Способ селективного разупрочнения и дезинтеграции материала, содержащего ферромагнитные компоненты


 


Владельцы патента RU 2449836:

Учреждение Российской академии наук Институт электрофизики Уральского отделения РАН (ИЭФ УрО РАН) (RU)

Изобретение относится к селективному разупрочнению и дезинтеграции материала, содержащего ферромагнитные компоненты (магнетит, пирротин, ферросплавы и т.п.), и может быть использовано, например, при подготовке руд и отходов производства (вскрышные горные породы, шлаки, хвосты обогащения и т.д.) к обогащению и другим видам переработки. Способ селективного разупрочнения и дезинтеграции материала, содержащего ферромагнитные компоненты, включает обработку его импульсами магнитного поля. Куски материала разгружают в полость вертикально расположенной катушки, а ее обмотку подключают к источнику импульсов электрического тока для генерации импульсов магнитного поля, осуществляющих втягивание в полость катушки падающих магнитных кусков, их встречные взаимные удары и совмещение во времени и пространстве воздействий на ферромагнитные компоненты механических деформаций, генерируемых ударами и эффектами магнетизма (магнитоиндукционный магнитострикциионный, магнетокалорический, Виллари, Эйнштейна-де-Хааза), которые повышают вероятность образования трещин на границах ферромагнитных и немагнитных компонентов и селективность разупрочнения и разделения их последующей дезинтеграцией и переработкой при использовании в процессе импульсной магнитомеханической обработки материала соотношения:

lK/n+Δ=vПt+gt2/2,

где 1K - длина катушки,

n - количество импульсов, обрабатывающих столб руды длиной 1K,

Δ - расстояние между питателем, подающим руду в катушку, и ее верхом,

vП - начальная скорость частиц сырья, подаваемых в катушку питателем,

g - ускорение земного тяготения,

t - время, за которое частицы руды проходят расстояние от питателя до нижнего конца катушки (Δ+lK).

Изобретение позволяет повысить показатели переработки материала, содержащего ферромагнетики. 1 ил.

 

Изобретение относится к селективному разупрочнению и дезинтеграции материала, содержащего ферромагнитные компоненты (магнетит, пирротин, ферросплавы и т.п.), и может быть использовано, например, при подготовке руд и отходов производства (вскрышные горные породы, шлаки, хвосты обогащения и т.д.) к обогащению и другим видам переработки.

Известен способ подготовки базальта к процессам дробления и измельчения [1]. Образцы в виде цилиндра (высота 25, диаметр 25 мм) и куба (ребро 30 мм) обрабатывали однородным магнитным полем напряженностью 2·105 А/м в виде импульсов длительностью tИ=1,2·10-3 с в течение 12-14 с. Измерения, проведенные после выдержки образцов 24 часа, показали, что прочность базальта на растяжение и сжатие снизилась до 17 и 19% (соответственно с 15,52·106 до 12,952·106 и с 261,3·106 до 219,1·106 Па).

По технической сущности к изобретению наиболее близким является способ подготовки к обогащению кварцево-магнетитовой руды магнитно-импульсной обработкой (МИО). Напряжения сдвига τ на границах магнетита и кварца достигают 58,5% предела прочности τ кварца [2].

Разупрочнение магнетитовой руды микроповреждениями минеральной матрицы при МИО приводит к приросту выхода готового класса до 4% [3], повышению извлечения железа до 1,6 и содержания металла в концентрате - до 2,1% [4]. Невысокую эффективность применения известного способа МИО в процессах обогащения железных руд отметил В.А.Чантурия [5].

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения показателей переработки материала, содержащего ферромагнитные компоненты, проведением предварительной магнитно-импульсной обработки и, например, последующим измельчением и обогащением продуктов рудоподготовки.

Технический результат, получаемый при использовании изобретения, состоит в увеличении технико-экономических показателей переработки материала, содержащего ферромагнитные компоненты, за счет его селективного разупрочнения и дезинтеграции путем совмещения во времени и пространстве механических деформаций, генерируемых эффектами магнетизма (магнитоиндукционный магнитострикционный, магнетокалорический, Виллари, Эйнштейна-де-Хааза) [6] и взаимными ударами кусков материала, содержащего ферромагнитные компоненты, при втягивании этих кусков навстречу друг другу магнитным полем.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе селективного разупрочнения и дезинтеграции материала, содержащего ферромагнитные компоненты, включающем обработку его импульсами магнитного поля, куски материала разгружают в полость вертикально расположенной катушки и ее обмотку подключают к источнику импульсов электрического тока для генерации импульсов магнитного поля, осуществляющих втягивание в полость катушки падающих магнитных кусков, их встречные взаимные удары и совмещение во времени и пространстве воздействий на ферромагнитные компоненты механических деформаций, генерируемых ударами и эффектами магнетизма (магнитоиндукционный магнитострикциионный, магнетокалорический, Виллари, Эйнштейна-де-Хааза), которые повышают вероятность образования трещин на границах ферромагнитных и немагнитных компонентов и селективность их разупрочнения и последующего разделения дезинтеграцией и переработкой при использовании в процессе магнитно-импульсной обработки материала соотношения:

lK/n+Δ=vПt+gt2/2,

где lK - длина катушки,

n - количество импульсов, обрабатывающих столб руды длиной lK,

Δ - расстояние между питателем, подающим руду в катушку, и ее верхом,

vП - начальная скорость частиц сырья, подаваемых в катушку питателем,

g - ускорение земного тяготения,

t - время, за которое частицы руды проходят расстояние от питателя до нижнего конца катушки (Δ+lK).

Одновременное воздействие механических деформаций, генерируемых эффектами магнетизма и встречными взаимными ударами кусков материала, повышает вероятность объединения дислокаций и микротрещин, возникающих, например, при магнитострикции (изменение формы и размера ферромагнетика), в магистральные макротрещины селективного отрыва магнитных зерен от немагнитных при встречных взаимных ударах и последующей дезинтеграции. При увеличении напряженности магнитного поля импульсов повышается выход из катушки готового измельченного продукта. Соотношение дезинтеграции материала магнитно-импульсной и механической обработкой определяется предварительными экспериментами и экономическим расчетом.

При n=1 магнитный импульс воздействует на столб сырья высотой lK один раз, при n=2 - два раза и т.д. с увеличением количества встречных соударений кусков материала, содержащего включения ферромагнитных компонентов. Куски материала, содержащего минимум ферромагнитных компонентов, пролетают через полость катушки с минимальным количеством столкновений, что также повышает селективность дезинтеграции. На рисунке показаны: 1 - питатель для подачи сырья в полость катушки, обмотка 2 которой подключается к источнику импульсов электрического тока.

Согласно изобретению обработку материала магнитными импульсами проводят следующим образом.

Материал, содержащий включения ферромагнитных компонентов, например руду из карьера или шахты, подвергают дроблению до оптимальной крупности, установленной предварительными лабораторными и полупромышленными испытаниями с определением оптимальных значений n и величины напряженности магнитного поля, зависящих от свойств руды.

Руда из питателя (1) со скоростью vП загружается в полость катушки, преодолевая расстояние Δ+lK в виде разрозненных кусков. В обмотку(2) катушки подают импульс тока перед выходом руды из нижнего отверстия катушки, такая обработка руды приводит к реализации нового эффекта - совмещение во времени и пространстве воздействующих на ферромагнетики механических деформаций, генерируемых встречными взаимными ударами кусков сырья и эффектами магнетизма.

Пример. Предложенным способом готовили к обогащению магнетитовую руду Северо-Песчанского месторождения с примесью сульфидов меди. Каждую навеску руды крупностью - 1 мм, массой 1 кг обрабатывали одним магнитным импульсом при H=0 (контрольный опыт) и H=8·104 А/м, доизмельчали до крупности - 0,1 мм и флотировали (табл.1).

Таблица 1
Результаты флотации примеси сульфидов меди из магнетитовой руды после магнитно-импульсной обработки
H, А/м Продукты Выход, % Содержание меди, % Извлечение меди, %
Cu-продукт 13,32 0,4500 85,63
0 Хвосты 86,68 0,0116 14,37
Руда 100,00 0,0700 100,00
Cu-продукт 8,94 0,7100 89,94
8·104 Хвосты 91,06 0,0078 10,06
Руда 100,00 0,0710 100,00

При H=8·104 А/м повышается извлечение меди в медьсодержащий Cu-продукт на 4,31% (с 85,63 до 89,94%), содержание - в 1,58 раза с 0,45 до 0,71%. Cu-продукт, полученный из магнетитовой руды с использованием МИО, состоит из сростков пирита с сульфидами меди, т.е. он является сырьем с концентрацией меди 0,71%, в 2,7 раза превышающей ее содержание в медных рудах (0,3% меди для Михеевского месторождения, Южный Урал).

Удаление сульфидов из руды повышает качество железного концентрата, за счет снижения содержания в нем серы, массовую долю и извлечение железа в концентрат соответственно до 2,1 и 2,5%.

Источники информации

1. Zum Einfluβ eines magnetischen Pulsfeldes auf die Festigkeitskennwerte von standardisierten Prüfkörpen / Spaček Frantisek, Dočkal Milan, Göll Gerd und And. // «Neue Bergbautechn.», 1983, 13, №9, 521-523, ISSN 0047-9403 DD (нем.).

2. Гончаров С.А, Бруев В.П. Разупрочнение пород, содержащих минералы ферромагнетики // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2004. - №8. - С.325-340.

3. Наночастицы в процессах разрушения и вскрытия геоматериалов / В.А.Чантурия, К.Н.Трубецкой, С.Д.Викторов и др. // М., 2006. - Изд-во: ИПКОНРАН. - 216 с.

4. Хопунов Э.А. Разработка методологических основ исследования селективного разрушения руд и раскрытия минералов: Автореф. дис. д-ра техн. наук / институт «Механобр». - Л., 1991. - 39 с.

5. Чантурия В.А. Перспективы устойчивого развития горно-перерабатывающей индустрии России // Прогрессивные технологии комплексной переработки минерального сырья / Под ред. В.А.Чантурия. - М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2008. - 283 с.

6. Советский энциклопедический словарь // М., Изд-во: Советская энциклопедия. - 1981. - С.1342.

Способ селективного разупрочнения и дезинтеграции материала, содержащего ферромагнитные компоненты, включающий обработку его импульсами магнитного поля, отличающийся тем, что куски материала разгружают в полость вертикально расположенной катушки, а ее обмотку подключают к источнику импульсов электрического тока для генерации импульсов магнитного поля, осуществляющих втягивание в полость катушки падающих магнитных кусков, их встречные взаимные удары и совмещение во времени и пространстве воздействий на ферромагнитные компоненты механических деформаций, генерируемых ударами и эффектами магнетизма (магнитоиндукционный магнитострикционный, магнетокалорический, Виллари, Эйнштейна-де-Хааза), которые повышают вероятность образования трещин на границах ферромагнитных и немагнитных компонентов и селективность разупрочнения и разделения их последующей дезинтеграцией и переработкой при использовании в процессе импульсной магнитомеханической обработки материала соотношения:
lK/n+Δ=vПt+gt2/2,
где lK - длина катушки,
n - количество импульсов, обрабатывающих столб руды, длиной lK,
Δ - расстояние между питателем, подающем руду в катушку, и ее верхом,
vП - начальная скорость частиц сырья, подаваемых в катушку питателем,
g - ускорение земного тяготения,
t - время, за которое частицы руды проходят расстояние от питателя до нижнего конца катушки (Δ+lK).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области очистки технологических газов от твердых примесей, содержащих магнитные и немагнитные частицы, а именно к устройствам для выгрузки выделенных в аппаратах очистки газа частиц, и может быть использовано в химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к электромагнитной сепарации тонкодисперсных минеральных смесей и мелких частиц с высокой степенью селективности с целью их разделения и обогащения.

Изобретение относится к магнитной сепарации и м.б. .

Изобретение относится к области измельчения материалов и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где применяются дисперсные материалы. .

Изобретение относится к области топливной энергетики, а именно к способам получения тонкодисперсного водоугольного топлива на основе ископаемых углей, которое может быть использовано для сжигания в котлах, печах и других установках объектов теплоэнергетики.

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к измельчению твердых материалов, в том числе взрывчатых веществ, которые применяются для изготовления смесевого ракетного твердого топлива (СРТТ).

Изобретение относится к измельчению. .

Изобретение относится к области разрушения взрывным способом конструкций и может быть использовано при утилизации резинотехнических изделий, например изношенных шин.

Изобретение относится к оборудованию для дробления материалов. .

Изобретение относится к способу механоактивации и измельчения материалов и может быть использовано в строительстве и других отраслях промышленности, например в горнорудной, пищевой, медицине, химической и других, где необходимо получение высококачественной продукции, например тонкодисперсных многокомпонентных смесей различных минералов, полимеров и порошков.

Изобретение относится к добыче и переработке тяжелых минералов из труднообогатимых рудных и комплексных россыпных месторождений, в частности - с повышенным содержанием мелкого и тонкого золота в сростках

Изобретение относится к добыче и переработке тяжелых минералов из труднообогатимых рудных и комплексных россыпных месторождений, в частности с повышенным содержанием мелкого золота в сростках

Изобретение относится к способам добычи полезных ископаемых растворением, например с помощью щелочного или кислотного выщелачивающего вещества, а именно к извлечению золота и других благородных металлов из золотосодержащего сырья, такого как полиметаллические руды, упорные руды, концентраты, хвосты обогащения, вторичное сырье и другое подобное сырье

Изобретение относится к переработке промышленных отходов

Изобретение относится к дроблению алмазов при изготовлении алмазного породоразрушающего инструмента

Изобретение относится к области переработки и утилизации вторичного сырья. Способ разрушения многокомпонентных изделий, состоящих из металлических элементов с прикрепленными к ним изоляционными элементами, включающий создание в них поля механических напряжений, превышающих предел их механической прочности от воздействия мощных ударных волн, источником которых является канал разряда, сформированный в воде между электродами, установленными в корпусе и подключенными к генератору высоковольтных импульсов, отличающийся тем, что для создания поля механических напряжений в изоляционных элементах изделий, превышающих предел их механической прочности, используют разряды с градиентом энергии 0.8-0.9 Дж/мм, которые осуществляют на границе раздела воды и разрушаемых изоляционных элементов. Изобретение позволяет извлекать металлические элементы без повреждений и снизить энергозатраты на процесс разрушения. 1 ил., 1 табл.
Наверх