В начало Написать нам Карта сайта | RSS
Уральский рынок металлов


Предлагаем Вам разместить информацию в бегущую строку - 1000 рублей в месяц - за каждые 10 слов | Ежедневно посетители сайта смогут видеть информацию о Вашем предприятии. | Минимальные затраты - максимальный результат!!!
Новости Журнал О компании Статьи Аналитика Тендеры Рекламодателям Подписчикам Форумы Бизнес-навигатор Карта сайта Мероприятия Вопросы-ответы
В начало // Журнал / Все номера / УРМ №6 (июнь 2007) / Современные перспективы применения магнита
← оглавление номера

Ориентиры развития:

Современные перспективы применения магнита

Татьяна Емелина, Юрий Верещагин 

Одно из наиболее распространенных применений редкоземельных металлов - это магниты, производство которых ежегодно растет колоссальными темпами, особенно в Китае. В этой сфере применения РЗМ существует масса интересных особенностей. Магниты на основе РЗМ имеют широчайшее применение, поэтому вопросы, связанные с технологиями их производства и использования, становятся сегодня весьма актуальными.

Магнит за три тысячелетия

Мир магнитен. Магнитен от гигантских далеких туманностей до элементарных частиц. Человека пронизывают мириады магнитных полей различного происхождения. Сами мы - тоже магниты: биотоки, текущие в нас, рождают вокруг причудливый пульсирующий узор магнитных силовых линий. Земля, на которой мы живем - гигантский голубой магнит. Солнце - желтый плазменный шар - магнит еще более грандиозный. Галактики и туманности, едва различимые радиотелескопами - непостижимые по размерам магниты.

Постоянные магниты являются очень важной частью многих устройств, применяемых в нашей повседневной жизни. Их можно встретить в головке звукоснимателя, в громкоговорителе, электрогитаре, электрогенераторе автомобиля, в небольших моторчиках магнитофонов, в радиомикрофоне, электросчетчиках и прочих устройствах. Магниты широко применяют и в современной науке. Магнитные материалы нужны для работы в СВЧ-диапазонах, для магнитозаписи и воспроизведения, создания магнитных запоминающих устройств. Магнитострикционные преобразователи позволяют определять глубину моря. Без магнитометров с высокочувствительными магнитными элементами трудно обойтись, если нужно измерить ничтожно слабые магнитные поля, сколь угодно изощренно распределенные в пространстве. Магнитная дефектоскопия - это самостоятельный раздел теории и практики, позволяющий отыскивать поры, каверны, включения в металлических слитках, изделиях разного размера. Магнитные измерения уже давно взяты на вооружение отделов технического контроля многих предприятий.

Природные магниты, попросту говоря, кусочки магнитного железняка - магнетита (химический состав 31% FeO и 69% Fe2O3), в разных странах назывались по-разному: китайцы называли магнит - чу-ши; греки - адамас и каламита, геркулесов камень; французы - айман; индусы - тхумбака; египтяне - кость Ора, испанцы - пьедрамант; немцы - магнесс и зигельштейн; англичане - лоудстоун.

Самые старые, «документальные», свидетельства о знакомстве людей с магнитами пришли к нам из Центральной Америки. Древние ольмеки умели вырезать фигуры морских черепах с намагниченной головой, связывая, возможно, способность черепах находить курс в открытом море со свойствами магнита ориентироваться в магнитном поле Земли.

В китайских летописях встречаются описания магнитных ворот, через которые не мог пройти недоброжелатель с оружием, а также магнитных мостовых и прочих применений волшебного камня чу-ши, попросту магнитного железняка.

В другой легенде рассказывается о военной победе императора Хуанг-Ти, одержанной более трех тысяч лет назад. Этой победой он был обязан своим мастерам, изготовившим повозки, на которых устанавливались фигурки человека с рукой, вытянутой вперед. Фигурки могли вращаться, но вытянутая рука всегда указывала на юг. С помощью таких повозок Хуанг-Ти смог в густом тумане напасть на врага с тыла и разгромить его.

О магнитах, в той или иной связи, писали до нашей эры Пифагор, Гиппократ, Платон, Эпикур, Аристотель и Лукреций, потом Плиний, Плутарх, Гален и Птолемей.

За три тысячелетия знания о магнитных свойствах веществ значительно умножились. Сегодня в этой области науки достигнут колоссальный прогресс. Изучены физические основы магнетизма веществ, разработаны специальные магнитные сплавы. Существует множество технологий изготовления магнитных материалов (см. рис. 1).

В настоящее время постоянные магниты на основе РЗМ (Nd-Fe-B) - наиболее коммерчески выгодны в производстве. При этом магниты Nd-Fe-B выпускаются с большим количеством градаций, а следовательно - с широким диапазоном свойств и областей применения.

Магниты Nd-Fe-B делятся на два вида: спеченные и магнитопласты. Спеченные магниты изготавливаются по технологии порошковой металлургии, обладают высокими магнитными свойствами, но дороги в производстве и хрупки. Магнитопласты используют полимерный наполнитель для удержания частиц магнитного сплава, обладают более слабыми магнитными свойствами, но дешевы, пластичны и легко обрабатываются.

Для предотвращения коррозии и защиты от других неблагоприятных условий внешней среды, магниты Nd-Fe-B, в случае необходимости, покрываются различными материалами. Это покрытия никель-никель и никель-медь-никель (10-20 микрон), цинк (8-20 микрон), никель-медь-золото (10-20 микрон), дополненные, в ряде случаев, внешним слоем эпоксидной смолы, специального стойкого полимерного материала или обработанные фосфатами.

Применение в металлургии

В настоящее время, из-за истощения минерально-сырьевой базы отрасли, особенно остро встает вопрос о повышении эффективности извлечения и обогащения добываемого сырья. С этой целью широко применяется магнитное сепарирование. Магнитные сепараторы - это многоцелевые системы, предназначенные для отделения магнитных примесей от немагнитных. В частности, магнитные сепараторы используются в технологических процессах:

  • на горно-обогатительных предприятиях;
  • на предприятиях стекольной и керамической промышленности;
  • в химическом производстве;
  • на мусорообрабатывающих предприятиях и организациях по переработке вторсырья и металлического лома

Сепараторы широко применяются для обогащения слабомагнитных руд и обезжелезивания неметаллических полезных ископаемых и другого сырья. Известно применение сепараторов на постоянных магнитах для обогащения марганцевых руд и железных руд, для доводки коллективных концентратов россыпных месторождений и для очистки кварцевого, полевошпатового, стекольного сырья, талька, керамики, цемента и других видов сырья.

В современных условиях жесткой конкуренции производство высококачественной продукции при минимальных материальных затратах становится основной задачей любого предприятия.

Одним из направлений технического прогресса в технологии обогащения железных и других руд, снижающих эксплуатационные затраты, является переоснащение технологического оборудования и, в частности, тенденция замены магнитных сепараторов с традиционным электромагнитным источником магнитного поля магнитными системами, выполненными на базе постоянных магнитов высоких энергий (типа Sm-Cо, и, особенно, Nd-Fe-B). Такая тенденция обусловлена в первую очередь огромными достижениями последних лет в разработке и освоении массового производства постоянных магнитов с энергетическим произведением W до 400 кДж/м3.

Использование в магнитных сепараторах постоянных магнитов высоких энергий позволяет отказываться от традиционных конструкций магнитных систем с электромагнитным возбуждением и заменой их магнитными системами нового поколения, не уступающих принципиально по максимальной интенсивности магнитного поля в рабочем объеме сепаратора. Очевидные преимущества магнитных сепараторов на постоянных магнитах: отсутствие источников электроснабжения, кабельных линий, аппаратуры коммутации и защиты, средств электробезопасности, дополняются другими преимуществами, обусловленными специфическими свойствами самих постоянных магнитов. Прежде всего, это возможность практически неограниченного «дробления» магнитных систем на отдельные модули, широкие пределы в формировании топологии магнитного поля как за счет разнообразия в направлении их намагниченности, формы, конструктивной компоновки в самом магнитном сепараторе.

Отказ от электромагнитных систем в магнитных сепараторах ставит и новые задачи при разработке магнитных сепараторов на постоянных магнитах, так как весь огромный накопленный опыт в расчете, конструировании, экспериментальном исследовании, эксплуатации магнитных сепараторов с электромагнитным возбуждением не может быть автоматически перенесен на магнитные сепараторы с возбуждением от постоянных магнитов, которые должны рассматриваться как источники ограниченной мощности. Поэтому весьма актуальными становятся задачи расчета магнитного поля постоянных магнитов, магнитных сил, оптимизации магнитных систем по технико-экономическим соображениям, процесса магнитной сепарации.

В качестве примера можно привести сухие крупногабаритные магнитные сепараторы (рис.2), которые используются в горнорудной промышленности для выделения магнетита и других магнитных частиц из руды. Эти магнитные сепараторы можно разделить на две категории:

- сепараторы с низкой напряженностью для повышения качества сильно магнитных руд;

- сепараторы с высокой напряженностью для обогащения слабо магнитных руд и удаления парамагнитных загрязнений из промышленных минералов

Барабанные магнитные сепараторы с низкой напряженностью используются в основном для повышения качества магнетитовых железных руд при влажном или сухом производственном процессе. В качестве источника магнитного поля в них задействованы постоянные магниты из феррита бария, генерирующие в зоне сепарации магнитное поле не более 0,2 Т.

Областью практического применения магнитных сепараторов с высокой напряженностью является переработка тонкодисперсных слабомагнитных железных руд, ильменитовых руд и береговых песков, а также удаление железных загрязнений из тонкодисперсных промышленных минералов и для осветления каолина. Такие сепараторы обеспечивают высокую производительность при напряженности поля в зоне сепарации не менее 1-1,5 Т. До недавнего времени источником магнитного поля в подобных сепараторах служили электромагниты, потреблявшие значительное количество электроэнергии. В то же время указанная выше напряженность поля вполне может быть достигнута при использовании высокоэнергетичных магнитов NdFeB. В связи с чем в последние годы появились разработки, где в качестве источника магнитного поля для магнитных сепараторов с высокой напряженностью применяются особым образом сконфигурированные постоянные магниты NdFeB.

Крупногабаритные магнитные барабанные сепараторы состоят из вращающегося барабана, переносящего руду и системы постоянных магнитов, используемых в качестве источников постоянного магнитного поля. Попадая в зону действия магнитного поля, магнитные частицы «прилипают» к поверхности барабана и отрываются уже в зоне отсутствия магнитного поля. Диапазон магнитных полей в непосредственной близости от защитного покрытия - от 500 до 1000 Гаусс.

Разделение магнитных и немагнитных материалов в барабанных магнитных сепараторах происходит при их движении по рабочей поверхности барабана, так называемой обечайке. Обечайка изготовляется из немагнитной нержавеющей стали (иногда с применением покрытия из стеклоткани или керамического покрытия для дополнительной механической защиты), вращающейся вокруг неподвижной системы постоянных магнитов. Магнитная система расположена внутри барабана и занимает до половины его окружности в сечении. Магнитные частицы притягиваются к поверхности барабана и удерживаются магнитными силами. «Прилипнув» к вращающейся поверхности барабана, магнитная примесь выносится из области сильного магнитного поля неподвижной системы постоянных магнитов и собирается в мусоросборник, тем самым осуществляя разгрузку барабана. Полезный немагнитный продукт (это может быть песок, руда и т.д.) не испытывает действия магнитной силы притяжения и практически сразу сходит с барабана по баллистической траектории под действием центробежной силы, силы тяжести и силы трения. Магнитные сепараторы такого типа выполняются в одиночной и двойной конфигурациях. В двойной конфигурации используются два барабана, вращающихся в противоположных направлениях вокруг вертикальной оси вращения.

Барабанные магнитные сепараторы отличаются друг от друга конфигурацией магнитного поля в рабочей области (см. рис. 3 а, б). При использовании высокоэнергетичных спеченных магнитов NdFeB благодаря высокому значению напряженности магнитного поля у поверхности барабана конфигурация, изображенная на рис. 3, б, позволяет существенно уменьшить массу используемого магнитного материала без ущерба для основных технических характеристик магнитного сепаратора. В последнее время разрабатываются барабаны магнитных сепараторов с неоднородным распределением магнитного поля (см. рис. 3, в, г, д). При проектировании распределения магнитного поля, важно не только обеспечить максимальные показатели для напряженности магнитного поля в рабочей области сепарации, но также предусмотреть преобладание нормальной составляющей поля к поверхности барабана по отношению к тангенциальной. В противном случае тангенциально действующие магнитные силы нарушат плавное движение магнитных частиц под действием силы трения о поверхность барабана.

Необходимо заметить, что традиционные ферритовые постоянные магниты (Вr до 0,4 Тл) не позволяют создавать высоко градиентные магнитные поля большой напряженности. Штатная магнитная система сепаратора ПБС, выполненная на ферритовых магнитах с полюсным шагом 80 мм и расстоянием между полюсами 40 мм, генерирует на поверхности барабана магнитное поле напряженностью до 128 кА/м (соответствует магнитной индукции 0.16 Тл) при градиенте 2400 кА/м2.

Применение магнитов Nd-Fe-B с высокой остаточной магнитной индукцией (Вг до 1,25 Тл), позволяет оптимизировать конструкцию магнитных систем сепараторов, повысить их эффективность и производительность. Модернизация магнитной системы сепаратора ПБС с использованием постоянных магнитов Fe-Nd-В открывает возможность увеличения характеристик по напряженности магнитного поля на поверхности барабана до 400 кА/м (соответствует магнитной индукции 0.5 Тл) при градиенте 8000 кА/м2. Такое увеличение магнитных характеристик модернизированной магнитной системы соответствует увеличению «магнитной» силы, прижимающей магнитный продукт к поверхности барабана, в 10 раз, по сравнению со штатной магнитной системой сепаратора ПБС (см. формулу 1). Увеличение «магнитной» силы предоставляет возможность, за счет увеличения числа оборотов вращения барабана, увеличивать центробежную силу и существенно улучшать параметры сепарации.

Отдельно необходимо заметить, что для эффективной работы сепаратора необходимо чтобы «магнитная» сила изменялась в узких пределах в зоне сепарации и плавно уменьшалась в зоне схода магнитного продукта. В противном случае будет отсутствовать транспорт магнитного продукта или его сход. Подбор оптимальной геометрии модернизированной магнитной системы сепаратора ПБС выполняется методом компьютерного моделирования распределения магнитных полей.

За счет согласования топологии магнитного поля и технологических параметров работы удается эффективно использовать гравитационные и магнитные силы и, как следствие, получать высокие показатели эффективности сепарации как нерудных продуктов, так и рудных материалов. Благодаря научному подходу, используя наиболее современные методики компьютерного расчета магнитных систем, возможно создать такую топологию магнитного поля, которая дает возможность оптимально использовать массу магнитов и максимально концентрировать магнитную энергию в рабочей зоне сепаратора.

Опыт модернизации сепараторов серии ПБС при магнитном обогащении железной руды

На обогатительной фабрике «Абаканского рудоуправления» модернизации подвергали магнитный сепаратор ПБС-90/100. Это была совместная работа «ЭМКО», г. Москва и «Абаканского рудоуправления».

В соответствии с компьютерным моделированием распределения магнитных полей были выбраны наиболее подходящие магнитные системы, которые воспроизводились на сепараторе ПБС. Напряженность магнитного поля на поверхности барабана варьировали от 224 кА/м (соответствует магнитной индукции 0,28 Тл) до 160 кА/м (соответствует магнитной индукции 0,2 Тл) при изменении градиента от 4000 до 6400 кА/м2. Скорость вращения барабана варьировали от 50 до 100 оборотов в минуту. Дополнительно изменяли периодику магнитной системы из магнитов Fe-Nd-B и число рядов магнитов Fe-Nd-B в магнитной системе. Результаты сепарации сопоставлялись с результатами магнитной сепарации на не модернизированном барабане ПБС-90/100 работающем в штатном режиме.

Обнаружено, что оптимальная напряженность магнитного поля на поверхности барабана при оборотах не более 100 составляет примерно 160 кА/м (соответствует магнитной индукции 0,2 Тл). Видимо, при больших оборотах можно было бы увеличить напряженность магнитного поля и улучшить результаты сепарации, но конструкция сепараторов ПБС не позволяет работать при больших оборотах. Дальнейшее улучшение результатов сепарации связано с полной переделкой барабанов.

Определена оптимальная периодика модернизированной магнитной системы сепаратора ПБС.

Использование модернизированного сепаратора позволило увеличить содержание железа в концентрате с 43.5 до 48%, а в хвостах снизить с 14.8 до 13.8%.

Таким образом, работы по модернизации сепараторов серии ПБС, проведенные ООО «Абаканское рудоуправление», следует признать успешными.

В итоге отметим наиболее важные преимущества применения сепараторов на основе магнитов Nd-Fe-B:

  • cамые высокие силовые характеристики магнитного поля;
  • простая и надежная конструкция, что дает возможность работы в трудных условиях;
  • компактность, небольшая масса и малый расход электроэнергии (нет электромагнитной системы);
  • возможность работы с сырьем широкого диапазона крупности;
  • возможность работы с материалами широкого диапазона магнитных свойств;
  • возможность создания сильного магнитного поля в открытой рабочей зоне разделения;
  • пожаро- и взрывобезопасность.

К недостаткам сепараторов с системой из редкоземельных магнитов можно отнести высокую стоимость магнитной системы (хотя и сопоставимую со стоимостью электромагнитных систем). Но за время эксплуатации сепараторов на постоянных магнитах не потребуется какого-то серьёзного ремонта, как электромагнитные сепараторы (выход из строя электромагнитных катушек).

В настоящее время разработаны многие конструкции магнитных сепараторов с постоянными редкоземельными магнитами: барабанные с внутренней неподвижной и с наружной вращающейся магнитной системой; индукционные валковые с замкнутой магнитной системой; подвесные и др.

В последние годы значительно увеличивается число предприятий занимающихся выпуском сепарационных систем на основе РЗМ, среди них Фирма «Элис» (г.Озёрск), Сибирский Химический Комбинат (Северск), ОАО «Криворожский турбинный завод «Констар» (г. Кривой Рог), Эмко (г.Москва), «Элмат-ПМ» (г.Калуга), НПФ «ЭРГА» (г.Калуга), НПО «Магнетон» (г.Владимир) и многие другие.

При подготовке статьи были использованы материалы сайтов: http://www.valtar.ru/, http://www.ndfeb.ru/, http://www.emcomag.ru/

По вопросам консультации в области анализа ситуации в области РЗМ в России и в мире обращаться в ООО «СОЮЗ-МЕТАЛЛ»:
620062 г. Екатеринбург,
пр. Ленина, 101/2, к. 231;
тел./факс: 8 (343) 365-59-40,
8 (343) 365-44-04;
e-mail: union-metall@mail.ru

Журнал

   
Ваше имя:  
Пароль:     
  запомнить меня
  Регистрация  Забыли пароль?

Бизнес-навигатор

   Меткомплекс
   Наука и образование
   Органы власти
   Отраслевые союзы
   Смежные отрасли


Атомстрой комплекс
ЛитМаш
ЗаводЭкоТехнологий
 
Отраслевая наука 


 
        ООО «УралИнфо»
   Телефон/факс: (343) 350 71 71
   г.Екатеринбург, ул.Мамина-Сибиряка, 58, офис 601        
            urm@urm.ru
пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ
«РЎСѓРјРјР° технологий» «Сумма технологий»
продвижение сайта