Магнитный сепаратор - RU178981U1

Чертежи

Описание

Полезная модель относится к области порошковой металлургии, а именно к устройствам для разделения отходов производства постоянных магнитов NdFeB.

В настоящее время постоянные магниты NdFeB являются самыми востребованными среди остальных (литых, ферритовых и т.д.), поскольку обладают наивысшими магнитными параметрами.

Данные магниты содержат в своем составе до 40% дефицитных редкоземельных металлов и кобальта, поэтому отходы их производства (брак магнитов по внешнему виду, геометрическим размерам и магнитным параметрам) используют повторно для снижения себестоимости.

Поскольку постоянные магниты NdFeB изготавливают по технологии порошковой металлургии, то отходы размагничивают, дробят до частиц с размерами 0,8-1,0 мм и вводят в технологическую цепочку на операции измельчения вместе с порошком свежих магнитных материалов.

Однако магнитный материал NdFeB очень активно взаимодействуют с окружающим воздухом, поэтому постепенно в нем накапливается кислород, который разрушает основную магнитную фазу Nd₂Fe₁₄B с образованием оксида неодима NdO. При этом снижаются его основные магнитные параметры (остаточная индукция Br и коэрцитивная сила Нсв) и увеличивается его магнитная восприимчивость χ.

Увеличение магнитной восприимчивости материала NdFeB (χ=0,05) при его окислении связано с выделением в нем железа (χ=1100) в процессе разрушения основной магнитной фазы Nd₂Fe₁₄B. В результате, при образовании 1 масс. % NdO одновременно образуется около 2 масс. % Fe, которые увеличивают магнитную восприимчивость материала почти на 22 единицы.

Этот факт позволяет отделить частицы материала, содержащего NdO выше допустимого значения (0,3 масс. %), методом магнитной сепарации, поскольку сила, действующая в магнитном поле на частицу вещества, пропорциональна его магнитной восприимчивости [1].

На данный момент известны различные виды сепараторов с регулируемыми значениями напряженности магнитного поля в зоне сепарации, которые используются в качестве сепараторов-анализаторов [2]. Общим недостатком этих аппаратов является низкая производительность, работа только в периодическом режиме и низкая селективность разделения.

При этом под селективностью разделения (Ср) подразумевается отношение магнитных восприимчивостей разделенных материалов [1]:

где γ1 - магнитная восприимчивость менее магнитной фракции;

γ2 - магнитная восприимчивость более магнитной фракции.

Наиболее близким по технической сущности является гравимагнитный сепаратор, включающий желоб и магнитную систему, расположенную под ним [3]. Магнитная система представляет собой бесконечную ленту с установленными на ней постоянными магнитами. Однако он используется в данном изобретении для транспортировки магнитной фракции по желобу и конструктивно способен, только отделить магнитную фракцию от немагнитной.

Поэтому магнитные сепараторы используются при разделении материалов NdFeB [4], только для выделения основной высококоэрцитивной (χ=0,05), низкокоэрцитивной слабомагнитной (χ>1000) и немагнитной фракции (χ<10^-3). При этом селективность процесса разделения составляет около 5×10^-5.

Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в повышении селективности разделения отходов производства магнитов NdFeB при магнитной сепарации. Поставленная техническая задача решается тем, что в магнитном сепараторе, включающем питатель и приемники продуктов разделения, желоб и магнитную систему, представляющую собой бесконечную транспортерную ленту с установленными на ней постоянными магнитами, желоб огибает магнитную систему по направлению ее движения и в нижней части отклоняется от нее вниз, а постоянные магниты закреплены на транспортерной ленте одноименными полюсами, а на их противоположных полюсах установлены полюсные наконечники.

Техническим результатом, достижение которого обеспечивается совокупностью существенных признаков, является повышение селективности разделения отходов магнитных материалов NdFeB, за счет создания одинаковых условий магнитной сепарации для каждой частицы сепарируемого материала.

Устройство полезной модели приведено на фиг. 1. Магнитный сепаратор работает следующим образом. Порошок разделяемого материала 2, через бункер 1 поступает в питатель 3, в котором он захватывается магнитным полем магнита 4 и под его воздействием движется вслед за магнитом по немагнитному желобу 7. Движение магнита обеспечивается транспортерной лентой 6, на которой он жестко закреплен. Полюсной наконечник 5 служит для создания равномерного магнитного поля в рабочей зоне на поверхности желоба.

В нижней части сепаратора (при обратном ходе транспортерной ленты) желоб отклоняется вниз от линии полюсных наконечником. В результате этого зазор между постоянными магнитами и частицами материала начинает увеличиваться и магнитное поле, действующее на частицы материала, начинает ослабевать. Падающие частицы разделенного материала собираются в приемниках 8.

Главными элементами предлагаемой полезной модели, определяющими ее существенные признаки и обеспечивающими необходимый технический результат, являются:

- постоянные магниты, закрепленные на транспортерной ленте одноименными полюсами и имеющие на противоположных полюсах полюсные наконечники.

- желоб, огибающий магнитную систему и в нижней части отклоняющийся от нее вниз.

Постоянные магниты 4 в данной конструкции обеспечивают не только транспортировку магнитного материала по желобу, но и формируют рабочие зоны магнитного сепаратора, которая перемещается в пространстве по закону, заданному формой желоба.

При обратном ходе частиц материала (в нижней части сепаратора) на них воздействуют две силы: магнитная сила и сила тяжести.

Удельная магнитная сила (магнитное ускорение) f, действующая на единицу массы частицы в воздухе (Фиг. 1) равна [1]:

где μ₀ - магнитная постоянная;

χ_ч - магнитная восприимчивость частицы вещества;

Н - напряженность магнитного поля;

gradH - градиент напряженности магнитного поля в направлении от источника магнитного поля В (данном случае полюсного наконечника).

Если удельная магнитная сила (магнитное ускорение) будет выше ускорения свободного падения g, то частица будет прижиматься к поверхности желоба. Если наоборот, то частица упадет вниз.

При этом, как видно из формулы (2), точка падения частицы материала не зависит от ее массы, а определяется только соотношением параметров магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом, и магнитной восприимчивостью частицы материала. В результате этого, частицы с меньшей магнитной восприимчивостью будут падать первыми (в магнитном поле с большей напряженностью).

Для повышения селективности магнитного сепаратора необходимо, чтобы разница в магнитных параметрах постоянных магнитов, образующих магнитную систему, была минимальной, поскольку, в основном, она и будет определять селективность процесса разделения в предлагаемой полезной модели.

Полюсные наконечники 5, изготовленные из магнитомягкого материала, необходимы для создания равномерного рабочей зоны магнитной сепарации. Оптимальным вариантам будет создание с их помощью рабочей зоны поперек желоба с шириной сравнимой со средним размером частиц разделяемого материала. В настоящее время существуют различные конструкции полюсных наконечников, обеспечивающих равномерность магнитного поля на уровне 0,001%, например, в рабочих объемах медицинских томографов [5].

Установка всех постоянных магнитов на транспортерной ленте сепаратора одноименными полюсами необходима для предотвращения примагничивания частиц разделяемого материала друг к другу. В отличие от других магнитных материалов, отходы постоянных магнитов NdFeB представляют собой частицы, имеющие магнитную текстуру. Как и любой редкоземельный магнит, их можно намагнитить только вдоль направления текстуры.

Попадая в магнитное поле, даже будучи не намагниченными, частицы разворачиваются текстурой вдоль линии индукции магнитного поля, в данном случае вертикально (фиг. 2). При этом в них формируется полярность строго в соответствии с полярностью постоянных магнитов, образующих магнитную систему, и, как и любые магниты, размещенные параллельно и полюсами в одну сторону, они начинают отталкиваться друг от друга. В реальности частицы материала встают в одну линию поперек желоба (Фиг. 2) на некотором расстоянии друг от друга.

Немагнитный желоб 7 служит не только для транспортировки разделяемого материала, но и своим отклонением вниз задает закон изменения напряженности магнитного поля (Н gradH) в рабочей зоне магнитного сепаратора, которая в данном устройстве всегда находится на поверхности желоба и движется вдоль него.

На фиг. 1 желоб 7 изображен отклоненным в нижней части сепаратора на угол γ, однако форма его изгиба может быть любой (парабола, гипербола и т.д.), в зависимости от диапазона магнитной восприимчивости фракции, которая должна быть выделена из разделяемого материала.

Конструкция питателя может быть любой из известных [2], которые используются для дозированной подачи разделяемого материала. Скорость подачи материала подбирается опытным путем, исходя из конкретных требований. При повышении скорости подачи материала будет происходить снижение селективности разделения и повышение производительности сепаратора, при уменьшении скорости подачи материала - повышение селективности разделения и снижение производительности сепаратора.

Аналогично влияет и скорость движения транспортерной ленты, которая тоже подбирается опытным путем в зависимости от конкретных требований по производительности и селективности.

Пример:

Для магнитной сепарации были взяты термически размагниченные отходы постоянных магнитов NdFeB в виде порошков с размером частиц 0,755-1,0 мм со средним содержанием NdO 0,52 мас. %, которые не могут быть повторно использованы в производстве магнитов из-за высокого содержания NdO (более 0,3 мас. %).

Магнитный сепаратор, изготовленный в АО НПО "Магнетон" по предлагаемому варианту, содержал немагнитный желоб из латуни шириной 20 мм. В нижней части магнитного сепаратора желоб отклонялся на угол 15°. При этом напряженность магнитного поля на его поверхности падала (на отклоненном участке длиной 80 мм) со 180 кА/м до 20 кА/м.

Постоянные магниты с геометрическими размерами 10×10×20 из материала NdFeB были закреплены на транспортерной ленте согласно фиг. 1. Промежуток между магнитами составлял 10 мм. Размер 20 мм магнитов располагался поперек транспортерной ленты. Количество магнитов, размещенных на ленте, составляло 25 штук.

Полюсные наконечники были изготовлены из стали Ст10 и представляли собой равносторонние треугольные призмы, верхний (обращенный к желобу) угол которых был притуплен фаской 0,5 мм.

Длина транспортерной ленты составляла 50 см. Скорость движения транспортерной ленты составляла 0,48 м/с и обеспечивалась электроприводом с мощностью 50 Вт.

Выходное отверстие питателя представлял собой щель с размерами 1,2×15 мм, размещенное наибольшим размером поперек желоба сепаратора.

В качестве приемников разделенных продуктов использовались 10 контейнеров, которые находились под рабочей зоной сепаратора согласно фиг. 1. В процессе магнитной сепарации 0,5 кг материала весь разделенный материал оказался распределенный по 10 контейнерам, нумерация которых проводилась по фиг. 1 слева направо.

Габаритные размеры магнитного сепаратора 200×250×400 мм. Масса 4,4 кг. Производительность магнитного сепаратора по разделяемому материалу составила 18,6 г/мин, что соответствует годовой производительности при 2-х сменной работе 4,5 т/год.

Результаты магнитной сепарации приведены в таблице 1.

Как видно из полученных результатов, использование полезной модели позволяет повысить селективность разделения отходов производства постоянных магнитов NdFeB до 0,24-0,82 в зависимости от содержания в них NdO.

Источники информации:

1. Тихонов, О.Н. Магнитные, электрические и специальные методы обогащения / О.Н. Тихонов, Е.Е. Андреев, В.Б. Кусков, М.В. Никитин. - СПб: СПГУ, 2016. - 70 с.

2. Кармазин, В.В. Магнитные и электрические методы обогащения / В.В. Кармазин, В.И. Кармазин. - М.: Недра, 1988. - 304 с.

3. Патент США №4659457, НКИ 209/40. Заявл. 30.09.85. Gravitymagnetic ore separators and methods (прототип).

4. Патент РФ №2082551, МПК B22F, B22F 1/00, B22F 1/00. Заявл. 13.01.1993. Способ производства редкоземельных постоянных магнитов

5. Курбатов П.А., Кузнецова Е.А., Кулаев Ю.В. Проектирование систем с постоянными магнитами открытого типа для магниторезонансных томографов // Электричество, 2007. - №7. - С. 47-52.

Реферат

Полезная модель относится к области порошковой металлургии, а именно к устройствам для разделения отходов производства постоянных магнитов NdFeB.Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в повышении селективности разделения отходов производства магнитов NdFeB при магнитной сепарации. Поставленная техническая задача решается тем, что в магнитном сепараторе, включающем питатель и приемники продуктов разделения, желоб и магнитную систему, представляющую собой бесконечную транспортерную ленту с установленными на ней постоянными магнитами, желоб огибает магнитную систему по направлению ее движения и в нижней части отклоняется от нее вниз, а постоянные магниты закреплены на транспортерной ленте одноименными полюсами, а на их противоположных полюсах установлены полюсные наконечники.Техническим результатом, достижение которого обеспечивается совокупностью существенных признаков, является повышение селективности разделения отходов магнитных материалов NdFeB, за счет создания одинаковых условий магнитной сепарации для каждой частицы сепарируемого материала.

Формула