Магнитные, электрические и специальные методы обогащения полезных ископаемых : магнитные методы обогащения полезных ископаемых

№ 1915

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Кафедра обогащения руд цветных и редких металлов

Н.Ф. Пантелеева
А.М. Думов

Магнитные, электрические
и специальные методы
обогащения полезных
ископаемых

Магнитные методы обогащения полезных
ископаемых

Курс лекций

Рекомендовано редакционноиздательским
советом университета

Москва   Издательский Дом МИСиС
2009

УДК 622.7 
 
П16 

Р е ц е н з е н т  
д-р техн. наук, проф. Л.С. Стрижко 

Пантелеева Н.Ф., Думов А.М. 
П16  
Магнитные, электрические и специальные методы обогащения полезных ископаемых: Магнитные методы обогащения полезных ископаемых: Курс лекций. – М.: Изд. Дом МИСиС, 
2009. – 105 с. 
ISBN 978-5-87623-239-7 

Рассмотрены физические основы магнитной сепарации и магнитные 
свойства вещества. Приведена классификация минералов по их магнитным 
свойствам. Дана характеристика магнитных полей сепараторов и сил, действующих на частицы в магнитных полях. Приведены конструкции мокрых и 
сухих магнитных сепараторов со слабым и сильным магнитным полем, а 
также схемы магнитного обогащения различных продуктов. 
Предназначен для студентов специальностей 130405 и 550500. 
Рекомендуется при подготовке к экзамену по курсу «Магнитные, электрические и специальные методы обогащения полезных ископаемых» и выполнении курсовых и дипломных работ и проектов. 
УДК 622.7 

ISBN 978-5-87623-239-7 
© Государственный технологический  
университет «Московский институт 
стали и сплавов» (МИСиС), 2009 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение....................................................................................................6 
1. Физические основы метода магнитного обогащения .......................7 
1.1. Сущность магнитного метода обогащения .................................7 
1.2. Магнитное поле и его напряженность.........................................8 
1.3. Магнитная индукция ...................................................................10 
1.4. Магнитные силовые линии.........................................................10 
2. Магнитные свойства вещества..........................................................12 
2.1. Магнитные моменты электронов и атомов...............................12 
2.2. Физическая классификация магнетиков....................................13 
2.2.1. Диамагнетизм........................................................................14 
2.2.2. Парамагнетизм......................................................................15 
2.2.3. Ферромагнетизм ...................................................................16 
2.2.4. Гистерезис .............................................................................18 
2.2.5. Классификация минерального сырья в обогащении.........20 
3. Зависимость магнитных свойств сильномагнитных 
минералов от формы частиц..................................................................21 
4. Магнитные поля сепараторов. Вывод уравнения магнитной 
силы..........................................................................................................25 
4.1. Магнитная сила, действующая на частицы в магнитном 
поле ......................................................................................................25 
4.2. Магнитные поля сепараторов.....................................................27 
5. Магнитные системы сепараторов. Открытая и замкнутая 
системы, их параметры. Применение постоянных магнитов.............30 
5.1. Магнитная сепарация сильномагнитных минералов ...............30 
5.2. Магнитная сепарация слабомагнитных минералов..................32 
5.3. Магнитная сепарация мелкого и тонкого магнитного 
материала.............................................................................................37 
6. Характеристика сил при разделении минералов в магнитных 
полях при сухом и мокром обогащении. Уравнения динамики 
движения частиц в магнитных полях сепараторов..............................39 
6.1. Изучение динамики движения руды и пульпы в 
сепараторах .........................................................................................39 
6.2. Движение частиц в сепараторах с верхним питанием .............39 
6.3. Движение частиц в сепараторах с нижним питанием..............40 
6.4. Уравнение при вертикальном движении частиц ......................41 
6.5. Длина рабочей зоны и производительность сепаратора..........42 
6.6. Быстроходная магнитная сепарация..........................................44 

6.7. Мокрая сепарация сильномагнитного материала.....................45 
6.7.1. Прямоточный режим............................................................45 
6.7.2. Противоточный режим.........................................................46 
6.7.3. Полупротивоточный режим.................................................46 
6.8. Технологические параметры, влияющие на результаты 
магнитной сепарации .........................................................................47 
7. Классификация сепараторов, выбор, расчет....................................54 
7.1. Общие закономерности устройства магнитных 
сепараторов .........................................................................................54 
7.2. Классификация сепараторов по напряженности 
магнитного поля .................................................................................54 
7.3. Классификация сепараторов по особенностям среды 
разделения...........................................................................................57 
7.4. Классификация сепараторов по способу подачи питания 
в рабочую зону....................................................................................57 
7.4.1. Сепараторы с верхней подачей ...........................................57 
7.4.2. Сепараторы с нижней подачей............................................58 
7.5. Классификация сепараторов по направлению движения 
руды и способу удаления продуктов обогащения из рабочей 
зоны......................................................................................................60 
7.6. Классификация сепараторов по поведению магнитных 
частиц в магнитном поле ...................................................................60 
7.6.1. Сепараторы с магнитным перемешиванием ......................60 
7.6.2. Сепараторы без магнитного перемешивания.....................62 
7.6.3. Классификация сепараторов по конструкции 
устройства для удаления магнитного продукта...........................63 
7.7. Выбор и определение производительности магнитных 
сепараторов .........................................................................................63 
7.7.1. Выбор типа сепаратора ........................................................63 
7.7.2. Определение производительности магнитных 
сепараторов .....................................................................................63 
8. Высокоградиентная сепарация. Феррогидростатическая 
сепарация.................................................................................................69 
8.1. Основы высокоградиентной сепарации ....................................69 
8.1.1. Обоснование существования нижнего предела 
крупности в процессах магнитного обогащения в обычных 
сепараторах .....................................................................................69 
8.1.2. Общие принципы работы высокоградиентных 
сепараторов .....................................................................................70 

8.1.3. Особенности практического применения 
высокоградиентных сепараторов..................................................73 
8.2. Основы феррогидростатической сепарации .............................76 
8.2.1. Теоретические основы ФГС-сепарации .............................76 
8.2.2. Материалы, применяемые в ФГС-сепарации.....................77 
8.2.3. Феррогидростатические сепараторы ..................................78 
8.2.4. Практическое применение ФГС-сепарации.......................80 
8.3. Основные сведения о явлении сверхпроводимости.................82 
Библиографический список...................................................................84 
Приложение 1. Греческий алфавит...................................................85 
Приложение 2. Единицы измерения и размерность основных 
величин в системе СИ ........................................................................86 
Приложение 3. Удельная магнитная восприимчивость 
минералов............................................................................................89 
Приложение 4. Конструкции магнитных сепараторов 
различных видов.................................................................................93 
Приложение 5. Технические характеристики магнитных 
сепараторов .......................................................................................101 

ВВЕДЕНИЕ 

Магнитные методы обогащения широко применяются для обогащения руд черных и редких металлов, регенерации ферросилиция и 
магнетита в установках для тяжелосредного обогащения, удаления 
железистых примесей из абразивов и стекольных песков, а также для 
удаления случайных железных предметов из различных материалов 
и извлечения железного скрапа из шлаков металлургических производств. 
Первые попытки магнитного обогащения с помощью ручных магнитов описаны в XVII – XVIII вв. Первые промышленные сепараторы для сухой сепарации были разработаны в США и Швеции в конце 
XIX в., а в 1906 г. был выпущен первый сепаратор для мокрой сепарации. Конструирование и выпуск сепараторов в России начались в 
1932 г. 
По количеству обогащаемых магнетитовых руд этот метод находится на одном из первых мест. Он широко применяется в России, 
США, Канаде, Германии и Норвегии. На сепараторах с сильным полем обогащаются марганцевые, бурожелезняковые, сидеритовые руды, черновые концентраты руд редких металлов, кварцевые пески и 
абразивные материалы. 
 

1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА 
МАГНИТНОГО ОБОГАЩЕНИЯ 

1.1. Сущность магнитного метода обогащения 

Магнитный метод обогащения полезных ископаемых основан на 
использовании различия в магнитных свойствах подлежащих разделению компонентов руды или материала. Магнитное обогащение 
осуществляется в магнитных сепараторах, в рабочей зоне которых 
создается магнитное поле. При движении обогащаемого материала 
через магнитное поле сепаратора под воздействием магнитной силы 
притяжения частицы с разными магнитными свойствами перемещаются по различным траекториям. Это позволяет выделить магнитные 
частицы в отдельный магнитный продукт, а немагнитные частицы – 
в отдельный немагнитный продукт. 
Для организации обогащения какого-либо материала методом 
магнитной сепарации необходимо: 
– иметь магнитный сепаратор такого типа, который может быть 
использован для данного типа материала. Сепаратор должен иметь 
неоднородное магнитное поле с напряженностью, требуемой для 
разделения; 
– подготовить обогащаемый материал соответствующим образом 
для обеспечения протекания процесса магнитной сепарации с наибольшей эффективностью. 
Эффективность процесса η (доли единицы) определяется по следующей формуле:  

 
η= 1 – e–kt, 
(1.1) 

где е – основание натуральных логарифмов; 
k – силовой коэффициент, k = Fм.с/ ΣFмех, 

здесь Fм.с – сила, действующая на единицу массы, Н/кг,  
ΣFмех – сумма удельных механических сил, действующих на 
данное вещество, Н/кг; 
t – время нахождения частицы в магнитном поле сепаратора,  
t = l/v, где l – длина рабочей зоны сепаратора, м; 
v – скорость движения частицы в рабочей зоне сепаратора, м/с. 

Параметр v определяется нагрузкой на сепаратор по питанию (величина нагрузки по питанию указывается в технической характеристике сепаратора как оптимальная нагрузка по твердому, т/ч). 
Чем выше величина η, тем эффективнее протекает процесс магнитной сепарации. 

1.2. Магнитное поле и его напряженность 

Магнитное поле – одна из частей электромагнитного поля. Это 
часть пространства, в котором обнаруживается силовое воздействие на движущиеся электрические заряды. Одна из важнейших характеристик магнитного поля – напряженность Н, А/м. 
По закону Био – Савара – Лапласа напряженность магнитного 
поля может быть определена по формуле 

 
2
sin( , )

l

Idl
i r
H
k
r

→ →

= ∫
, 
(1.2) 

где Н – напряженность магнитного поля в точке магнитного поля, 
А/м;  
k – коэффициент пропорциональности. В системе СИ k = ¼ π; 
I – сила тока, текущая по проводнику, А;  
dl – элементарный участок проводника; 

sin( ,
)
i r
→ →
 – синус угла между направлением тока, текущего по 
проводнику и точкой r, где определяется напряженность в магнитном поле; 
r – расстояние до рассматриваемой точки от элементарного участка проводника dl. 

Интеграл напряженности магнитного поля вдоль любого замкнутого контура называется магнитодвижущей силой (Fm). 
Для магнитных или электромагнитных систем отдельных замкнутых магнитных цепей сепараторов магнитодвижущая сила Fm является одним из основных параметров, определяющих напряженность 
поля в рабочей зоне машины и достигает: 
Fm = 10…30 кА в сепараторах со слабым полем для сильномагнитных руд; 
Fm ≥ 50…100 кА в сепараторах с сильным полем для слабомагнитных руд. 

Кроме магнитодвижущей силы, напряженность поля определяется 
магнитным сопротивлением системы, размерами и формой полюсов. 
Ток в обмотке сепаратора не характеризует напряженность поля, 
так как число витков обмотки и параметры полюсов в разных машинах различны. Для одного и того же сепаратора увеличение тока в 
обмотке вызывает рост напряженности. Из-за магнитного насыщения напряженность растет не прямо пропорционально току. 
Если напряженность поля одинакова по величине и направлению, 
поле называется однородным (рис. 1.1). 

 

Рис. 1.1. Однородное магнитное поле 

Если напряженность поля изменяется от точки к точке поля по величине и/или направлению, поле называется неоднородным (рис. 1.2). 

 

Рис. 1.2. Неоднородное магнитное поле (по глубине рабочей зоны) 

1.3. Магнитная индукция 

На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует 
сила Ампера. В соответствии с законом Ампера на малый отрезок 
проводника с током I и длиной dl, помещенный в однородное магнитное поле с индукцией B, действует сила dF, модуль которой равен 

 
dF = IdlBsinα, 
(1.3) 

где α – угол между вектором индукции В и проводником с током. 

Вектор dF перпендикулярен к проводнику с током и к вектору индукции B (рис. 1.3). 

 

Рис. 1.3. Закон Ампера 

По закону Ампера в данной точке пространства может быть определен вектор магнитной индукции 

 
B = dF / (Idl), Тл. 
(1.4) 

Следовательно, наибольшее значение индукции достигается при 
условии, что проводник расположен перпендикулярно по отношению 
к вектору напряженности магнитного поля. 
Одна тесла – индукция такого магнитного поля, в котором на каждый метр проводника, по которому течет ток 1 А, и расположенного перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, действует 
сила 1 Н. 

1.4. Магнитные силовые линии 

Описание свойств магнитного поля облегчается введением в рассмотрение так называемых силовых линий этого поля. Магнитные 
силовые линии – линии, направление касательных к которым в каж