Файл: Алейников, Н. А. Структурирование ферромагнитных суспензий.pdf

■ |-

rJ

H. А. АЛЕЙНИКОВ

СУСПЕНЗИЙ

ОРДЕНА ЛЕНИНА КОЛЬСКИЙ ФИЛИАЛ им. С. М. КИРОВА

ГО РН Ы Й И Н С ТИ ТУ Т

Н. А. АЛЕЙНИКОВ, П. А. УСАЧЕВ, П. И. ЗЕЛЕНОВ

СТРУКТУРИРОВАНИЕ

ФЕРРОМАГНИТНЫХ

СУСПЕНЗИЙ

ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА»

Ленинградское отделение

Л е н и н г р а д - . 1 9 7 4

•I

-Н О Н Т Р о Л ь н ы Й э к з е м п л я р щ

В-

УДЯ 622.7 : 622.341 : 621 92S.S

Структурирование ферромагнитных суспензий. А л е й н и к о в Н. А., У с а ­ ч е в П. А., З е л е н о в П. И. Изд-во «Наука», Леиингр. отд., Л ., 1974,

1— 120.

Изучены реологические свойства и закономерности структурирования ферро­ магнитных суспензий в гидродинамических потоках при приложении магнит­ ных полей низкой напряженности (50—200 э). Определены соотношения гидродинамических потоков и магнитных полей для получения концентри­ рованных подвижных ферромагнитных систем, на основании использования которых разработаны новый способ и электромагнитные сепараторы для раз­ деления и сгущения ферромагнитных суспензий. Приведенными примерами показано, что использование магнитных полей низкой напряженности позво­ ляет получать железные концентраты высокой чистоты сепарацней и флота­ цией, а также значительно повысить эффективность процессов сгущения, водо- и газоочистки. Рис. — 82, табл. — 21, библ. — 260 пазв.

О т в е т с т в е н н ы е р е д а к т о р ы

II. Ф. ОЛОФИНСКНЙ, С. С. ШАХМАТОВ

П Р Е Д И С Л О В И Е

Исследование свойств ферромагнитных неустойчивых сус­ пензий в гидродинамических потоках при приложении магнит­ ных полей малой напряженности представляет собою область, получившую в настоящее время определенное научное и техно­ логическое развитие. В экспериментальных исследованиях, вы­ полненных в Кольском филиале АН СССР под руководством Н. А. Алейникова, был найден целый ряд интересных свойств структурированных зернистых ферромагнитных суспензий в маг­ нитных полях напряженностью 50—300 э, которые затем были использованы в технологических процессах. Результаты всех этих работ излагаются в настоящей монографии.

Изучение образования концентрированных подвижных магнетитовых суспензий в магнитном поле открыло новые возмож­ ности в организации разделительных процессов в обогащении полезных ископаемых и в частности процесса получения желез­ ных концентратов высокой чистоты. Создан новый тип высоко­ производительного электромагнитного сепаратора, у которого разделительной средой является указанная концентрирован­ ная суспензия.

Очевидно, что по мере дальнейшего изучения реологических свойств ферромагнитных суспензий в магнитных полях также будут найдены и новые их технологические приложения. Авторы монографии достаточно подробно определяют возможные области применения магнитных полей малой напряженности, а именно сгущение суспензии, селективную флотацию минералов, пыле­ улавливание, и приводят в качестве примера различные комби­ нированные процессы.

Научным достоинством монографии, несомненно, является изучение совмещения работы гидродинамического потока и ра­ боты магнитного поля в создании структурированных систем.

С. С. Ш а х м а т о в

деления частиц минералов зависит в основном от их магнитных свойств, напряженности магнитного поля и гидроили аэроди­ намической характеристики потоков разделительной среды.

Магнитные свойства ферромагнитных минералов зависят от их химического состава, формы и размера зерен, дефектов кристаллической реніетки, упругих напряжений и напряженности магнитного поля. На селективность разделительных процессов наиболее существенное влияние оказывают изменения таких магнитных свойств, как магнитная восприимчивость и коэрци­ тивная сила, которые зависят от размера частиц ферромагнетика и напряженности магнитного поля.

Известно, что магнитная восприимчивость с уменьшением размера частиц понижается, а коэрцитивная сила — увеличи­ вается [1—8]. Херроун [9] показал, что спрессованный порошок магнетита по сравнению со сплошным имеет меньшую магнитную проницаемость и остаточную намагниченность, а коэрцитивную силу — большую. Изменение магнитной проницаемости происхо­ дит тем больше, чем более высокое значение ее было в сплошном образце. При увеличении напряяшнности магнитного поля маг­ нитная восприимчивость изменяется при кривой Столетова.

На рис. 1.1 и 1.2 показано изменение удельной магнитной восприимчивости в зависимости от напряженности магнитного поля для отдельных классов крупности магнетитов Оленегор­ ского и Ковдорского месторождений Кольского полуострова, исследуемых в настоящей работе. 1

Ниже приводится химический состав (в %) магнетита различ­ ной крупности Ковдорского и Оленегорского месторождений:

Ковдорское месторождение

с компенсационными катушками. Плотность порошков магнетита 2.85 г/см3.

4

--200+10G 64.71 1.01 6.49 —100+50 65.5Ü 0.92 5.70 —50 65.73 0.92 5.83

Оленегорское месторождение

X , см3/г

Максимальные значения удельной магнитной восприимчи­ вости для оленегорского магнетита крупностью + 0.05 мм дости­ гают в полях напряженностью 100 э, а для частиц менее 0.05 мм — смещаются в область больших полей 350—500 э (рис. 1.1). В це­ лом удельная магнитная восприимчивость для оленегорского магнетита понижается тем 'больше, чем меньше размер частиц (рис. 1.3). Аналогичная зависимость наблюдается и для ков­ дорского магнетита (рис. 1.2). Аномальные изменения магнит­ ной восприимчивости в зависимости от крупности ковдорского

5

магнетита объясняются его сложным и непостоянным химическим составом [10].

С уменьшением концентрации ферромагнитных частиц в' мине­ ральных продуктах магнитная восприимчивость их понижается. Для определения магнитной восприимчивости смесей ферромаг-

X, см3/г

нитных частиц с диамагнитными предложено несколько формул. Так, Е. И. Кондорский [11, 12[ принимает следующее соотно­ шение:

7. = К(1 — В У.) 4- 2А Ѵѵ. — (1 — В у.)],

где у. — удельная магнитная восприимчивость смеси; х — удель­ ная магнитная восприимчивость магнетита; V — объемная кон­ центрация магнетита в смеси; А и В — коэффициенты, завися­ щие от V.

Уравнение экспериментально подтверждено для материала крупностью 30 мк в полях напряженностью 20 э.

М. И. Кирко [13] рассмотрел индуктивное влияние запрес­ сованных в песок намагничиваемых ферромагнитных частиц друг на друга. Для малых объемных концентраций частиц V эф­ фективная магнитная восприимчивость 7. конгломерата опреде­ ляется соотношением

Ѵѵ.

* — 1 + Ny. ’

Для больших концентраций размагничивающий фактор N является в том же конгломерате функцией магнитной проницае­

6

мости вещества у и его концентрации V. Экспериментально была получена зависимость р. от V (рис. 1.4).

Магнитная восприимчивость смеси зависит не только от кон­ центрации и крупности ферромагнитных частиц, но и от их прост­ ранственной ориентации. В. В. Кармазин [14] показал, что при

объясняется способностью частиц магнетита в суспензии ориен­ тироваться в направлении вектора магнитного поля с образова­ нием структурированной системы.

Тонкодисперсные ферромагнитные минералы из-за нескомпенсированности магнитных моментов отдельных доменов обладают высокой коэрцитивной силой. Причем из-за структурной и мине­ ралогической неоднородности, наличия микровкрапленности шпи­ нели ковдорский магнетит имеет более высокую коэрцитивную

тиц — магнитная флокуляция — оказывает большое влияние на процессы магнитного и флотационного обогащения ферромаг­ нитных руд, измельчения, классификации, сгущения, фильтра­ ции, а также на процессы водо- и газоочистки. В зависимости

7

от назначения процесса магнитная флокуляция может оказы­ вать как положительное, так и отрицательное действие. Так, при классификации флокуляция препятствует разделению частиц минералов по крупности; при магнитной сепарации, с одной стороны, способствует более полному извлечению тонких ферро­ магнитных частиц, а с другой — понижает селективность раз­ деления. При обесшламливании магнитная флокуляция способ­ ствует повышению производительности этих процессов и селек­ тивности разделения, а при измельчении — повышению степени раскрытия зерен магнетита [16].

Изучению закономерностей флокуляции ферромагнитных ми­ нералов в водных средах и разработке способов ее управления посвящено большое количество работ.

Е. Лаурилла [7] рассмотрел поведение ферромагнитного порошка в магнитном поле, представляя взаимодействие частиц в качестве диполей. При непосредственном контакте частиц, объем V которых действует как отдельная частица, фактор раз­ магничивания N для всего объема становится больше по вели­ чине и порошкообразное вещество стремится к созданию плотной упаковки в направлении силовых линий поля. Потенциальная энергия такой системы

1 Г (р — 1) 1

Эту же энергию можно рассматривать как эквивалентную затрате магнитной энергии на образование структуры, которая уменьшается при слипании частиц и зависит от геометрии объе­ ма V. Полагая, что магнитная индукция в однородном намаг­ ниченном эллипсоиде

лРОрэфН

5 = 1 + Л'(рэф -1)

и что эта индукция вызывает сипу взаимного притяжения частиц, действующую в направлении длинной оси эллипсоида, Е. Лау­ рилла в других работах [18, 19] дает приближенное выражение для определения прочности на разрыв этой структуры:

Как видно, прочность растет пропорционально квадрату напряженности магнитного поля. Максимальное значение проч­ ности достигается при полном магнитном насыщении и для маг­

8