способ селективного разупрочнения и дезинтеграции материала, содержащего ферромагнитные компоненты

Формула изобретения

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:

l_K/n+ =v_Пt+gt²/2,

где l_K - длина катушки,

n - количество импульсов, обрабатывающих столб руды, длиной l_K,

- расстояние между питателем, подающем руду в катушку, и ее верхом,

v_П - 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 ( +l_K).

Описание изобретения к патенту

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 t_И=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 15,52·10 ⁶ 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 на границах магнетита и кварца достигают 58,5% предела прочности 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:

l_K/n+ =v_Пt+gt²/2,

где l _K - длина катушки,

n - количество импульсов, обрабатывающих столб руды длиной l_K,

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

v_П - 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 ( +l_K).

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 l_K 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 v_П загружается в полость катушки, преодолевая расстояние +l_K 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
8·10 4	Хвосты	91,06	0,0078	10,06
	Руда	100,00	0,0710	100,00

При H=8·10 ⁴ 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 Einflu eines magnetischen Pulsfeldes auf die Festigkeitskennwerte von standardisierten Prüfkörpen / Spa ek Frantisek, Do kal 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.