Мостика Юрій Сергійович. Розвиток наукових основ кінетики мокрої високоградієнтної магнітної сепарації слабомагнітних руд

Короткий опис

Мостика Юрій Сергійович. Розвиток наукових основ кінетики мокрої високоградієнтної магнітної сепарації слабомагнітних руд: дис... д-ра техн. наук: 05.15.08 / Національний гірничий ун-т. - Д., 2005

Мостика Ю.С. Розвиток наукових основ кінетики мокрої високоградієнтної магнітної сепарації слабомагнітних руд. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.08 "Збагачення корисних копалин". Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2006.
Виконаний аналіз основних чинників, що визначають закономірності руху, уловлювання і накопичення слабомагнітних часток в робочих зонах ВГМ сепараторів. Отримана система диференціальних рівнянь, що описують рух слабомагнітних часток біля циліндричного феромагнітного елемента з урахуванням гравітаційних та інерційних компонент сил. Розроблена математична модель руху часток в робочій зоні ВГМ сепаратора, що враховує гравітаційну та інерційну компоненти сил, які діють на частку, і зміну гідродинамічного опору руху частки на різних ділянках траєкторії.
Розроблена модель кінетики процесу ВГМС дозволяє розрахувати основні технологічні параметри процесу сепарації і оцінювати їх зміну залежно від тривалості циклу роботи сепаратора з циклічним і безперервним режимами роботи.
Вдосконалена методика магнітного фракціонування слабомагнітних руд як способу якнайповнішого опису властивостей живлення сепаратора.
За результатами теоретичних і експериментальних досліджень створена комплексна модель для вдосконалення технології збагачення слабомагнітних руд і конструкцій розділових апаратів.

В дисертації вирішена актуальнанаукова проблемавстановлення закономірностей кінетикимокрого магнітного збагачення полідисперсних слабомагнітних матеріалів. Встановлення закономірностей кінетики дозволило визначати швидкість зміни основних технологічних показників сепарації, вибирати конструкцію сепаратора, і таким чином реалізувати розвиток наукових основ кінетики магнітної сепарації.
Рішення проблеми має важливе значення не тільки для створення раціональних конструкцій високоградієнтних сепараторів з мінімальною витратою матеріалів і низькою питомою енергоємністю, але і для вдосконалення існуючих і створення нових екологічно сприятливих технологій збагачення слабомагнітних руд і нерудних матеріалів.
Основні результати, висновки і рекомендації роботи полягають в наступному:
1. ВГМС є перспективним екологічно чистим методом збагачення слабомагнітних руд. Однак широке застосування цього методу стримується недостатньою теоретичною вивченістю процесу та відсутністю методик прогнозування параметрів збагачення руд з широким діапазоном крупності та магнітної сприйнятливості часток.
2. Встановлено, що на рух часток розміром понад 50мкм в робочих зонах ВГМС суттєво впливають гравітаційна та інерційна сили. Виведена система диференційних рівнянь, яка описує траєкторію руху слабомагнітних часток в магнітному полі поблизу феромагнітного циліндра. Інерційні і гравітаційні компоненти сил, діючих на частку, при виведенні рівнянь враховані вперше. Встановлено, що відносні похибки визначення зони захоплення часток, що обумовлені неврахуванням в рівняннях сили інерції і гравітаційної сили, можуть становити понад 30 %. Встановлено, що вплив гравітаційної сили на коефіцієнт уловлювання часток істотний тільки для вертикального напрямку потоку пульпи і що ступінь цього впливу зростає при наближенні швидкості потоку пульпи до швидкості витання частки.
3. При вивченні руху слабомагнітних часток поблизу циліндричних феромагнітних елементів було виявлено, що рух часток поблизу точок рівноваги сил при деяких режимах має коливальний характер. Встановлено також, що поблизу точок рівноваги сил швидкість руху часток зменшується, а їх концентрація в пульпі зростає, що впливає на формування тіла накопичення і ефективність уловлювання часток.
4. Встановлено, що швидкість руху часток відносно рідини змінюється на різних ділянках траєкторії. Режим обтікання часток змінюється від ламінарного до турбулентного (Re=0,1-1000), що суттєво впливає на траєкторію руху та розмір зони захоплення слабомагнітних часток феромагнітними елементами матриці ВГМС.
5. Кінетика процесу розділення описується на основі аналізу процесу заповнення активної частини об'єму робочої зони (області з високим значенням питомої магнітної сили) уловленим магнітним продуктом. На початковій стадії процесу сепарації, коли матриця не завантажена магнітним продуктом, коефіцієнт уловлювання може бути визначений експериментально або на основі аналізу траєкторій руху часток, одержаних аналітичним шляхом. В міру заповнення активної частини об'єму робочої зони магнітним продуктом коефіцієнт уловлювання знижується.
Розроблена математична модель кінетики розділення слабомагнітних руд з частками різної крупності і питомої магнітної сприйнятливості, яка ґрунтується на аналізі процесу уловлювання і заповнення активної частини об'єму робочої зони захопленими частками, а також враховує магнітний фракційний склад, крупність часток і пріоритет їх уловлювання елементами матриці.
6. Аналіз кінетики розділення часток в робочих зонах ВГМ сепараторів на кількісному рівні неможливий без кількісної оцінки властивостей слабомагнітних руд та нерудних матеріалів з частками широкого діапазону крупності і питомої магнітної сприйнятливості.
Запропонований і обґрунтований комплексний параметрК=Rpn, якийдозволяє кількісно описати властивості слабомагнітних руд в процесах мокрої магнітної сепарації і визначати пріоритет уловлювання часток в робочих зонах ВГМС.
Визначений магнітний фракційний склад і магнітні властивості ільменітових, егірін-рібєкітових, гранатових і інших руд, а також вугілля. Основні результати цих досліджень зводяться до наступного:
- для мономінеральної сировини функції розподілу часток за питомою магнітною сприйнятливостю мають характер, близький до нормального;
- для руд складного мінерального складу (наприклад, гнейси біотіт-гранатові) характерні полімодальні функції розподілу питомої магнітної сприйнятливості;
- питома магнітна сприйнятливість вугілля залежить від ступеня їх метаморфізму, а також пов'язана з вмістом золи і сірки. Цей зв’язок близький до лінійного. Питома магнітна сприйнятливість донецького вугілля низька, однак, контрастність магнітних властивостей породної та вугільної складових змінюється від 30 до 120, що свідчить про можливість застосування магнітних методів для збагачення та десульфурації вугілля.
7. При розрахунках продуктивності сепараторів необхідно враховувати кінетику процесу при визначенні тривалості часу подачі пульпи, а також тривалість перехідних процесів при наведенні і знятті магнітного поля та час протікання пульпи і води через робочу зону. Встановлено, що кінетика процесу розділення слабомагнітних мінералів в робочих зонах ВГМ сепараторів впливає на вибір типу і конструкції апарату.
Розроблений алгоритм розрахунку продуктивності сепараторів з циклічним режимом роботи і сепараторів з матрицею, що рухається. Встановлено, що раціональною областю застосування сепараторів з циклічним режимом роботи є збагачення руд і нерудних матеріалів із вмістом магнітних продуктів не більш 10-15%.
8. Визначений магнітний фракційний склад ільменітів із хвостосховища Лемненського рудника . Обґрунтована доцільність їх повторної переробки. Розроблена технологія виробництва концентратів з підвищеним вмістом ТіО2для виробництва електрокорунду, легованого окислами титану на ОАО „ Запорізький абразивний комбінат”.
Визначений склад, властивості і розроблена технологія збагачення біотіт-гранатових гнейсів, що забезпечила отримання гранатових концентратів, якість яких відповідає вимогам світового ринку.
На підставі результатів розрахунків і досліджень кінетики процесу ВГМС марганцевих руд розроблені рекомендації та виконана реконструкція матриці сепаратора VMS-100/2. Промислова експлуатація сепаратора на Марганецькому ГЗК показала, що модернізація матриці дозволила усунути засмічення і забивання зазорів між циліндричними елементами матриці при збереженні технологічних показників його роботи. Результати технологічних досліджень із збагачення та очищення вугілля від сірки покладені в основу обґрунтування та Постанови Кабміну №517 від 13 травня 1996 р. про створення кріомагнітних сепараторів продуктивністю 10 т/год.