Magnetische scheiding en ijzerertsverbetering

Magnetische scheiding en ijzerertsverbetering

Magnetische scheiding is een oude techniek voor het concentreren van ijzererts en voor het verwijderen van zwervend ijzer. Sinds 1849 zijn er in de VS een aantal patenten op magnetische scheiding uitgegeven, en teksten van enkele van de patenten vóór 1910 beschrijven een verscheidenheid aan magnetische scheiders voor de verwerking van mineralen.

Magnetische scheidingsmethoden worden gebruikt om voordeel te halen uit het verschil in magnetische eigenschappen voor het scheiden van ijzererts van de niet-magnetische geassocieerde ganggesteentematerialen. Magnetische scheiding kan zowel in een droge als in een natte omgeving worden uitgevoerd, hoewel natte systemen meer in gebruik zijn.

Magnetische scheiding is een fysieke scheiding van afzonderlijke deeltjes op basis van de drievoudige concurrentie tussen tractie (i) magnetische krachten, (ii) zwaartekracht, hydrodynamische weerstand, wrijvings- of traagheidskrachten, en (iii) aantrekkende of afstotende krachten tussen deeltjes. . Deze krachten werken samen om verschillend in te werken op deeltjes met verschillende magnetische eigenschappen in het toevoermateriaal. Fig 1 toont het principe van de magnetische scheiding.

Fig 1 Principe van magnetische scheiding

De krachten in de magnetische scheiders die concurreren met de magnetische krachten en werken op alle deeltjes die door de scheider reizen, zijn die van zwaartekracht, hydrodynamische weerstand, wrijving en traagheid. Afhankelijk van het type magnetische scheider kunnen bepaalde van deze krachten meer of minder belangrijk zijn.

De zwaartekracht is significant voor grote deeltjes, terwijl de hydrodynamische weerstand significant is voor de kleine deeltjes. Dus in de magnetische scheider die grote deeltjes in droge vorm behandelt, passeert het voedingsmateriaal de zwaartekracht. De magnetische krachten moeten voldoende zijn om het magnetische deeltje tegen de concurrerende zwaartekracht te houden. In een natte afscheider voor kleine deeltjes moet de magnetische kracht groter zijn dan de hydrodynamische sleepkracht die door de slurrystroom op de ingesloten deeltjes wordt uitgeoefend.

De concurrentie tussen de magnetische kracht en de concurrerende krachten in een magnetische scheider bepaalt de waarschijnlijkheid dat een magnetisch deeltje wordt gevangen of teruggewonnen in de magnetische scheider. De kracht tussen de deeltjes, die tussen magnetische en niet-magnetische deeltjes, bepaalt de concentratie van de producten van de magnetische scheiding. Als de kracht tussen de deeltjes groter is dan de magnetische en concurrerende krachten, zullen veel niet-magnetische deeltjes waarschijnlijk samen met de magnetische deeltjes worden gevangen. Integendeel, veel magnetische deeltjes kunnen worden meegevoerd met de niet-magnetische deeltjes en kunnen niet worden opgesloten.

Om een ​​hoge terugwinning van magnetische deeltjes te bereiken, moet de magnetische scheidingskracht groter zijn dan de som van de concurrerende krachten. Als de magnetische kracht echter veel groter is dan de concurrerende kracht, is de selectiviteit van scheiding slecht, omdat er geen onderscheid wordt gemaakt tussen verschillende magnetiseerbare deeltjes. De selectiviteit van het proces moet kritisch worden bepaald door de relatieve waarden van de magnetische en concurrerende krachten die worden beïnvloed door een juiste keuze van een separator zelf en zijn bedrijfsparameters.

De operatieve magnetische, concurrerende en interdeeltjeskrachten bepalen de prestaties van de separator. Deze krachten zijn zowel afhankelijk van de aard van de te scheiden voeding als van de eigenschappen van de magnetische scheider. De aard van het voer omvat de grootte en fysieke eigenschappen die de verschillende betrokken krachten kunnen beïnvloeden. De kenmerken van de magnetische scheider omvatten het ontwerp en de variabele parameters, met name het magnetische veld en de processnelheid. Er bestaat een algemene relatie tussen deze parameters. Ook kan de magnetische kracht in een separator worden gemaximaliseerd door de magnetische veldgradiënt af te stemmen op de deeltjesgrootte.

Magnetische scheider scheidt het ijzerertstoevoermateriaal in twee of meer componenten. Als het doel is om een ​​magnetisch geconcentreerd ijzererts te produceren, dan zijn de residuen de andere component die niet-magnetisch is. In sommige gevallen kan er ook een mogelijkheid zijn om de minder magnetische derde component, die tussenproducten wordt genoemd, te scheiden. Elk van deze materiaalstromen wordt in, door de afscheider of uit de afscheider getransporteerd.

De magnetische en concurrerende zwaartekracht, wrijving, hydrodynamische weerstand of traagheidskrachten hebben de neiging om de deeltjes te scheiden, terwijl de aantrekkende krachten tussen de deeltjes de neiging hebben om de mate van scheiding te verminderen. In elke werkelijke situatie voor scheiding worden zowel magnetische als niet-magnetische deeltjes normaal gesproken ook aangetroffen in de residuen of tussenlagen, en alleen in het limietgeval is de volledige magnetische scheiding mogelijk. De efficiëntie van de magnetische scheiding wordt meestal uitgedrukt door zowel de terugwinning (de verhouding van magnetisch materiaal in het geconcentreerde erts ten opzichte van die in het toevoermateriaal) als de kwaliteit (de fractie magnetisch materiaal in het geconcentreerde erts). Dit zijn de twee normaal gebruikte onafhankelijke maatregelen voor de effectiviteit van de magnetische scheider. Deze maatregelen zijn afhankelijk van de relatieve grootte van de magnetische tractiekrachten, zwaartekracht, hydrodynamische weerstand, wrijvings- of traagheidskrachten en aantrekkende of afstotende krachten tussen deeltjes.

Bij magnetische scheiding, hoewel de voorwaarden voor efficiënte scheiding duidelijk zijn gedefinieerd, is er een complicatie omdat het relatieve belang van de krachten voornamelijk wordt bepaald door de deeltjesgrootte. Dit komt vooral omdat de concurrerende krachten afhankelijk zijn van de deeltjesgrootte. Bij droge magnetische scheiding heeft de sleepkracht gewoonlijk een verwaarloosbaar effect op de deeltjesgrootte en heeft daarom in de regel geen aanzienlijke invloed op de efficiëntie van de scheiding. Integendeel, de deeltjesgrootte is significant afhankelijk van de magnetische kracht en de zwaartekracht tijdens droge magnetische scheiding. Aan de andere kant, bij natte scheiding waar de hydrodynamische weerstand belangrijk kan zijn, wordt de selectiviteit van de scheiding aanzienlijk beïnvloed door de deeltjesgrootteverdeling. Met afnemende deeltjesgrootte neemt het relatieve belang van de hydrodynamische weerstand toe in vergelijking met de magnetische kracht.

Bij het ontwerp van een magnetische scheider is het noodzakelijk dat naast een veld ook een gradiënt in de veldsterkte wordt aangebracht om de beweging van deeltjes in de gewenste richtingen te bevorderen. In een veld van uniforme magnetische flux convergeren magnetische deeltjes bij de flux en oriënteren zich zodat er een concentratie in het lichaam is, maar het beweegt niet. Aan de andere kant, door een convergerend veld te produceren, is er een resulterende trekkracht op de deeltjes naar het hogere fluxgebied.

Het magnetische veld en de veldgradiënt die inwerken op de deeltjes in alle magnetische scheiders kunnen op verschillende manieren worden geproduceerd en resulteren in sterk variërende veldgeometrieën en sterktes. In sommige gevallen produceren permanente magneten de velden rechtstreeks, terwijl in andere gevallen spoelen en ijzeren magneetcircuits worden gebruikt om een ​​ferromagnetische structuur te magnetiseren waarvan de veldgradiënten de magnetische deeltjes aantrekken.

Er zijn verschillende soorten magnetische scheiders die zijn ontworpen om het vereiste magnetische veld op basis van de ertsen mogelijk te maken, samen met andere criteria. Magnetische scheiders worden grofweg onderverdeeld in twee groepen, namelijk (i) lage intensiteit en (ii) hoge intensiteit. Beide groepen kunnen zowel nat als droog werken. Enkele van de typen magnetische scheiders die algemeen worden gebruikt, zijn (i) natte en droge magnetische scheiding met lage intensiteit (LIMS), (ii) magnetische scheiding met hoge gradiënt (HGMS), (iii) natte magnetische scheiding met hoge intensiteit (WHIMS ), (iv) rolmagneetscheiders voor het verwerken van zwak magnetische ertsen, en (v) inductierol magnetische scheiding (IRMS) voor het concentreren van droge ertsen. Het magnetische veld wordt meestal gegenereerd door een van de verschillende manieren, zoals (i) permanente magneet, (ii) elektromagneet met ijzeren juk, (iii) solenoïde en (iv) supergeleidende magneet.

Magnetische scheidingsbewerkingen worden vaak gecategoriseerd als lage of hoge intensiteit. Scheiders met een lage intensiteit gebruiken magnetische velden tussen 0,1 Tesla en 0,3 Tesla. Lage intensiteitstechnieken worden normaal gesproken gebruikt op magnetieterts als een goedkope en effectieve scheidingsmethode. Scheiders met hoge intensiteit maken gebruik van velden zo sterk als 1 Tesla tot 2 Tesla. Deze methode wordt gebruikt om zwak magnetische ijzerertsen, zoals hematiet, te scheiden van niet-magnetische of minder magnetische ganggesteentematerialen. Andere factoren die van belang zijn bij het bepalen welk type magnetisch scheidingssysteem moet worden gebruikt, zijn onder meer de deeltjesgrootte en het vastestofgehalte van de ertsslurrytoevoer.

Magnetische scheiders worden over het algemeen gegroepeerd als droge/natte magnetische scheiders met lage intensiteit, droge/natte magnetische scheiders met hoge intensiteit en magnetische scheiders met hoge gradiënt. De groeperingen op basis van de magnetische veldintensiteit worden getoond in figuur 2. Daarnaast zijn er weinig scheiders, die ook onder een droge groep met hoge intensiteit vallen, zoals een permanente rolmagneetscheider, isodynamische scheider, open gradiënt magnetische scheider, trillende hoge gradiënt magnetische scheider/filter, en supergeleidende magnetische scheider met hoge gradiënt. Droge magnetische scheiders met hoge intensiteit hebben een hogere magnetische veldsterkte die wordt veroorzaakt door een permanente magneet of door een geïnduceerd magnetisch veld om de deeltjes te scheiden op basis van hun magnetische gevoeligheid.

Fig 2 Groeperingen van magnetische scheiders op basis van de magnetische veldintensiteiten

Hoewel er verschillende groepen magnetische scheiders zijn, wordt hier het principe van scheiding door twee soorten scheiders (trommel en hoge intensiteit) beschreven. De trommelscheider is representatief voor een conventionele magnetische scheider met een lage gradiënt. In een dergelijke scheider (Fig. 3) wordt het droge toevoermateriaal ingebracht aan de bovenkant van een roterende trommel. De ertsdeeltjes worden langs de trommel naar beneden gedragen door de gecombineerde werking van zwaartekracht en wrijvingskrachten die de rotatie van de trommel op de deeltjes overbrengen. Magnetische krachten geproduceerd door de stationaire magneten in de trommel houden de hogere magnetische deeltjes tegen de roterende trommel. Deze deeltjes worden naar rechts afgezet als de trommel langs het uiteinde van de magneten beweegt. De niet-magnetische deeltjes vallen vrij van de trommel naar links. Een dergelijke separator kan zowel permanente magneten als elektromagneten gebruiken. Gelijkaardige magnetische scheiders worden veel gebruikt voor de winning van magnetiethoudende ijzerertsen.

             Fig 3 Voorbeeld van twee soorten magnetische scheiders

Fig. 3 toont ook de schematische weergave van de magnetische scheider met hoge intensiteit. In deze magnetische scheider met hoge gradiënt wordt een magneet gebruikt die is ontworpen om een ​​sterk instelbaar veld in het containervolume te produceren. Dit volume is verpakt met een matrix van draadvormig, ferromagnetisch materiaal. Sterke magnetische krachten geproduceerd door de hoge veldgradiënten aan de randen van de filamenten zijn effectief in het vangen van zeer fijne (minder dan 100 micron) deeltjes van zelfs zwak magnetische stoffen. Deze filamenten zijn zo gekozen dat ze passen bij de grootte van de voedingsdeeltjes om de magnetische krachten te optimaliseren. De ijzerertsvoeding, in vloeibare (meestal water) slurry, wordt door de container naar beneden geleid. De vloeibare en niet-magnetische deeltjes passeren gemakkelijk de relatief open structuur van de matrix. De ingesloten magnetische deeltjes worden gemakkelijk uitgewassen wanneer het aangelegde veld tot nul wordt teruggebracht. Dergelijke magnetische scheiders zijn nuttig voor het concentreren of verwijderen van fijne magnetische deeltjes bij de verwerking van ijzererts voor het voederen van pellets.

Magnetische scheiders maken integraal deel uit van de systemen voor het zuiveren van ijzererts van lage kwaliteit. Het roosteren van ijzererts van lage kwaliteit om hun magnetisatie te vergroten (d.w.z. de omzetting van hematiet naar magnetiet) vergroot de toepasbaarheid van conventionele magnetische scheiders. Magnetische scheiders worden ook gebruikt in bepaalde ijzerrecyclingtoepassingen.

Soorten magnetische scheiders

Er zijn verschillende soorten magnetische scheiders die worden gebruikt voor de winning van ijzererts. De meest voorkomende zijn de droge en natte trommelscheiders die worden gebruikt voor de winning van ijzererts. Geïnduceerde rolscheiders worden gebruikt om zwak magnetische ijzerhoudende ertsen te behandelen, terwijl katrolscheiders meestal worden gebruikt bij het verwijderen van zwervend ijzer uit verschillende voedingen. Deze scheiders maken gebruik van permanente magneten of elektromagneten en werken in een continue modus. Trommelscheiders en magnetische scheiders met een hoge gradiënt worden hieronder in detail beschreven.

Trommelscheiders - Veel soorten trommelscheiders zijn misschien wel het meest voorkomende type magnetische scheider dat wordt gebruikt. Deze typen omvatten katrol, droge trommel, natte trommel, en geïnduceerde gelijktijdige, in tegengestelde richting draaiende en de tegenstroom-type rolscheiders.

De separatoren voor droge trommels, geïnduceerde rollen en poelies werken op dezelfde manier als de separator die wordt getoond in figuur 3 en die eerder in het artikel is beschreven. De droge voeding wordt van de ene of de andere kant van de trommel of katrol gegooid, afhankelijk van de relatieve grootte van de magnetische, centrifugale of zwaartekracht die op het deeltje inwerkt. Met dit soort afscheiders is het mogelijk om een ​​middelmatige fractie terug te winnen. De middendeeltjes worden zwakker aangetrokken door de magnetische kracht dan de concentraatdeeltjes en vallen daarom in een bak tussen de concentraat- en afvalbakken. Deze tussenproducten bestaan ​​in het algemeen uit gedeeltelijk vrijgemaakte deeltjes die zowel magnetische als niet-magnetische componenten bevatten. Aangezien het vermalen van erts duur is, is het vaak economisch aantrekkelijk om het erts in eerste instantie te behandelen met een droge trommelscheider en de middelfractie opnieuw te malen voordat deze magnetisch wordt teruggetrokken.

Droge trommelscheiders worden gebruikt om deeltjes zo klein als 100 micron te behandelen. De prestatie van deze separatoren bij de productie van concentraten wordt sterk beïnvloed door het vochtgehalte van het voererts. Als het vochtgehalte hoog is, kunnen kleine deeltjes aan de grotere deeltjes blijven plakken, wat resulteert in een minder volledige scheiding. Aangezien de niet-magnetische trommel in figuur 1 voorbij de stationaire polen van de magneten in de trommel draait, is te zien dat een magnetisch deeltje een kracht van variërende grootte ervaart terwijl het op het oppervlak van de trommel rijdt. Deze variatie in de sterkte van de magnetische kracht kan een tuimelende beweging van de ingesloten deeltjes veroorzaken, wat helpt bij hun scheiding van de ongewenste niet-magnetische deeltjes. De omkering van het magnetische veld tussen magnetische polen resulteert ook in een rotatie van deeltjes met resterende momenten. De specifieke beweging van het deeltje is sterk afhankelijk van de deeltjesgrootte.

Er zijn drie hoofdtypen natte trommelafscheiders (Fig 4). Dit zijn (i) gelijktijdige, (ii) tegengesteld draaiende en (iii) tegenstroomtypes. De magneten in de trommels zijn zoals die getoond in figuur 3 en bedekken rond dezelfde boog als de rotatie-aangevende pijlen. In de gelijktijdige trommelmagneetscheider wordt de voerslurry door de trog geleid in dezelfde richting als de rotatie van de trommel. Magnetische deeltjes worden aangetrokken door het roterende oppervlak van de niet-magnetische trommel door de stationaire magneten in de trommel. De niet-magnetische deeltjes zinken naar het laagste punt in de trog en worden als residuen afgezogen. Het magnetische concentraat wordt door de roterende trommel naar rechts over de stuw omhoog gedragen. Dit type separator produceert een hoogwaardig concentraat voor deeltjes in de orde van grootte van enkele millimeters. De scheiding is relatief schoon omdat de magnetische deeltjes worden beïnvloed door de concurrerende magnetische en hydrodynamische weerstandskrachten langs de omtrek van de trommel. Deze reiniging vindt plaats hoewel de variatie in kracht als gevolg van de afwisselende polen in de trommel niet dezelfde mate van deeltjesbeweging op de trommel veroorzaakt als wordt gezien in de droge afscheider waar de viskeuze krachten van de slurry niet aanwezig zijn. Omdat de gelijktijdige tankscheider vaak tailing produceert waarin relatief veel magnetisch materiaal achterblijft, worden de tailings vaak teruggetrokken in een tegengesteld draaiende trommelscheider.

De tegengesteld draaiende scheider wordt getoond in Fig. 4. Het voer wordt door de trog gevoerd tegengesteld aan de richting van de trommelrotatie. De magnetische deeltjes worden opgepakt op het oppervlak van de trommel en naar links gedragen. Deze separator produceert een hoge terugwinning, maar in het algemeen van een concentraat van lage kwaliteit, aangezien de meeste magnetische deeltjes in een kort gedeelte van de trommel worden gevangen en er weinig kans is voor het materiaal van de gevangen deeltjes om meegesleepte niet-magnetische deeltjes vrij te geven. De hoge terugwinning is ook het gevolg van de mogelijkheid dat deeltjes verder stroomafwaarts door de trommel worden opgenomen en als concentraat worden teruggevoerd. Een dergelijke separator behandelt normaal gesproken deeltjes tot 100 micron. Vanwege het vermogen om magnetische deeltjes op te vangen die niet direct worden meegevoerd, heeft deze separator een grotere capaciteit dan het concurrent type.

Het derde type magnetische natte trommelafscheider, de tegenstroomtrommel, wordt vaak gebruikt als afwerkingsafscheider omdat het een extreem schoon concentraat produceert met een goede terugwinning voor deeltjes tot ongeveer 70 micron. Dit scheidingsteken behoudt enkele kenmerken van zowel het gelijktijdige als het tegengesteld draaiende type. Deze scheider is in figuur 4 weergegeven als een tandemscheider met 3 trommels. In deze scheider wordt het voer rond het middelpunt in het magnetische gedeelte van de trommel gebracht. De stroom van de voedingsslurry is tegengesteld aan de richting van de trommelrotatie, terwijl de meegesleepte deeltjes in dezelfde richting reizen. Deze meegesleepte deeltjes worden gewassen door water dat aan de linkerkant van de tank wordt ingebracht. Het gereinigde concentraat loopt naar links over.

Een kenmerk dat alle natte trommelscheiders gemeen hebben, is de overloop van de concentraatslurry aan het einde van de tank. Dit is wenselijk om te voorkomen dat de magnetische deeltjes door het lucht-water grensvlak worden getrokken en het resulterende verlies van magnetische deeltjes. In sommige van de separatoren waarin een ontwaterd concentraat gewenst is, worden de magnetische deeltjes boven het oppervlak van de slurry getrokken en van de trommel afgeschraapt. In deze gevallen moet de slurry worden gerecirculeerd om de verloren magnetische deeltjes terug te winnen.

De belangrijkste concurrerende kracht in een natte trommelscheider is echter de kracht van hydrodynamische weerstand. Dit is het gevolg van de relatieve snelheid van de slurry of het waswater dat een meegesleept deeltje passeert. In de gelijktijdige scheider ligt deze snelheid rond de omtreksnelheid terwijl in de tegengesteld draaiende scheider deze snelheden worden opgeteld. In het algemeen zijn de perifere trommelsnelheden aanzienlijk hoger dan de slurrysnelheden. Naast het effect op de relatieve sleepsnelheid heeft de trommelsnelheid ook invloed op de capaciteit van een trommelscheider. Een lagere snelheid resulteert in een verminderde capaciteit, terwijl een hogere snelheid het herstel vermindert door hogere sleepsnelheden en resulteert in een grotere slijtage van het trommeloppervlak.

Sommige magnetische scheiders worden scheiders met hoge intensiteit genoemd. Dit duidt in het algemeen op scheiders met een conventioneel ontwerp, waarbij gebruik wordt gemaakt van magneten met een grotere sterkte dan gebruikelijk. Ze ontwikkelen magnetische velden van hoge intensiteit en zijn in staat om deeltjes te verwijderen die niet reageren op de magnetische scheider met lage intensiteit.

Fig 4 Typen magnetische trommelscheiders

Scheidingstekens met hoge gradiënt –

Er zijn verschillende typen magnetische scheiders met een hoge gradiënt ontwikkeld op basis van het feit dat hoge magnetische veldgradiënten grote magnetische krachten kunnen produceren. Deze scheiders worden ook wel 'geïnduceerde pool'-scheiders genoemd omdat de veldgradiënten worden geproduceerd door een relatief uniform magnetisch achtergrondveld aan te leggen op een ferromagnetische structuur (roosters, schermen, gegroefde platen of staalwol) en magnetische polen langs correct georiënteerde randen te induceren. Aangezien grote magnetische veldgradiënten over het algemeen alleen in kleine volumes kunnen voorkomen, zijn deze scheiders ontworpen voor de scheiding van kleine magnetische deeltjes. Het produceren van hoge gradiënten en grote magnetische krachten over een oppervlak dat groot genoeg is om praktische aantallen deeltjes op te vangen, is een groot probleem. Naalden met hun assen evenwijdig aan het aangelegde veld produceren hoge gradiënten in relatief lage velden, maar het beschikbare vangoppervlak is zeer beperkt. Daarentegen hebben filamenten die loodrecht op hun lange as zijn gemagnetiseerd, een grote demagnetiserende factor, maar een veel groter oppervlak.