Способ мокрой сепарации полезных ископаемых и электродинамический сепаратор для его осуществления

Предложенная группа изобретений относится к области обогащения полезных ископаемых способом мокрой электродинамической сепарации в бегущем магнитном поле и позволяет разделять жидкие смеси из намагничивающихся и немагнитных частиц, а также жидкие смеси немагнитных электропроводных и неэлектропроводных частиц. Способ мокрой сепарации полезных ископаемых заключается в том, что суспензию с твердыми частицами пропускают через электродинамический сепаратор с цилиндроконической рабочей поверхностью, одновременно с помощью магнитной отклоняющей системы генерируют переменное магнитное поле. Параметры магнитного поля выбирают программно, подавая в обмотки магнитной отклоняющей системы напряжения, которые имеют изменяемую частоту и амплитуду, а также фазные напряжения, которые смещены относительно друг друга на 120 градусов. Создают внутри конусной части сепаратора замкнутое в кольцо бегущее магнитное поле, с помощью которого управляют движением частиц, разделяют частицы в пространстве на фракции, перемещают выделяемую фракцию вдоль оси сепаратора вверх к центру рабочей зоны, после чего извлекают выделяемую фракцию с помощью устройства вертикального извлечения, а невыделяемая фракция перемещается в нижний патрубок сепаратора. Способ осуществляют с помощью электродинамического сепаратора, включающего корпус с выходным кольцевым отверстием, затвор с нижним патрубком, устройство для подачи исходного материала, устройство подачи промывной воды, приспособление для вывода продукта разделения, сложный индуктор с системой управления. Сложный индуктор выполнен в виде магнитной отклоняющей системы, состоящей из многополюсной системы электромагнитных катушек, подключенных через систему управления к источникам фазных напряжений. Многополюсная система катушек размещена вокруг конической части сепаратора в усеченной конической чаше, а обмотки катушек, имеющие вид вытянутых по вертикали равнобедренных треугольников, уложены в пазы между полюсами сердечника, соответственно полюса всех катушек развернуты под углом к оси сепаратора, а число полюсов кратно 3 и 4. Технический результат – обеспечение требуемой степени извлечения из массопотока намагничивающихся и немагнитных частиц, а также немагнитных проводящих и непроводящих частиц обогащаемого класса крупности. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 пр., 8 ил.

 

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых способом мокрой электродинамической сепарации в бегущем магнитном поле и позволяет разделять жидкие смеси из намагничивающихся и немагнитных частиц, а также жидкие смеси немагнитных электропроводных и неэлектропроводных частиц.

Изобретение также может использоваться в переработке вторичного сырья цветных материалов при утилизации в отходы металлических немагнитных электропроводных включений, а также для извлечения магнитных, парамагнитных и диамагнитных примесей в перерабатывающей промышленности.

Из уровня техники известны различные способы обогащения полезных ископаемых - гравитационные, электродинамические, радиометрические, флотационнные, магнитные, адгезионные, химические и комбинированные.

Процесс электродинамической сепарации для бытовых отходов подробно изложен в статье «Основы процесса электродинамической сепарации», размещенной на сайте «Переработка мусора. Инвестиции в будущее» по адресу: https./ztbo.ru/o-tbo/lit/texnologii-otxodov/teoreticheskie-osnovy-protsessa

Известен «Электродинамической сепаратор», патент RU №2351398 от 22.10.2007, МПК В03С 1/02 (патентообладатель - Институт сильноточной электроники СО РАН), содержащий загрузочный бункер, приемную емкость для проводящих частиц, приемную емкость для непроводящих частиц, катушку с источником импульсов тока для генерации импульсного магнитного поля, средство подачи смеси в зону формирования магнитного поля и вторую катушку с источником питания, причем импульсы магнитного поля второй катушки имеют задержку относительно импульсов магнитного поля первой катушки. Описанный сепаратор позволил повысить эффективность сепарации за счет выделения мелких и тонких фракций металла, не выделяющихся гравитационными методами, однако к недостаткам устройства следует отнести его малую производительность, поэтому устройство не пригодно для использования в промышленных целях.

Известно «Разделительное устройство для разделения смесив по патенту RU №2556597 от 18.02.2011 МПК В03С 1/24 (патентообладатель - Сименс Акциенгезелльшафт), содержащее разделительный канал, ферромагнитное ярмо, разделительный элемент, систему катушек, управляющее устройство катушек. В качестве материала используется суспензия с сведенными в воду в качестве несущей жидкости намагничивающиеся и немагнитные частицы. С помощью этого устройства осуществляется непрерывный и эффективный процесс разделения смеси из намагничивающихся и немагнитных частиц. Недостатком устройства является невозможность создания вращающегося бегущего магнитного поля высокой частоты на рабочей поверхности барабана с неподвижной магнитной системой.

Известны «Способ генерации бегущего магнитного поля в рабочей зоне электродинимического сепаратора и устройство для магнитной сепарации металлоносных песков», патент RU №2452582 от 10.06.2012, МПК В03С 1/02 (патентообладатель - ООО «Научно-технический центр «Роял тоталь»), который является наиболее близким к заявляемому способу и устройству. Способ заключается в том, что генерируют одиночные импульсы магнитного поля, из которых образуют цуги бегущего магнитного поля, при этом импульсы магнитного поля внутри цуга синхронизируют, а амплитуду импульсов и частоту следования цугов выбирают из условия обеспечения требуемой степени извлечения из массопотока частиц обогащаемого класса крупности полезного компонента, при этом в качестве сортируемого материала используется сыпучий материал с веденными в него диамагнетиками.

Устройство по патенту №2452582 содержит загрузочную емкость для транспортировки сыпучего материала с конусным распределителем, выходное кольцевое отверстие, сложный индуктор, состоящий из нескольких соосных катушек, источники импульсов напряжений для создания цуги бегущего магнитного поля, устройство отделения проводящих частиц от транспортирующего материала.

Недостатком способа по описанному патенту №2452582 является низкая эффективность извлечения мелких частиц размером порядка 1 мм, и невозможность стабильного выделения сильномагнитной и диамагнитной фракции из-за сложной системы настройки сепарации, поскольку сепарация, основанная на использовании вихревых токов, осуществляется тем труднее, чем меньше размеры сепарируемых частиц.

Следует отметить то, что ни в одном из перечисленных патентов не используют мокрую сепарацию немагнитных проводных частиц в сочетании с бегущем электромагнитным полем. Мокрую сепарацию с бегущем магнитным полем обычно используют только с магнитными частицами, где частицы двигаются вниз под действием силы гравитации.

По мнению заявителя, наиболее подходящим способом обогащения мелких частиц полезных ископаемых, таких как частиц сильно магнитных руд, а также частиц золота, серебра, платиноидов из металлосодержащих россыпных месторождений, является мокрая электродинамической сепарация. Суть мокрой сепарации, когда в качестве выделяемого материала используется водная суспензия с намагничивающимися и немагнитными проводящими частицами, состоит в том, что при разделении намагничивающихся и немагнитных частиц (с использованием переменного синусоидального напряжения) меняют свойства намагничивающихся частиц, которые вступают во взаимодействие с переменным магнитным полем, и двигаются против сил гравитации, а при разделении немагнитных проводящих и непроводящих частиц (с использованием импульсного напряжения в виде следующих друг за другом импульсов) возникают индуцированные магнитные моменты, которые индуцируют вихревые токи в немагнитных проводящих частицах, которые порождают силы Лоренца, в результате чего у всех частиц выделяемого продукта в сепараторе возникают силы противодействия внешнему магнитному полю более сильные, чем у частиц вмещающих пород, что приводит к их разделению и перемещению.

В условиях сухой сепарации ударные токи бегущей волны обычно направлены по прямой вдоль или поперек лотка двигающихся частиц, чтобы частицы были отброшены к противоположной стороне, но магнитное поле при этом случае не замкнуто в кольцо. При применении в качестве несущей жидкости суспензии, можно замкнуть бегущее магнитное поле в кольцо и выталкивать частицы к центру рабочей зоны сепаратора, а затем вынимать их через верхнюю часть сепаратора.

В заявленном решении заявитель предлагает силой электромагнитного поля, которое формируется конической формой сердечника в многополюсной системе катушек, направлять и выделять эти частицы вверх против сил гравитации.

Техническая проблема, решение которой обеспечивается при использовании заявленного изобретения - создание универсального способа сепарации полезных ископаемых, а также создание устройства электродинамического сепаратора, с помощью которого в условиях мокрой сепарации будет осуществляться процесс разделения и извлечения полезных продуктов в виде мелких частиц, которые имеют сильномагнитные, парамагнитные и диамагнитные свойства.

Технический результат - универсальность процесса сепарации с возможностью разделения намагничивающихся и немагнитных частиц, а также разделения немагнитных проводящих и непроводящих частиц.

Указанный технический результат достигается тем, что в условиях мокрой сепарации в электродинамическом сепараторе генерируется бегущее, вращающее по кольцу магнитное поле, которое формируется введенной магнитной отклоняющей системой (МОС) с конической формой сердечника, в пазы которого уложены обмотки электромагнитных катушек, на которые от источников фазных напряжений, управляемых блоком управления МОС, подается трехфазное напряжение (со смещением фаз на 120 градусов) регулируемой частоты и амплитуды, причем параметры задаваемого магнитного поля выбирают в зависимости от магнитных свойств, проводимости и размерности выделяемых частиц (т.е. выбор режима осуществляется программным способом), в результате получаем вращающиеся магнитные поля с разными характеристиками, которые по разному воздействует на частицы в исходной суспензии: для режима разделения намагничивающихся и немагнитных фракции, магнитное поле перемещает намагничивающуюся фракцию вдоль оси сепаратора вверх к центру рабочей зоны, а немагнитную фракцию - в нижний патрубок сепаратора; для режима разделения немагнитных проводных и непроводных фракции, оно перемещает проводную фракцию вдоль оси сепаратора вверх к центру рабочей зоны, а непроводную фракцию - в нижний патрубок сепаратора.

Для достижения указанного технического результата в известное устройство электродинамического сепаратора была введена магнитная отклоняющая система (МОС), формирующая бегущее магнитное поле посредством многополюсной системы электромагнитных катушек, размещенных вокруг конусной диэлектрической части сепаратора на сердечнике конической формы с пазами, при этом полюса катушек сердечника развернуты под углом к оси сепаратора, а число полюсов сердечника кратно 3 и 4 и равно N=12, 24, 36…, при этом катушки подключены к источникам фазных напряжений, работа которых синхронизирована таким образом, что в обмотки МОС в зависимости от режима работы подаются переменные напряжения или напряжения в виде следующих друг за другом импульсов, которые имеют изменяемую частоту и амплитуду, при этом фазные напряжения смещены друг относительно друга на 120 градусов.

Заявленный сепаратор также содержит устройство вертикального извлечения компонента с возможностью продольного перемещения вдоль оси сепаратора вверх.

Заявленное изобретение поясняется следующими графическими материалами:

Фиг. 1 - общий вид заявленного сепаратора (поперечный разрез);

Фиг. 2 - сердечник МОС на 24 катушки в конической чаше (без кожуха);

Фиг. 3 - сердечник МОС с 12 катушками, установленный в чашу (с кожухом);

Фиг. 4 - катушки МОС 24 штуки до распайки на 3 фазы;

Фиг. 5 - вид сверху на сердечник МОС с 24 катушками, уложенными в пазы;

Фиг. 6 - картина бегущего магнитного поля с индукцией 0,9 Тесла;

Фиг. 7 - картина бегущего магнитного поля с индукцией 3,2 Тесла;

Фиг. 8 - схема управления МОС.

Заявленный электродинамический сепаратор (Фиг. 1) представляет собой конструкцию, состоящую из следующих элементов, обозначенных позициями:

1 - корпус электродинамического сепаратора, выполненный из диэлектрика;

2 - устройство подачи исходной суспензии;

3 - загрузочная емкость для исходной суспензии;

4 - устройство подачи промывочной воды;

5 - устройство избыточного слива;

6 - нижний патрубок слива с затвором;

7 - электромагнитные катушки;

8 - полюса катушек, которые являются элементом сердечника;

9 - конусная чаша;

10 - блок управления МОС;

11 - источники фазных напряжений;

12 - устройство вертикального извлечения выделяемого продукта;

13 - механизм осевого перемещения выделяемого продукта;

14 - устройство выгрузки выделяемого продукта;

15 - выделяемый продукт;

16 - отфильтрованный продукт.

Заявленный электродинамический сепаратор (Фиг. 1) представляет собой конструкцию, состоящую из цилиндро-конического корпуса сепаратора 1 с устройством подачи суспензии 2, загрузочной емкостью 3 для исходной суспензии, устройством подачи промывочной воды 4, устройством слива 5 избыточной воды, нижним патрубком слива с затвором 6 и установленной вокруг конической части сепаратора магнитной отклоняющей системой (МОС), состоящей из электромагнитных катушек 7, полюсов 8, которые являются элементом сердечника, конусной чаши 9 с внутренней конической поверхностью, блока управления 10 и источников фазных напряжений 11, при этом сепаратор снабжен устройством 12 вертикального извлечения выделяемого компонента и электродвигателем 13 для перемещения частиц вдоль оси.

В отличие от ближайшего аналога заявленный сепаратор содержит магнитную отклоняющую систему (МОС), которая генерирует на полюсах электромагнитных катушек переменное или импульсное магнитное поле с индукцией определенной частоты и амплитуды (одновременно по трем фазам МОС со смещением на 120 градусов), создавая замкнутое по кольцу вращающееся магнитное поле, в котором каждым полюсом электромагнитных катушек в зависимости от режима работы создается магнитное поле определенной интенсивности:

- для разделения намагничивающейся и немагнитной фракции, переменное магнитное поле (с перемещением намагничивающейся фракции вдоль оси сепаратора по спирали вверх к центру рабочей зоны, а немагнитной фракции в нижний патрубок сепаратора, после чего полезный концентрат извлекают с помощью устройства вертикального извлечения компонента);

- для разделения немагнитной суспензии на проводящую и непроводящую фракции, создается импульсное магнитное поле с образованием цуг (сгустков силовых линии), которые и перемещают немагнитную проводящую фракцию вдоль оси сепаратора по спирали вверх к центру рабочей зоны, а непроводящую фракцию в нижний патрубок сепаратора, после чего полезный концентрат извлекают с помощью устройства вертикального извлечения компонента.

Блок управления 10 магнитной отклоняющей системы (МОС) управляет источниками фазных напряжений 11, формирующими переменные и импульсные напряжения для обмоток трех фаз МОС.

Электромагнитные катушки 7, обмотки которых уложены в пазы в конической чаше сердечника (Фиг. 2), образуют многополюсную магнитную систему с полюсами 8, развернутыми вверх под углом к оси сепаратора (Фиг. 3). Так как полюса 8 электромагнитных катушек 7 развернуты вверх под углом к оси сепаратора, а бегущее переменное или импульсное магнитное поле от всех полюсов пофазно синхронно, то в центре рабочей зоны сепаратора образуется суммирующее вращающееся и выталкивающее вверх воздействие на выделяемый компонент. Амплитуду и частоту импульсов выбирают программно на блоке управления 10 из условия обеспечения требуемой степени извлечения из массопотока частиц обогащаемого класса крупности полезного компонента (с учетом магнитных, проводных и массогабаритных свойств материала).

Действие заявленного электродинамического сепаратора основано на том, что при пропускании переменного или импульсного напряжения, через катушку протекает ток и вблизи нее в зависимости от режима работы генерируется переменное синусоидальное магнитное поле или импульсное высокоградиентное магнитное поле, которые позволяют получить эффект пространственного разделения:

- при режиме разделения намагничивающихся и немагнитных частиц происходит воздействие бегущего синусоидального магнитного поля определенной частоты на ферромагнитные частицы, которые обладают инерционной остаточной магнитной индукцией, в результате чего, происходит одноименное полюсное отталкивание частиц от бегущего магнитного поля, что приводит к выталкиваются частиц в рабочую зону сепаратора.

- при режиме разделения немагнитных проводящих и непроводящих частиц происходит воздействие бегущего импульсного магнитного поля с индукцией В, которая индуцирует вихревые токи Фуко в проводящих частицах и частицы под действием сил Лоренца выталкиваются в область более слабого поля, т.е. рабочую зону.

Таким образом, в зависимости от выбранного режима работы на блоке управления 10 заявленный сепаратор с установленной магнитной отклоняющей системой может разделять намагничивающихся и немагнитные частицы или разделять немагнитные проводящие и непроводящие частицы.

Способ мокрой электродинамической сепарации в бегущем магнитном поле осуществляется магнитной отклоняющей системой (МОС), которая разделяет жидкие смеси из намагничивающихся и немагнитных частиц, а также жидкие смеси из немагнитных электропроводных и неэлектропроводных частиц по проводимости и размерности за счет бегущего магнитного поля, которое посредством изменения амплитуды тока и частоты выталкивает искомый компонент в рабочую зону сепаратора с последующем его извлечением.

Обмотки магнитной отклоняющей системой (МОС) подключены к источникам фазных напряжений тремя фазами, которые посредством блока управления 10 устанавливают необходимую силу тока в обмотке по каждой фазе. Переменные или импульсные магнитные поля от источников фазного напряжения, разнесенные в пространстве со смещением между собой в 120 градусов, создают эффект бегущего магнитного поля, а наложение этих полей друг на друга создает эффект вращающегося (бегущего по окружности) магнитного поля.

Конструктивно магнитная отклоняющая система выполнена в виде чаши усеченной конической формы с многополюсной системой электромагнитных катушек с сердечниками (полюсами), причем обмотки катушек уложены в пазы между полюсами, выполненными из шихтованного металла и размещены внутри конической чаши, выполненной из диэлектрика или металла (Фиг. 3)

Магнитная система названа отклоняющей (МОС) потому, что она повторяя наклон конусной части сепаратора обеспечивает выталкивание частиц полезного продукта (концентрата) вверх за счет силы Лоренца или за счет остаточной индукции ферромагнетиков. Если бы наклона, то есть конической формы, не было бы, то выталкивающие силы были бы направлены перпендикулярно к оси сепаратора и тогда сепарации не происходило бы - суспензия вращалась бы без разделения на фракции и проходила в нижнюю часть сепаратора.

Направленный под углом вверх (жирная стрелка В на Фиг. 1) вектор выталкивающей силы (силы индукции) при проецировании на ось сепаратора, создает вектор силы, обратный вектору силы гравитации. Сила, которая выталкивает частицы - это вращающееся переменное магнитное поле.

В заявленном устройстве коническая чаша (Фиг. 2) для сердечника может быть, как металлической, так из диэлектрика (пластика, текстолита). При больших токах и частотах идет нагрев катушек и тепло лучше отводить через полюса в металлическую чашу. Конструкция чаши может быть выполнена в различных видах и разными способами, с кожухом (фартуком) или на опорах без кожуха.

Необычная форма катушек 7 в виде вытянутых по вертикали равнобедренных треугольников (Фиг. 4. 5) обусловлена конической формой сердечника и размерами нижнего отверстия сепаратора.

Полюса 8 сердечников всех катушек индуктивности имеют форму вытянутых по вертикали секторов (на виде сверху) и являются элементами сердечника, при этом внутренняя поверхность сердечника в виде чаши образована этими элементами (полюсами) сердечника.

Конструкция сердечника может быть сборной, как показано на Фиг. 2, и выполнена из шихтованного металла или изготовлена воедино с чашей 9, что значительно увеличит вес конструкции, поскольку чаша в этом случае тоже изготавливается из металла.

После укладки обмоток в пазы сердечника (Фиг. 3) в каждой фазе должно быть 4, 8, 12… полюсов, поскольку должна быть симметрия магнитных линий поля по окружности и необходимая плотность магнитного поля, поэтому чем больше будет полюсов, тем лучше (Фиг. 4). Кратность полюсов в сепараторе равна 3 и 4 (то есть число полюсов должно быть равно 12, 24, 36…), причем обмотки при подаче переменного тока создают векторы магнитной индукции, величина которых зависит как от числа витков на полюсе и тока, который протекает по виткам, а также от площади полюса. Конец каждой катушки - это начало следующей. По окончании намотки, все фазы могут быть соединены в «звезду» или в «треугольник».

Заявленное конструктивное исполнение магнитной отклоняющей системы (МОС) позволяет бегущим векторам магнитной индукции воздействовать на выделяемые частицы против силы гравитации, что в суспензии значительно легче сделать из-за наличия выталкивающей силы Архимеда и инерционности среды.

Электродинамический сепаратор может работать в двух режимах, которые выбирают в зависимости от магнитных, проводных и массогабаритных свойств извлекаемого материала.

Магнитно-гравитационный сепаратор работает следующим образом.

Режим 1. который используется для извлечения намагничивающихся частиц - ферромагнетиков. Исходная суспензия через устройство подачи 2 поступает в загрузочную емкость 3 для исходной суспензии и одновременно на электромагнитные катушки 7, через систему управления МОС подается трехфазное переменное напряжение (по трем фазам со смещением на 120 градусов). Напряжение вызывает в обмотках катушек протекание тока синусоидальной формы амплитудой до 1 кА и частотой 5-500 Гц (поскольку выделение намагничивающихся частиц не требует больших ударных импульсов бегущего магнитного поля), в результате чего на полюсах электромагнитных катушек МОС генерируется переменное бегущее магнитное поле с индукцией менее 1 Тесла (Фиг. 6), что приводит к взаимодействию частиц, имеющих остаточную магнитную индукцию, с одноименным полем (на определенной частоте), а из-за наличия среды (воды) вращения частиц не происходит быстро, поэтому на выделяемый компонент возникает воздействие (действует сила), выталкивающее его вверх.

Режим 2. который используется для извлечения немагнитных проводящих частиц - диамагнетиков. Исходная суспензия через устройство подачи 2 поступает в загрузочную емкость 3 для исходной суспензии и одновременно на электромагнитные катушки 7 через систему управления МОС подается трехфазное импульсное напряжение (по трем фазам МОС со смещением на 120 градусов), которое вызывает протекание импульсного электрического тока амплитудой 1-2 кА и частотой 2-50 кГц через обмотки, в результате чего на полюсах 8 электромагнитных катушек 7 генерируются мощные импульсы магнитного поля индукцией более 1 Тесла (Фиг. 7). Таким образом, создается замкнутое в кольцо вращающееся магнитное поле, в котором каждым полюсом электромагнитных катушек МОС образуются цуги бегущего магнитного поля, а так как полюсы электромагнитных катушек развернуты под углом к оси сепаратора, то цуги от всех полюсов в центре сепаратора образуют суммирующее вращающееся и выталкивающее вверх воздействие на выделяемый компонент. Векторы индукции от полюсов 8 через диэлектрический корпус 1 сепаратора выталкивают к центру рабочей зоны электропроводящие частицы 15 из вращающегося магнитного поля сепаратора и заставляют их двигаться по спирали вверх, где образуется скопление концентрата, который выбирается вертикальным подъемным механизмом (например, шнек или т.п.). Промывочная вода, поступающая через устройство 4 для подачи воды за счет тангенциального подвода создает в сепараторе центробежно-восходящий поток, а избыток воды выливается через устройство слива 5.

Таким образом, сепарируемые намагничивающиеся и немагнитные электропродные компоненты, используемые в обогащении, можно извлекать на одном и том же оборудовании, но только необходимо изменить программу в блоке управления 10 (для установки необходимых электрических параметров напряжения и частоты, подаваемого в обмотки электромагнитных катушек), чтобы обеспечить требуемую степень извлечения из массопотока частиц обогащаемого класса крупности.

Далее на примерах рассмотрим работу заявленного электродинамического сепаратора для выделения противоположных по поведению частиц - это ферромагнетики и проводящие диамагнетики.

Экспериментальная проверка действия предлагаемого способа и устройства была проведена на макете, собранном по схеме, представленной на Фиг. 8.

Заявителем был проведен ряд расчетов и экспериментов, условия проведения которых и полученные результаты приведены ниже.

Пример 1 (Сепарация ферромагнетиков):

На Фиг. 6 приведена картина вращающегося магнитного поля в 12-полюсной МОС сепаратора при подаче трехфазного тока со смещением на 120 градусов при сепарации ферромагнетиков. На Фиг. 6 трапеции, расположенные по окружности, закрашенные голубым цветом - это пазы сердечника, где расположены витки электромагнитных катушек и где интенсивность (концентрация силовых линий) магнитного поля минимальна. Для сепарации частиц ферромагнетиков не требуются большие ударные импульсы бегущего магнитного поля, поэтому на блоке управления устанавливается режим синусоидальных токов малой частоты. В этом режиме намагничивающихся частицы не отталкиваются, а притягиваются к двигающемуся магнитному полю, что приводит к отложению намагничивающихся частиц на диэлектрических стенках сепаратора. При сепарации ферромагнетиков необходимо установить частоту и амплитуду тока в блоке управления МОС соответственно размерности намагничивающихся частиц, тогда можно получить эффект левитации частиц в воде. Это явление объясняется наличием у намагничивающихся частиц гистерезиса (остаточной индукции), поэтому чем больше элемент, тем нужен больше ток и ниже частота. Крупнодисперсные намагничивающихся частицы из-за имеющейся остаточной намагниченности при определенной частоте не успевают поменять полярность, и они начинают вращение под действием магнитного поля, но все равно сталкиваются с одноименным вращающимся магнитным полем сепаратора, что приводит к выталкиванию их в рабочую зону сепаратора с последующим их извлечением. Так, для крупных металлических изделий были получены эффекты левитации в воде на частоте бегущего МП в диапазоне 150-300 Гц и частоте в фазе 10-20 Гц.

Пример 2 (Сепарация диамагнетиков и парамагнетиков):

При извлечении проводящих диамагнетиков и парамагнетиков используются мощные импульсные токи и тогда вектор индукции будет существенно больше. На Фиг. 7 приведена картина вращающегося магнитного поля в 12-полюсной МОС сепаратора при подаче трехфазного тока со смещением на 120 градусов. В этом режиме на полюсах электромагнитных катушек генерируются мощные импульсы магнитного поля индукцией 3,2 Тесла и создается замкнутое в кольцо вращающееся магнитное поле, в котором каждым полюсом электромагнитных катушек МОС образуются цуги бегущего магнитного поля, а так как полюсы электромагнитных катушек развернуты под углом к оси сепаратора, то цуги от всех полюсов в центре сепаратора образуют суммирующее вращающееся и выталкивающее вверх воздействие на выделяемый компонент.

Пример 3:

Практический результат был получен для сепарации частиц меди в суспензии по твердому 22%, где содержалось 60% меди и 40% кварца. В качестве сепарированного материала использовалась мелконарезанная медная проволока диаметром 0,25 мм и длиной 1 мм. Необходимо было найти оптимальную частоту для сепарации такого продукта. Сила, действующая на немагнитное проводящее тело со стороны магнитного поля, зависит от скорости изменения этого поля. В однородном поле эта выталкивающая сила, действующая на диамагнетик, равна нулю. Направление силы магнитного поля, действующей на диамагнетик, определяется направлением изменения его квадрата, а модуль этой силы пропорционален скорости изменения квадрата индукции поля. Необходимо было рассчитать длительность импульсов в МОС, чтобы понять, на какой частоте работать, чтобы лучше разделить немагнитные проводящие частицы. В теории сепарации известна формула для расчета требуемой длительности импульса в индуктивном витке для воздействия на частицу с целью сепарации:

Исходные значения для расчета были взяты такие:

- удельная проводимость меди σ=5,6⋅10⁷ см/м;

- удельной плотностью меди ρ=8,9⋅10³ кг/м³;

- магнитная проницаемость вакуума μ₀=4π^*10^-7 Н/м²,

для среды вода μ=1 (условно),

где k=10 (коэффициент превышения силы выталкивания над весом).

Первая часть формулы (обозначим С) меняется мало и ее условно можно считать постоянной величиной и далее будем применять вычисленный коэффициент С равный 2.

Длительность воздействия импульсов магнитного поля на частицу с целью сепарации получилась равной 140 мкс. Длительность воздействия определяет минимальный период и максимально возможную частоту воздействия магнитного поля, которая равна f_мax=7 кГц. При трехфазном воздействии на МОС частота фазных напряжений будет 466 Гц. В данном примере при частоте в фазе 355 Гц извлечение меди составляет 78,9%, а при оптимальной частоте 466 Гц - 97,1%.

Пример 4:

Сохраняя ту же длительность воздействия импульсов, равную т=140 мкс и частоту вращения поля f_мах=7 кГц, как и с мелконарезанной медной проволокой, были получены почти одинаковые значения по извлечению в % более крупных частиц алюминиевой стружки (1 мм × 0,3 мм × 0,3 мм), но более легких (стружка была получена в результате обработки алюминиевого уголка крупонасечным напильником по дереву). Алюминиевые частицы скрученной формы были размещены в объеме суспензии по твердому 22%, где содержалось 60% алюминия и 40% кварцевого песка, как в предыдущем примере №3. При трехфазном воздействии на МОС с частотой фазных напряжений 466 Гц было получено 98% извлечения. При частоте в фазе 355 Гц извлечение алюминия составило 81,1%. Интересно то, что частицы алюминия были примерно в два раза больше по размеру и в два раза легче по весу, но эффект выделения у алюминия оказался лучше незначительно, хотя уже на меньшей частоте 355 Гц из-за легкости материала мы должны были получить более высокое извлечение. Полученный результат можно объяснить тем, что у алюминиевых сплавов удельная электропроводность и плотность ниже σ=20×10⁶ См/м, а плотность ρ=2,7 кг/дм³ (в то время как у меди - соответственно σ=56×10⁶ См/м; ρ=8,7 кг/дм³). Из формулы, приведенной выше, видно, что основная величина, влияющая на разделение, это величина σ/ρ (отношение удельной электропроводности к плотности металла). Следовательно, если принять во внимание, что удельная электропроводность у алюминия почни в три раза ниже, а вес в три раза меньше, то полученный результат вполне объясним, так как соотношение γ/ρ для алюминиевой стружки выше чем для мелконарезанной медной проволоки всего в 1,1 раза.

Проведенные расчеты и эксперименты доказывают, что использование сепаратора с магнитной отклоняющей системой (МОС) позволяет получить универсальный способ сепарации полезных ископаемых, который позволяет разделять жидкие смеси из намагничивающихся и немагнитных частиц, а также жидкие смеси немагнитных электропроводных и неэлектропроводных частиц.

Заявленное техническое решение позволяет получить в условиях мокрой сепарации универсальный способ магнитного обогащения полезных ископаемых с возможностью разделения намагничивающихся и немагнитных частиц, а также разделения немагнитных проводящих и непроводящих частиц.

Заявленное решение раскрыто в отношении предпочтительных вариантов его осуществления, однако возможны и аналогичные варианты его осуществления, не выходящие за пределы объема правовой охраны настоящего изобретения.

Таким образом, совокупность заявляемых признаков позволяет решить поставленную задачу и создать универсальный процесс сепарации с возможностью разделения намагничивающихся и немагнитных проводящих частиц на одном и том же оборудовании.

1. Способ мокрой сепарации полезных ископаемых, заключающийся в том, что суспензию с твердыми частицами пропускают через электродинамический сепаратор с цилиндроконической рабочей поверхностью, одновременно с помощью магнитной отклоняющей системы генерируют переменное магнитное поле, параметры которого выбирают программно, подавая в обмотки магнитной отклоняющей системы напряжения, которые имеют изменяемую частоту и амплитуду, а также фазные напряжения, которые смещены относительно друг друга на 120 градусов, создают внутри конусной части сепаратора замкнутое в кольцо бегущее магнитное поле, с помощью которого управляют движением частиц, разделяют частицы в пространстве на фракции, перемещают выделяемую фракцию вдоль оси сепаратора вверх к центру рабочей зоны, после чего извлекают выделяемую фракцию с помощью устройства вертикального извлечения, а невыделяемая фракция перемещается в нижний патрубок сепаратора.

2. Способ мокрой сепарации по п.1, отличающийся тем, что для выделения парамагнетиков и диамагнетиков генерируют мощные импульсы бегущего электромагнитного поля с током 1-2 кА и частотой 2-50 кГц.

3. Способ мокрой сепарации по п.1, отличающийся тем, что для выделения ферромагнетиков генерируют переменное бегущее электромагнитное поля с током синусоидальной формы амплитудой до 1 кА и частотой 100-500 Гц.

4. Электродинамический сепаратор, включающий корпус с выходным кольцевым отверстием, затвор с нижним патрубком, устройство для подачи исходного материала, устройство подачи промывной воды, приспособление для вывода продукта разделения, сложный индуктор с системой управления, отличающийся тем, что сложный индуктор выполнен в виде магнитной отклоняющей системы, состоящей из многополюсной системы электромагнитных катушек, подключенных через систему управления к источникам фазных напряжений, причем многополюсная система катушек размещена вокруг конической части сепаратора в усеченной конической чаше, а обмотки катушек, имеющие вид вытянутых по вертикали равнобедренных треугольников, уложены в пазы между полюсами сердечника, соответственно полюса всех катушек развернуты под углом к оси сепаратора, а число полюсов кратно 3 и 4.

5. Электродинамический сепаратор по п. 4, отличающийся тем, что усеченная коническая чаша выполнена из диэлектрика, а приспособление вывода продукта разделения содержит устройство вертикального извлечения компонента.

6. Электродинамический сепаратор по п. 4, отличающийся тем, что усеченная коническая чаша выполнена из металла, а приспособление вывода продукта разделения содержит устройство вертикального извлечения компонента.

7. Электродинамический сепаратор по пп. 4-6, отличающийся тем, что сердечник выполнен сборным из плоских секторов трапециевидной формы, которые установлены в конической чаше и жестко закреплены на поверхности чаши.