективности технологии и (оборудования для переработки золотосодержащих продуктов представляется чрезвычайно важным. Технология обогащения золотоносных песков россыпных месторождений включает, как правило, первичное обогащение на шлюзах с получением серых или черных шлихов, т.е. суточных съемов разного качества в зависимости от технологии последующем их обработки. Если золотодобывающее предприятие имеет свое доводочное отделение (ШОУ или ШОФ), то со шлюза ежесуточно снимается серый шлих, т.е. концентрат низкого качества, содержащий значительное количество пустой породы. Этот продукт в доводочном отделении с помощью концентрационных столов, отсадки, шлюзов и подшлюзков механически обогащается до черного шлиха, содержащего лишь тяжелые минералы. Если ШОФ на предприятии отсутствует, то операция доводки серого шлиха осуществляется вручную непосредственно па шлюзе во время съемки разЬутормванпем постели и промывкой ковриков в определенном порядке. [ 1,2]

Извлечение свободного золота из черных шлихов в обоих случаях осуществляется вручную на вашгерде скребками, частично -щетками на концентрационном столе. Магнитные минералы при :>том убираются также' вручную постоянным!I магнитами. Хвосты вашгерда после' многократных перечисток сдают па металлурггческий передел или доводят ртутной амальгамацией. Очистку золота осуществляют с помощью отдувки также ручной в большинстве случаев. Обе операции вредны и малоэффективны.

В последние годы вместо амальгамации и отдувки псе чаще используют процессы извлечения свободного колота с помощью магнитных и магпитожмдкостпых сепараторов (МО и МЖС). В первом случае из шлихов 11еоднор< >дп ым магнитным полем выделяются сильно- и слабомагнитные минералы. Во »тором случае с

помощью магнитного поля и магнитной жидкости из шлихов удаляются все сопутствующие компаненты легче золота. Оба метода являются комбинированными магнито-гравитационными и по физической сути отличаются лишь тем, что МЖС (магнитож ид костная сепарация) осуществляется в среде с большей магнитной восприимчивостью, чем МС (магнитная сепарация). По этому основой магнитной сепарации является сила магнитного притяжения, а основой МЖС - сила магнитного выталкивания. В этой связи МЖ-сепарацию иногда называют обратной магнитной сепарацией. Формально это справедливо, поскольку физическая сущность процессов описывается одними и теми же уравнениями. Различие состоит в том, что в магнитной сепарации на частицы действуют главным образом объемные силы, в МЖС - поверхностные силы выталкивания. По аналогии с гравитационным обогащением процесс МЖС часто называют сепарацией в псевдоутяжеленных средах.

В практике обогащения золотосодержащего сырья используют магнитные и МЖ-сепараторы, выполненные на базе мощных, громоздких и энергоемких электромагнитов. 'Ото оборудование является дорогим, сложным, требует квалифицированного обслуживающего персонала и стационарных условий эксплуатации. Все это препятствует широкому распространению магнитных методов обогащения особенно в условиях реорганизации золотодобывающих объединений на множество малых самостоятельных предприятий.

I 1[к-одолепие указанных недостатков возможно переводом магнитных и МЖ-сепараторов па постоянные магниты из новых высококоэрцетивных сплавов на базе редкоземельных элементов. Современные технологии порошковой металлургии создают сплавы с огромной магнитной энергией 200кТ/Ам и более. [3] За рубежом использование редкоземельных магнитов в обогатительной технике считается приоритетным направлением модернизации оборудования. Работы ученых и конструкторов отечественных фирм "Роснедра" (Москва), "Грант" (Наро-Фоминск), "Геос" (Владикавказ) подтверждают правильность выбранной ориентации в совершенствовании магнитных и магнитож ид костных сепараторов.

Однако использование постоянных магнитов в технике МЖС требует решения целого ряда теоретических, технологических и практических вопросов. 1 1аиболес важным при этом являются: разработка падежных аналитических методов расчета систем постоянных магнитов, изучение гидростатики ферроколлоидов в поле постоянных магнитол, поведения частиц и агрегатов в объеме ФМЖ (ферромагнитной жидкости), конструктивная проработка разных схем МЖ-сепараторов, их всесторонние испытания в лабораторных и промышленных условиях.

Работы ученых и конструкторов РФ, выполняемые в последние годы и III Ю "Гран" (I 1а ро -Фоминск), "Геос" (Владикавказ) и др., в значительной мере продвинули проблему перевооружения процессов магнитной и МЖ-сепарации. Однако, проблем остается еще очень много, и созданные на уровне экспериментальных и опытных образцов сепараторы пока далеки от совершенства.

1 [елью диссертационной работы является повышение эффективности извлечения благородных металов в сепараторах на постоянных магнитах за счет использования в процессе их разработки точных аналитических методов расчета и достоверных э к сп е р име н талы I ы х да н н I >1 х.

Практическая значимость работы заключается в создании магнитных и магнитожидкостпых сепараторов на постоянных магнитах, превосходящих по своим технико-экономическим показателям применяемые методы и аппараты в технологии переработки золотосодержащих шлихов. Качество и эффективность созданных аппаратов должно соответствовать уровню и условиям их серийного производства.

В результате выполненных исследований уточнены известные и разработаны новые методы расчета магнитных полей различных систем постоянных магнитов, изучено распределение магнитных сил в рабочем пространстве сепараторов па постоянных магнитах, установлены наиболее важные закономерности взаимодействия, перемещения и разделения минеральных частиц в поле постоянных магнитов, дана сравнительная оценка различных конструктивных схем магнитных и МЖ-сепараторов, разработаны принципы и методика расчета их основных узлов, на базе которых создано и

передано к серийное производство новое оборудование для обогащения золотосодержащих шлихов.

Лабораторными и промышленными испытаниями показана высокая эффективность разделения минералов по плотности и магнитным свойствам с помощью разработанных аппаратов. Промышленная эксплуатация созданного оборудования на предприятиях золотодобывающей отрасли обеспечивает дополнительное извлечение десятков киллограммои золота, что подтверждает его высокую техпико экономическую эффективность.

Основными положениями диссертационной работы которые выдвигаются на защиту являются:

1. Математическая модель магнитного поля в рабочем пространстве сепараторов па постоянных магнитах.

2. Аналитическое выражение силового режима в рабочих зонах магнитных и мпгнитожидкостных сепараторов.

Теоретические закономерности поведения, взаимодействия и перемещения минеральных частиц в поле постоянных магнитов в магнитной разделительной среде.

4. Принципы, методы и программа расчета на ЭВМ основных параметров и узлов сепараторов на постоянных магнитах.

5. Новые конструкции магнитных и магнитожидкостных сепараторов. Результаты их лабораторных и промышленных испытаний.

По теме диссертации опубликовано 7 статей. Основные положения работы доложены и обсуждались:

- на Международной конференции "Забайкалье на пути к устойчивому развитию: экология, ресурсы, управление" Чита, ЧГТУ, 1997.

- на Международном совещании "Энергетические методы управления свойствами минералов в процессах переработки руд и алмазов" I {овосибирск, ИТД СО РЛ11, 1997.

- на Международном симпозиуме специалистов горного дела "Неделя горняка" Москва, МП'У, 1997,1998.

- на Республиканской научно-технической конференции СевероКавказского государственного технологического университета, Владикавказ, 1997,1998.

на научно-технических совещаниях ДБНЦ РАН (Ьлаго»ещенск,1997), НПО "Новые технологии" (Хабаровск,!997), золотодобывающей артели "Александровская" (Зея, 1997)

Исследования представленные в диссертации проводились в соответствие с планом научно-исследовательских работ кафедры "Горной механики и транспорта" Московского государственного горного университета.

Заключение диссертации по теме «Обогащение полезных ископаемых», Солоденко, Виктория Александровна

5.4. ВЫВОДЫ

1. Лабораторными испытаниями разработанных сепараторов на искусственных смесях установлена высокая эффективность разделения минералов разной магнитной восприимчивости и плотности. Определены количественные взаимозависимости конструктивных и технологических параметров. Построены статистические модели процессов МС и МЖС.

2. Испытания сепараторов на геологических пробах золото-оловоносных песков показали возможность извлечения из шлихов до 99% золота и 89% олова в товарные шлиховые продукты. Показано влияние крупности шлихов на эффективность их обогащения в сепараторах на постоянных магнитах.

3. По результатам промышленных испытаний разработаные сепараторы успению внедрены в практику золотодобычи на промучастках приисков "Кербинский", артели "Александровская" и в доводочном цехе ДВНЦ РАН в Хабаровском крае и Амурской области. Это обеспечило значительное повышение извлечения золота и улучшение условий труда. го

Заключение

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи установления закономерностей перемещения частиц в магнитных полях постоянных магнитов и псевдоутяжеленных ферроколлоидах, позволившее разработать магнитные и МЖ-сепараторы обеспечивающие повышение технико-экономических показателей и улучшение труда при переработке золотосодержащих шлихов.

На основании выполненных исследований сделаны следующие выводы:

1. Установлена целесообразность дальнейшего развития методов извлечения свободного золота с помощью магнитных и магнитожидкостных сепараторов. Определены недостатки применяемой при этом техники. Обоснован вывод о целесообразности перевода сепараторов на постоянные магниты. Для этого необходимо разработать новые методы расчета магнитных конструктивных и технологических параметров МС и МЖС. Это возможно на базе глубоких теоретических и экспериментальных исследований наиболее важных факторов, закономерностей и особенностей применения постоянных магнитов в конструкции сепараторов. Решение этих вопросов послужило предметом настоящей диссертации.

2. Разработана методика, расчетные формулы и программы для ЭВМ по моделированию магнитного поля различных систем постоянных магнитов.

3. Дано аналитическое определение сил, действующих в магнитном поле и магнитной среде при использовании постоянных магнитов.

4. Установлены закономерности взаимодействия и перемещения минеральных частиц в поле постоянных магнитов, включая свободное движение и вынужденное под действием вибрации.

5. Определены рациональные схемы сепараторов на постоянных магнитах. Разработаны принципы, последовательность и методика расчета основных узлов магнитных и МЖ-сепараторов.

6. Разработаны, изготовлены и всесторонне испытаны оригинальные образцы магнитных и МЖ-сепараторов на постоянных магнитах. Внедрение этих аппаратов в практику шлиходоводки на трех объектах золотодобычи в Амурской области и Хабаровском крае позволило существенно увеличить количество добытого металла и значительно улучшить условия труда. Организовано малосерийное производство созданного оборудования. Рассмотрены многочисленные примеры его промышленной эксплуатации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Солоденко, Виктория Александровна, 1998 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Неганов В. П. и др. Технология разработки золоторудных месторождений. М. Недра, 1995, 331 с.

2. Чантурия В.А. Технология переработки руд и россыпей благородных металлов. Цветные металлы, 1996, №2 С. 7

3. Кармазин В.В., Кармазин В.Н. Магнитные методы обогащения. М., 1984, 99-116, 416 с.

4. Андрее У.Ц. Магнитогидродинамическая сепарация зернистых смесей. М., Недра, 1974, 476 с.

5. Шохин В.Н. Новое в теории и технологии обогащения руд в суспензиях. М., 1977, 128 с.

6. Гуляихин Е.В., Солоденко A.B., Бочкарев Г. Р. Сепарация минерального сырья в псевдоутяжеленных средах. Новосибирск, 1984, 140 с.

7. Кравченко Н.Д., Чернобаев В.М. Разделение отходов легких и тяжелых цветных металлов по плотности в магнитных жидкостях. М., 1983, 58 с.

8. Губаревич В.Н. Разделение материалов в магнитной жидкости. М., Недра, 1987, 87 с.

9. Бинс К., Лоуренсен П. Анализ и расчет электрических и магнитных полей. М., Энергия, 1970, с. 51-73, 114-115.

10. Штафль М. Электродинамические задачи в электрических машинах и трансформаторах. М., Энергия, 1966, с. 31-40.

11. Зоммерфельд А. Электродинамика. М., Издательство иностранной литературы, 1958, с. 119-126.

12. Бухголы) Г. Расчет электрических и магнитных полей. М., Издательство иностранной литературы, 1961, с.469-476.

т

13. Говорков В. А. Электрические и магнитные поля. М., Госэнергоиздат, 1956.

14. Тозони О.В. Метод вторичных источников в электротехнике. М., Энергия, 1975, 295с.

15. Сочнев А.Я. Новый метод теоретического исследования магнитного поля электромагнитов. ДАН СССР, 1941, т.ЗЗ №1, с.25-28.

16. Смолкин Р.Д., Гарин Ю.М., Губаревич В.Н. и др. К вопросу определения некоторых технических характеристик ФГС-сепараторов. Рига, Институт физики АН Латвийской ССР, Всесоюзный симпозиум "Гидродинамика и теплофизика магнитных жидкостей", 1980.

17. Буль Б.К., Захарова М.С., Смолкин Р.Д., Устинова Р.Г. К расчету и оценке эффективности Ш-образных магнитных систем подвесных саморазгружающихся электромап i итпых сепараторов. Электротехника, 1976, №10, с.54-58.

18. Картатян О.В., Загерняк М.В. Расчет открытых магнитных систем шкивных и барабанных электромагнитных железоотделителей. Электротехника, 1976, №10, с.59-60.

19. Смолкин Р.Д., Сайко О.П. Расчет электромагнитной пондеромоторной силы в рабочей зоне железоотделителей с плоскомеридиальным полем. Электричество, 1980, №11, с.71-75.

20. Буль Б.К. Основы теории и расчета магнитных цепей. А., Энергия, 1964, 463с.

21. Гордон A.B., Славинская А.Г. Электромагниты переменного тока. М., Энергия, 1968, 200с.

22. Справочник по обогащению руд. Основные процессы./Под ред. Богданова О.С., 2 изд., перераб. и доп. М., Недра, 1983, с. 141-148.

ъъ. Филипова Е.С., Данилова Л.В. Расчет электрических цепей и электромагнитных полей на ЭВМ. М., Радио и связь, 1983, с.230-235, 311-316.

24. Шимони К. Теоретическая электротехника. М., Мир. 1964, с.266-269.

25. Епутаев Г.А., Ивакин В.Ф., Кузнецов С.Н., Фетькевич С.М. Аналитическое описание системы диск-головка. Владикавказ,СКГМИ, Тезисы докладов научно-технической конференции СКГМИ, 1990.

26. Епутаев Г.А., Кузнецов С.И. Расчет систем постоянных магнитов. Владикавказ, СЖГГУ, тезисы докладов научно-тех. конференции, 1995, с.69-71.

27. Кузнецов С.Н. Исследование и разработка математических моделей полей постоянных магнитов и электротехнических САПР. Автореф. кан. диссер., Владикавказ, СКГТУ, 1997, 23с.

28. Солоденко А.Б. Научные основы создания техники и технологии для обогащения минерального сырья в ферромагнитных коллоидах. Автореф. докт. диссер., МИСиС, М., 1992, 53с.

29. Хутуев T.IO. Совершенствование технологии и оборудования для выделения золота из шлихов. Автореф. кан. диссер., СКГТУ, Владикавказ, 1997, 24с.

30. Ландау Л.Д., Лившиц М.Е. Теория поля. М., Недра, 1973, 504с.

31. Тамм И.Е. Основы теории электричества. 1996, 624с.

32. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. М., Высшая школа, 1983, с.272-273.

33. Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма. М., Высш. школа, 1983, 279с.

34. Вонсовский С.В. Магнетизм. М., Наука, 1971, 382с.

35. Бибик Е.Е., Бузунов О.В. Достижения в области получения и применения ферромагнитных жидкостей. М., 1979, 59с.

36. Бибик Е.Е. Приготовление феррожидкости. Коллоидный жур., 1972, №6, 1140-1141.

37. Khalafalla S.E., Reimers G.W. Preparation of dilutionsable agucous magnetic fluids. -IEEE. Transactions on magnetics, Mag - 16, №2, 1980, P. 178-183.

38. Кулон Ж.Л., Сабоннадьер Ж.К. САПР в электротехнике. М., Мир, 1988, с.9, 20-24.

39. Солоденко А.Б. Научные основы создания техники и технологии для обогащения минерального сырья it ферромагнитных коллоидах. М., докт. дис., МИСиС, 1992, 392с.

40. Губаревич В.Н. Исследования и создание феррогидростатических сепараторов для обогащения полезных ископаемых в ферромагнитной жидкости. Лвтореф. дне. кап. техн. паук. Люберцы, 1982, 22с.

41. Кравчук Н.Д. Магиитогидростатическая сепарция отходов цветных металлов. Бюлл. ЦНИИцветмета №4, М., 1986, 54с.

42. Черемных П.А. Магнитная сепарция. М., Атомиздат, 1977.

43. Гарин Ю.М., Губаревич В.Н., Смолкин Р.Д. и др. Разработка конструкции ФГС-сепараторов и технологические исследования. Обогащение руд, 1981, №5, с.17-22.

44. Тихонов О.Н. Физические основы электромагнитного обогащения руд. Л., Ленинградский горный институт, 1980, с.84.

А.5. Солоденко Кармазин ВА Hoäoe о5орыЭо&аные йля oso-гащениЯ шлихов. Горньщ информ- ¿кил. М.МГ Г у. 1937. N 2.

стр. 8 -13.

4.8. Солад ен ¡/.о ß.A-, Сслодвнко А.Гх Сепйрационньш Комплекс злл и ¿е>д£ че н up свободного золота. ц^Етные негадан. и. 1Э98. N 5. стр. 3G-40.

12 6

47. Лаврентьев М.А., Шабот B.R. Методы теории функции комплексного переменного. М., Наука, 1987, с.222-230.

48. Солоденко А.Б., Данилова М.Г., Солоденко В.А. Математическое моделирование магнитных полей магнитных и магнитожидкостных сепараторов. М., Бюлл. МГГУ, №1, 1998, с. 116-120.

49. Данилой М.Г., Солоденко Ö-A- Аналитический ме^од рас-ц-iMQ магнитны* полей. UibecMfi вУЗоЯ ЦДвт. гузЛ V-

50. Берлинский А.И. Разделение минералов. М., Недра, 1975, 173с.

51. Савельев И.В. Курс общей физики. М., Наука, 1988, т.2, 496с.

52. Кизевальтер В.В. Теоретические основы гравитационных процессов обогащения. М., Недра, 1979, 235с.

53. Максимов Р.Н. Гидродинамические закономерности магнито-гравитационного обогащения золотосодержащих шлихов. Афтореф. кант, дис., СКГТУ, Владикавказ, 1997.

54. Блехмап И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемещение. М., Наука, 1964, 410с.

55. Фортман В.Е. Магнитные жидкости - естественная конвенция и теплообмен. Минск, Наука и техника, 1978, 138с.

56. Берковский Б.М., Медведев В.Ф., Краков М.С. Магнитные жидкости. М., Химия, 1989, 238с.

57. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М., Наука, 1970, 904с.

58. Бунин Г.М. Исследование гравитационно-магнитного процесса обогащения полезных ископаемых в магнитных жидкостях. Афтореф. кант, дис., ИГИ АН СССР. М., 1968, 22с.

59. Губаревич В.Н., Гарин В.Н., Смолкин Р.Д. и др. Разработка конструкции ФГС сепараторов и технологические исследования. Обогащение руд, 1981, №5, с. 17-22.

60. Потент 3898156. Гиперболические магнитные полюса для сепараторов по удельному весу. /Р.Кайзер, 1978/.

61. Ротерс Г. Электромагнитные механизмы. М., Д., Госэнергоиздат, 1962, 544с.

62. Нейман Л. Р., Демирчан К.С. Теоретические основы электротехники. Д., Энергоиздат, 1981, 415с.

оеНс $о£се1$ Т-гви $ . ¿М £ - А I МЕ , v. 25к ,р. р.

64. Руководство по использованию пакета прикладных программ 1МОД для моделирования сложных систем. М., МИСиС, 1989, 45с.

65. Фаронов В.В. Програмирование на персональных ЭВМ в среде Турбо-Паскаль. МГТУ, М., 1990.

66. Барский Л.А., Козин В.З. Системный анализ в обогащении полезных ископаемых. М., Недра, 1978, 485с.