Сепараторы с барабаном на постоянных магнитах широко используются для обогащения магнетитовой руды, предварительной концентрации крупных частиц и отбора хвостов, концентрации перед фильтрацией, извлечения магнитных тяжелых сред, предварительной концентрации сырья для мокрой высокоинтенсивной магнитной сепарации, а также для удаления железа и очистки неметаллических минералов, таких как кварцевый песок, в зависимости от вариаций интенсивности магнитного поля, конфигурации магнитной системы и конструкции барабана.

Сепаратор с барабаном с постоянными магнитами состоит из магнитной системы, барабана, сепарационного резервуара, приводного устройства, а также устройств подачи, разгрузки и перелива. Расположение магнитной системы и количество магнитных полюсов оказывают решающее влияние на эффективность сепарации. В зависимости от диаметра барабана количество магнитных полюсов обычно колеблется от 4 до 7, причем полюса чередуются по периферии. Барабан служит для притяжения и транспортировки магнитных частиц, а также для предотвращения проникновения шлама в магнитную систему. Барабан и его торцевые крышки изготовлены из немагнитных материалов с высоким удельным электрическим сопротивлением и коррозионной стойкостью. Разделительный бак, как правило, изготавливается из аустенитной нержавеющей стали и имеет резиновую или синтетическую футеровку для предотвращения износа. Привод барабана обычно осуществляется от мотор-редуктора или двигателя серии Y через редуктор.

Блоки постоянных магнитов обычно изготавливаются из феррита стронция и феррита бария. В последние годы для изготовления магнитных блоков также стали применяться редкоземельные магнитные материалы, такие как магнитная сталь на основе неодима, железа и бора (NdFeB); хотя последние стоят дороже, они обладают превосходными магнитными свойствами и требуют меньших затрат. В настоящее время широко используются композитные магнитные системы, сочетающие ферритовые и редкоземельные блоки постоянных магнитов, что значительно повышает производительность сепараторов (например, более чем вдвое увеличивая напряженность магнитного поля) и расширяет сферу их применения. В последние годы для достижения ещё более высоких значений напряжённости магнитного поля и производительности стали применяться магнитные системы, полностью состоящие из блоков постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов, примером чего являются барабанные сепараторы с полностью редкоземельными постоянными магнитами серии NCT.

В зависимости от режима работы сепараторы с барабаном на постоянных магнитах выпускаются в трёх конфигурациях корпуса, как показано на рис. 13-2, а именно: параллельного типа (S), противоточного типа (N) и полупротивоточного типа (B).

Рис. 13‑2 Три варианта конструкции барабанных магнитных сепараторов с тремя резервуарами
(а) Параллельный тип; (б) Полупротивоточный тип; (в) Противоточный тип

Магнитный сепаратор параллельного типа подходит для руды размером более 6 мм; сепаратор противоточного типа — для руды размером менее 2–3 мм; а сепаратор полупротивоточного типа — для руды размером менее 0,3 мм. Когда содержание магнетита в сырье низкое, т. е. когда выход хвостов превышает 50%, все три типа баков демонстрируют схожие металлургические показатели. Когда содержание магнитного железа в сырье высокое, т. е. когда выход хвостов составляет менее 30%, тип с параллельным потоком значительно превосходит типы с противоточным и полупротивоточным потоками. В реальных производственных условиях подходящую конфигурацию баков можно выбрать исходя из характеристик руды и технологической схемы обогащения.

За исключением заметных различий в конструкции резервуара, остальные компоненты барабанных сепараторов с постоянными магнитами по сути аналогичны компонентам обычных магнитных сепараторов. На рис. 13-3 показана конструкция барабанного магнитного сепаратора с полупротивоточным режимом работы.

Рис. 13‑3 Конструкция барабанного сепаратора с постоянными магнитами (тип «полупротивоток»)
1 — Барабан; 2 — Магнитная система; 3 — Бак; 4 — Магнитная проводниковая пластина; 5 — Опора; 6 — Труба для распыления воды; 7 — Загрузочный бункер; 8 — Труба для отвода воды с рудой; 9 — Опорная плита; 10 — Устройство регулировки магнитного склонения; 11 — Кронштейн.

В Китае существует множество производителей барабанных сепараторов с постоянными магнитами. Каждый из них, опираясь на собственный опыт, в той или иной степени внес усовершенствования и корректировки в отношении магнитной цепи, интенсивности поля, градиента, количества полюсов, угла обмотки, глубины действия магнитного поля и материалов полюсов магнитной системы, а также системы привода, расположения и конфигурации подшипников и конструкции резервуара. В результате существует большое разнообразие серий и сложный ассортимент моделей и технических характеристик. Однако основные размеры — диаметр и длина барабана — остались неизменными. Поэтому серии, модели, технические характеристики и параметры барабанных сепараторов с постоянными магнитами, которые в настоящее время являются основными и широко используются в Китае, приведены в таблице 13‑1.

Таблица 13‑1. Технические параметры барабанного сепаратора с постоянными магнитами типа BX

Продолжение таблицы 13=1

①10e=79,58 А/м.

Основные рабочие параметры барабанных сепараторов с постоянными магнитами

В реальных производственных условиях к основным параметрам, влияющим на технологические характеристики барабанных сепараторов с постоянными магнитами, относятся: скорость вращения барабана, угол смещения магнитных полюсов, рабочий зазор, зазор на выходе концентрата и производительность. На сегодняшний день точного метода расчёта этих параметров не существует, и единственный подход заключается в их постоянном изучении и тестировании в ходе производственной практики с целью определения наиболее подходящих рабочих параметров.

13.2.2.1 Скорость вращения барабана

Скорость вращения барабана напрямую влияет на центробежную силу, действующую на частицы руды, находящиеся на поверхности барабана. При увеличении скорости вращения некоторые застрявшие частицы с более слабым магнитным притяжением выбрасываются в хвосты, что приводит к повышению как содержания в концентрате, так и содержания в хвостах, при этом извлечение железа незначительно снижается, хотя эти изменения не очень заметны. Учитывая улучшение качества концентрата и производительности, изменение скорости вращения барабана должно быть умеренным.

13.2.2.2 Угол смещения магнитного полюса

Угол смещения магнитного полюса напрямую влияет на ширину зоны очистки. По мере увеличения угла смещения зона очистки сужается, а время очистки сокращается. Это приводит к небольшому повышению содержания как в концентрате, так и в хвостах, а также к тенденции к снижению извлечения железа, однако эти изменения относительно невелики, и все же можно добиться удовлетворительных металлургических показателей. У большинства барабанных сепараторов с постоянными магнитами, производимых в Китае, магнитная система хорошо спроектирована и имеет рациональную магнитную цепь, а угол смещения можно регулировать в широком диапазоне от 5° до 25° в зависимости от свойств различных руд.

13.2.2.3 Рабочий зазор

Рабочий зазор — это минимальная площадь поперечного сечения между барабаном и дном резервуара в зоне очистки, через которое может проходить шлам, и обычно выражается в виде высоты поперечного сечения. Этот зазор определяет производительность сепаратора: увеличение зазора повышает пропускную способность, но приводит к увеличению потерь хвостов; напротив, уменьшение зазора снижает пропускную способность и негативно сказывается на объемах производства. В зависимости от конкретных условий этот зазор обычно устанавливается в пределах от 35 до 60 мм.

13.2.2.4 Зазор на выходе концентрата

Зазор на выходе концентрата определяется производственной мощностью. Неправильный размер зазора влияет на выход руды: если он слишком велик, повышается содержание руды в хвостах и снижается производительность обогатительной фабрики; если он слишком мал, возникают затруднения с выходом концентрата. Исходя из количества концентрата, этот зазор обычно составляет от 15 до 25 мм, при этом типичное значение равно 20 мм.

13.2.2.5 Пропускная способность

Производительность барабанного сепаратора с постоянными магнитами можно выбрать на основе фактических производственных данных или рассчитать исходя из удельной производительности на метр длины барабана с помощью следующей формулы расчета (уравнение 13‑1):

Q = K · q · L (13-1)

Где:
Q — производительность магнитного сепаратора по сухой руде, т/ч;
K — коэффициент, который обычно принимается равным 0,85;
q — производительность на метр длины барабана, т/(м·ч);
L — длина барабана, м.

Монтаж и пробная эксплуатация барабанных сепараторов с постоянными магнитами

13.2.3.1 Монтаж барабанных сепараторов с постоянными магнитами
Подробности следующие:

(1) Во время монтажа следует бережно обращаться с оборудованием, держать его подальше от железных предметов, избегать ударов и предотвращать деформацию.

(2) Зазор *a* между барабаном и резервуаром, а также зазор *b* между барабаном и выпускным отверстием должны соответствовать техническим условиям, указанным в проектной документации (см. рис. 13‑4).

Рис. 13‑4 Барабанный магнитный сепаратор
1 — Загрузочное отверстие; 2 — Барабан; 3 — Магнитная система; 4 — Труба для воды, используемой при промывке руды; 5 — Выпускное отверстие; 6 — Переливной порог; 7 — Регулируемый выпуск хвостов; 8 — Переливной канал;
a — Зазор между барабаном и баком;
b — Зазор между барабаном и выпускным отверстием;
α—Угол регулировки положения магнитной системы.

(3) Допустимые отклонения при монтаже барабанного магнитного сепаратора и методы контроля должны соответствовать положениям, указанным в таблице 13‑2.

13.2.3.2 Пробная эксплуатация барабанного сепаратора с постоянными магнитами

Пробная эксплуатация барабанного сепаратора с постоянными магнитами должна соответствовать следующим требованиям:

(1) Пробная работа без нагрузки должна длиться не менее 2 часов.

(2) Перед началом пробной эксплуатации корпус резервуара и все прилипшие к нему материалы необходимо тщательно очистить.

(3) Приводной механизм должен работать без заклиниваний и необычных шумов.

(4) Все крепежные элементы и соединительные детали не должны быть ослаблены.

(5) Температура смазываемых подшипников не должна превышать 70 °C, а температура подшипников качения — 80 °C.

Таблица 13‑2. Допустимые отклонения при монтаже барабанных магнитных сепараторов

13.2.4 Эксплуатация барабанных сепараторов с постоянными магнитами

13.2.4.1 Запуск и остановка

Порядок запуска и остановки следующий:

(1) Проверка перед запуском. Перед запуском проверьте, находится ли оборудование в исправном состоянии, затянуты ли все болты, нет ли препятствий в деталях трансмиссии, а также проверните механизм вручную на 2–3 оборота.

(2) Последовательность запуска. Запускайте оборудование в порядке от нижнего к верхнему участку технологической линии в соответствии с технологическим процессом. После того как сепараторный резервуар наполнится чистой водой, запустите двигатель, а затем начните подачу руды.

(3) Последовательность отключения. Последовательность выключения является обратной по отношению к последовательности запуска, т. е. от верхнего участка к нижнему.

13.2.4.2 Эксплуатация

Требования к эксплуатации следующие:

(1) Регулярно проверяйте степень износа корпуса барабана. Если износостойкий слой изношен или отслоился, его следует незамедлительно отремонтировать или заменить.

(2) Если в резервуар попадут какие-либо железные предметы или мусор, их необходимо немедленно удалить.

(3) Повышение температуры подшипников и двигателей, как правило, не должно превышать 70 °C.

(4) Натяжение приводной цепи должно быть правильным; при значительном износе цепь следует незамедлительно заменить.

(5) Во всех точках смазки должно быть достаточное количество смазки.

(6) Давление воды в каждом водопроводе не должно быть ниже 0,12 МПа.

13.2.5 Техническое обслуживание барабанных сепараторов с постоянными магнитами

13.2.5.1 Содержание технического обслуживания

Конструкция барабанного сепаратора с постоянными магнитами проста. Техническое обслуживание, как правило, проводится с учетом степени износа и обнаруженных повреждений.

13.2.5.2 Методы технического обслуживания

Способы технического обслуживания следующие:

(1) Магнитная система. Магнитная система является важнейшим компонентом сепаратора; она состоит из соединительной пластины главного вала, пластин ярма и магнитных блоков. Магнитные блоки изготовлены из стронциевого феррита марки Y30BH и закреплены на пластинах ярма. Вся магнитная система герметично заключена и защищена корпусом из нержавеющей стали марки 1Cr18Ni9Ti, что предотвращает выпадение или повреждение магнитных блоков. Однако в результате длительной эксплуатации магнитные блоки всё же могут растрескиваться. В таких случаях следует демонтировать весь комплект и заменить его новым, а не заменять только повреждённый блок.

(2) Барабан. Барабан сепаратора с постоянными магнитами, как правило, изготавливается из листа нержавеющей стали марки 1Cr18Ni9Ti толщиной 3–5 мм, в зависимости от диаметра барабана. Состояние барабана в значительной степени влияет на срок службы сепаратора. Для предотвращения износа производители покрывают поверхность барабана высокоизносостойким резиновым листом, армированным тканью, толщиной 6 мм, нижний слой которого (2 мм) приклеен к барабану из нержавеющей стали с помощью клеевого слоя, а внешний слой (4 мм) представляет собой износостойкую резину. Если в процессе эксплуатации на резиновом листе обнаруживается локальный износ, его следует незамедлительно устранить с помощью резиновых заплаток. При сильном износе необходимо заменить весь лист.

(3) Танк. Резервуар изготовлен из листовой нержавеющей стали марки 1Cr18Ni9Ti и сварён методом аргонодуговой сварки или сварки в среде CO₂, что обеспечивает качество сварного шва и предотвращает утечки во время эксплуатации. Дно резервуара имеет дугообразную форму, что позволяет избежать скопления материала и снизить нагрузку на дно резервуара. Форма и размеры резервуара напрямую влияют на эффективность сепарации; поэтому во время эксплуатации и технического обслуживания необходимо тщательно проверять его форму, размеры и степень износа, а любые проблемы следует оперативно устранять.

(4) Детали трансмиссии. Трансмиссия сепаратора с барабаном с постоянными магнитами состоит из мотор-редуктора и привода с роликовым цепным механизмом. Приводной двигатель оснащен устройством защиты от перегрузки по току, поэтому возникновение серьезных проблем в процессе производства маловероятно. При длительной эксплуатации роликовый цепной механизм имеет тенденцию к удлинению, поэтому его следует своевременно ремонтировать или заменять.