Новости горной промышленности

Механизм агрегирования частиц при обогащении сталеплавильных шлаков

Сухая магнитная сепарация широко применяется при переработке сталеплавильных шлаков, значительная часть которых представлена классами крупности менее 15 мм, содержащими в свою очередь большое количество тонких частиц крупностью менее 2 мм. Майнинг-Инфо

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА АГРЕГИРОВАНИЯ ЧА¬СТИЦ ПРИ ОБОГАЩЕНИИ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ШЛАКОВ | Майнинг-Инфо

Для повышения плотности извлечения железа шлаки подвергаются дроблению и измельчению, что способствует увеличению содержания тонких частиц. При этом с уменьшением крупности шлаков происходит интенсивное агрегирование частиц и, в частности, налипание тонких частиц на поверхность крупных, что является одной из главных причин резкого снижения эффективности магнитной сепарации и отказа от её использования для обогащения мелкого материала. Налипание тонких частиц на поверхность более крупных или слипание частиц обусловлено силами, которые зависят как от свойств контактирующих тел, так и от характеристик окружающей среды. Связь между частицами обусловлена молекулярными, электрическими, магнитными, механическими и капиллярными силами [1.2].

Молекулярные силы проявляются еще до непосредственного соприкосновения частиц. Их величина зависит от природы, формы и размеров соприкасающихся частиц, площади контакта и расстояния. Действуют молекулярные силы, главным образом, в сухих сыпучих материалах. Для случая адгезии частиц на плоской поверхности величину молекулярных сил F’ можно определить по формуле [2]:

F’m=(hω/8πH²)*r

где hco — константа молекулярного взаимодействия по Лифшицу;
Н — величина зазора между взаимодействующими частицами, м;
r — радиус частицы, м.

Поскольку величина зазора между взаимодействующими частицами значительна за счет наличия водной прослойки, величина молекулярных сил мала и их действием можно пренебречь.

Силы электрического взаимодействия подразделяются на куло-новские, определяющие взаимодействие при наличии избыточных зарядов на частицах, и электрические, обусловленные разностью потенциалов соприкасающихся частиц. Кулоновские силы по своему значению перекрывают молекулярные и электрические, обусловливая взаимодействие заряженных частиц с поверхностью при наличии определенного заряда между соприкасающимися телами, и обратно пропорциональны квадрату радиуса частиц, то есть 1/r2[2].

Силы проявляются в начальный момент контакта частицы с поверхностью.

Проводимость материала частицы и зоны контакта, а также влага способствуют утечке заряда и уменьшению величины кулоновских сил. Электрические силы возникают только при контакте частицы с поверхностью и тем сильнее, чем значительнее контактная разность потенциалов. При этом величина сил пропорциональна площади контакта частицы с поверхностью, которая пропорциональна r2|3.

Величина электрических сил сравнима с величиной молекулярных и изменяется при модифицировании поверхности с целью придания ей необходимых донорно-акцепторных свойств.

Присутствие влаги в зазоре между частицей и поверхностью исключает возможность проявления электрических сил.

Магнитные силы могут проявляться в случае присутствия в сепараируемом материале ферромагнитных тел.

Механические силы проявляются в тех случаях, когда форма частиц отклоняется от сферической. При этом, чем сложнее форма частиц, тем больше вероятность их механического зацепления. Силы механического зацепления проявляются, в основном, в сыпучих материалах, испытывающих внешнюю нагрузку, что в значительной степени имеет место при магнитной сепарации сталеплавильных шлаков.

Капиллярные силы начинают проявляться при относительной влажности воздуха более 65% [2]. При этом в зазорах между контактирующими частицами происходит конденсация паров воды.

Капиллярная влага может находится в сыпучем материале в различном состоянии. Первые порции сконденсированной влаги расходуются на образование адсорбционных пленок, покрывающих поверхность частиц и не участвующих в капиллярном сцеплении. При повышении влажности вода собирается под действием капиллярных сил в местах контакта частиц, образуя дискретные мостики или манжеты, не сообщающиеся между собой и обеспечивающие наибольшую прочность сцепления частиц. Эта вода называется капиллярной стыковой.

С увеличением содержания воды в сыпучем материале возникает так называемое «канатное» состояние капиллярной влаги. При этом все поровое пространство может быть заполнено водой, но в порах, которые выходят на поверхность частиц, имеются вогнутые мениски, благодаря которым возникает и передается гидростатическое давление. Если происходит дальнейшее увеличение содержания влаги, частицы полностью обволакиваются ею и образуется ограниченный объем влаги. Это приводит к уменьшению, а затем и к полному исчезновению стягивающих капиллярных менисков, приводя к постепенному уменьшению сил сцепления.

Величина капиллярных сил, обусловливающих адгезию частиц, нарастает параллельно с поверхностным натяжением жидкости, пары которой окружаются поверхностью, увеличением размера частиц и усилением смачиваемости поверхности. Эти положения подтверждены теоретическими расчетами величины капиллярных сил F0, выраженной соотношением

F0/σR = f(φ),

где σ — поверхностное натяжение,

R — радиус частицы, в зависимости от значения радиального угла трехфазного периметра смачивания φ[3].

Таким образом, получена экстремальная зависимость F0/σR = f(φ), которая позволяет считать, что наибольшая прочность сцепления частиц имеет место при наличии манжет во всех точках контакта при оптимальном количестве в них воды.

Экстремальное исследование изложенных положение производилось по количеству и прочности окатышей, полученных при окомковании класса -0,074 мм, выделенного из шлака. Окомкование проводилось на чашевом окомкователе с диаметром чаши 450 мм. Результаты окомкования приведены в таблице 1.

Таблица 1
Влияние влажности шлака на количество окатышей и их прочность
Влияние влажности шлака на количество окатышей и их прочность | Майнинг-Инфо
Данные табл. 1 свидетельствуют о том, что при влажности шлаков 2,3% окатыши не образуются, вероятно, вследствие того, что адсорбируемая вода идет на образование адсорбционной пленки, которая не участвует в капиллярном сцеплении.

При повышении влажности шлака зависимости выхода окатышей и силы их разрушения являются экстремальными. Сначала при влажности 5,7% образуются локальные мостики — манжеты, обеспечи-вающие сцепление частиц. При дальнейшем увеличении влажности это сцепление усиливается, а выход окатышей и их прочность повышаются. Затем при росте уровня влажности частицы полностью обволакиваются водой с образованием ограниченного объема влаги. Это приводит к уменьшению, а затем и к полному исчезновению стягивающего действия манжетов. В результате слипания окатышей в грязевые комья нарушается процесс окомкования. Во всех опытах наблюдается корреляция выхода окатышей и их прочности.

Для оценки эффекта налипания тонких частиц за счет капиллярного сцепления и определения его роли в процессе магнитной сепарации, было изучено влияние влажности шлака крупностью 10-0 мм на показатели магнитной сепарации при подаче материала на барабан и при сепарации во взвешенном состоянии. Одной из особенностей магнитной сепарации во взвешенном состоянии является эффективная очистка частиц магнитного продукта от налипших на них тонких частиц за счет относительного перемещения извлекаемых частиц с различной скоростью, а механическое увлечение немагнитных частиц магнитный продукт практически не происходит [3-6]. Результаты сепарации приведены в таблице 2.

Таблица 2. Влияние влажности шлака и способа магнитной сепарации на показатели обогащения

Влияние влажности шлака и способа магнитной сепарации на показатели обогащения | Майнинг-Инфо

При обогащении шлаков на барабанном сепараторе с влажностью 2,5% произошло снижении массовой доли железа в магнитном продукте на 6,1% по сравнению с сепарацией во взвешенном состоянии (табл. 2). Учитывая, что при этой влажности окомкование шлаков не происходит (см. табл. 1), и, следовательно, частицы не смачиваются, а при сепарации во взвешенном состоянии механический вынос частиц отсутствует, это снижение массовой доли железа является результатом механического увлечения немагнитных частиц в магнитный продукт.

При повышении влажности шлаков до 5,3; 8,6; 10,9 и 13,4% массовая доля снижается соответственно до 30,8; 25,8; 22,2 и 20.1%, что является результатом не только механического увлечения немагнитных частиц в магнитный продукт, но и следствием налипания немагнитных тонких частиц на извлекаемые магнитные.

В случае сепарации во взвешенном состоянии снижение массовой доли железа в магнитном продукте происходит менее резко и массовая доля удерживается на уровне выше на 6,1-5-13,3% по сравнению с показателями, полученными при обогащении шлаков на барабанном сепараторе. Снижение извлечения с повышением влажности шлаков является следствием налипания тонких магнитных частиц на поверхность магнитных частиц.

Таким образом, важнейшим механизмом агрегирования частиц при сухой магнитной сепарации является слипание частиц под действием капиллярных сил, зависящих от влажности материала.

Авторы: Чижевский В.Б., Сединкина Н.А., Шавакулева О.П. (ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова»)

Литература:

1. Зимон, АД. Андрианов, Е.И. Аутогезия сыпучих материалов. М.: Металлургия. 1978. 288 с.
2. Зимой, А.Д. Адгезия пыли и порошков. М.: Химия. 1976. 432 с.
3 Чижевский, В.Б., Сединкина, Н.А. Особенности сухой магнитной сепарации мелких продуктов во взвешенном состоянии // Обо¬гащение руд. 2007. № 1. С. 25-28.
4. Чижевский, В.Б. Исследование процесса сухой магнитной сепарации мелкого материала во взвешенном состоянии // Обогащение руд. 2006. № 2. С.25-28.
5. Чижевский, В.Б. Тахаутдинов, Р.С., Захаров, И.П. Устройство для извлечения магнитных частиц из сыпучего материала. Св-во РФ на полезную модель № 26450, опубл. В Б.И. 2002, № 34.
6. Чижевский, В.Б., Горлова, О.Е., Захаров, И.П., Сукинова, Н.В. Высокоэффективная технология обогащения мелких классов сталеплавильных шлаков. Горный информационно-аналитический бюллетень. — М.: МГГУ, 2002. С. 235-237.

Материалы по теме:

Материалы по теме:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *