Теоретические основы процесса магнитной сепарации

Магнитный метод обогащения основан на различии магнитных свойств разделяемых минералов.

Явление магнетизма существует:

1.за счет вращения ядра;

2.за счет орбитального движения электронов вокруг ядра;

3. за счет вращения электронов вокруг своей оси.

Магнитный момент – это произведение магнитной массы на длину частицы или силы тока на площадь контура.

Магнитный момент вещества, отнесенный к единице его объема (I= ) называется намагниченностью, измеряется ампер/м (СИ),

Магнитные свойства вещества характеризуются магнитной восприимчивостью æ, которая определяется отношением интенсивности намагничивания к напряженности поля и называется объемной магнитной восприимчивостью вещества (величина безразмерная)

æ =

Объемная магнитная восприимчивость, отнесенная к единицы массы вещества, называется удельной магнитной восприимчивостью

χ = æ / δ, м³/кг

δ – плотность вещества, кг/м³

Удельную магнитную восприимчивость можно рассматривать как магнитный момент 1 кг массы вещества при его намагничивании в поле напряженностью 1 кА/м.

В зависимости от величины удельной магнитной восприимчивости минералы делятся на сильномагнитные, слабомагнитные и немагнитные или по магнитным свойствам все вещества делятся на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

Одним из основных магнитных свойств, определяющих поведение частиц в рабочей зоне сепаратора, является удельная магнитная восприимчивость. По величине удельной магнитной восприимчивости (χ) все минералы делятся на:

1.Сильномагнитные минералы (ферромагнитные) χ > 3,8* 10^-5 м³/кг.

К ним относятся магнетит (FeO*Fe₂O₃), титаномагнетит, маггемит (Fe₂O₃), пирротин (Fe_nS_n+1). Эти минералы можно выделить в магнитном поле напряженностью Н= 70-120 кА/м или ≈ 1000-1500 эрстед.

2.Слабомагнитные минералы (парамагнитные) с удельной магнитной восприимчивостью 1,26*10^-7 м³/кг< χ<3,8*10^-5 м³/кг.

К ним относятся ряд окислов (гематит Fe₂O₃), гидроокислы (лимонит HFeO₂), карбонаты железа (сидерит Fe[CO₃]) и марганца, ильменит (FeTiO₃), вольфрамит (Mn,Fe[WO₄]), гранат, биотит и др.Эти минералы извлекаются на магнитных сепараторах с сильным полем, напряженностью 120-1600 кА/м или 10-20 тыс.эрстед.

3.Немагнитные минералы и диамагнитные, обладающие удельной магнитной восприимчивостью χ<1,26*10^-7 м³/кг и < 0, при разделении в магнитном поле выделяющиеся в немагнитную фракцию. Это кварц, циркон, рутил, кальцит, касситерит (SnO₂), апатит и др. Удельная магнитная восприимчивость чистых минералов является физической константой, величина которой зависит от химического состава, кристаллической решетки, температуры, насыпной плотности, времени и условий намагничивания.

Восприимчивость же рудных частиц непостоянна и зависит от степени раскрытия сростков, их формы. Ее величина не прямо пропорциональна содержанию магнитных включений.

Отношение удельных магнитных восприимчивостей разделяемых минералов χ₁/χ₂ должно быть >1 (на практике не менее 3-5). Это отношение называется коэффициентом селективности магнитного обогащения.

Сила, с которой магнитное поле действует на частицу вещества, помещенную в поле, называется магнитной силой (F_м). Она зависит от величины удельной магнитной восприимчивости вещества и силы магнитного поля или его напряженности.

Магнитная сила F_м, действующая на минеральное зерно с массой m, помещенное в магнитное поле, определяется по формуле

F_m= μ₀ χ H gradH m.

Удельная магнитная сила (f_m) притяжения, т.е. магнитная сила, отнесенная к единице массы, действующая на частицу в магнитном поле (или в рабочей зоне сепаратора) определяется по формуле

f_m= μ₀ χ H gradH, Н/кг (Ньютон/кг)

где μ₀ – магнитная постоянная, равна 1,256*10^-6 гн/м

χ – удельная магнитная восприимчивость, м³/кг

Н- напряженность магнитного поля, А/м

gradH – градиент напряженности, А/м