Физические основы и практика магнитных методов обогащения

Описана сущность магнитных и электрических методов обогащения. Приведены основные термины дисциплины и обобщенные 
данные по применяемому технологическому 
оборудованию.

К. Е. Ананенко, А. А. Кондратьева, Д. А. Гольсман

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРАКТИКА 
МАГНИТНЫХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ 
МЕТОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ

Учебное пособие

ИНСТИТУТ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ  
И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
К. Е. Ананенко, А. А. Кондратьева, Д. А. Гольсман 
 
 
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРАКТИКА  
МАГНИТНЫХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  
МЕТОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Красноярск 

СФУ 
2017 

УДК 622.778(07) 
ББК 33.4я73 
А640 
 
 
 
Р е ц е н з е н т ы: 
В. Б. Кусков, кандидат технических наук, доцент кафедры обогащения полезных ископаемых Санкт-Петербургского горного университета; 
А. В. Зашихин, кандидат технических наук, главный обогатитель 
ООО «Артель старателей Ангара – Север» 
 
 
 
 
 
 
Ананенко, К. Е. 
А640 
 Физические основы и практика магнитных и электрических методов обогащения : учеб. пособие / К. Е. Ананенко, А. А. Кондратьева, Д. А. Гольсман. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2017. – 94 с. 
ISBN 978-5-7638-3814-5 
 
 
Описана сущность магнитных и электрических методов обогащения. 
Приведены основные термины дисциплины и обобщенные данные по применяемому технологическому оборудованию. 
Предназначено для студентов специальности «Горный инженер», также 
будет полезно для студентов, изучающих металлургические дисциплины. 
 
Электронный вариант издания см.: 
УДК 622.778(07) 

http://catalog.sfu-kras.ru 
ББК 33.4я73 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7638-3814-5 
© Сибирский федеральный 
университет, 2017  

Оглавление 

3 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
 
Введение ...............................................................................................  
5 

 
1. Физические основы магнитного и электрического методов 
обогащения .....................................................................................  10 
Контрольные вопросы и задания ........................................................  15 

 
2. Практика магнитного обогащения ............................................  16 
2.1. Магнитные материалы ..................................................................  16 
2.1.1. Магнитные свойства ............................................................  16 
2.1.2. Магнитная флокуляция .......................................................  21 
2.2. Аппараты для магнитного обогащения .......................................  26 
2.2.1. Классификация аппаратов магнитного обогащения .........  26 
2.2.2. Обозначение магнитных сепараторов ................................  30 
2.2.3. Конструкции аппаратов магнитного обогащения .............  33 
2.3. Влияние магнитных свойств разделяемых частиц  
на процесс магнитного обогащения .............................................  46 
2.4. Подготовка руды перед магнитным обогащением .....................  48 
2.5. Технология обогащения сильномагнитных руд .........................  53 
2.6. Обогащение слабомагнитных руд ................................................  55 
Контрольные вопросы и задания ........................................................  57 

 
3. Практика электрического обогащения .....................................  59 
3.1. Область применения электрических методов .............................  59 
3.1.1. Классификация материалов  
по электрическим свойствам ..............................................  60 
3.1.2. Измерение электрических свойств .....................................  62 
3.1.3. Методы сообщения частицам электрического заряда ......  62 
3.2. Аппараты для электрического обогащения ................................  67 
3.2.1. Электростатическая сепарация ...........................................  67 
3.2.2. Трибоэлектростатическая сепарация .................................  71 
3.2.3. Сепарация в поле коронного разряда .................................  73 

Оглавление 

4 

3.2.4. Трибоадгезионная сепарация ..............................................  77 
3.2.5. Пневмоэлектрическая сепарация .......................................  79 
3.2.6. Диэлектрическая сепарация ................................................  81 
3.3. Подготовка материала к электрическому обогащению .............  83 
3.4. Технология электрического метода обогащения ........................  87 
Контрольные вопросы и задания ........................................................  88 

 
Заключение ..........................................................................................  91 

 
Библиографический список .............................................................  92 
 
 

Введение 

5 

ВВЕДЕНИЕ 
 
 
Целью преподавания дисциплины «Физические основы и практика магнитных методов обогащения» является подготовка специалиста, обладающего глубоким пониманием принципов сепарации минералов в магнитных и электрических полях, которые являются основными процессами обогащения руд черных и редких металлов, 
знанием магнитных и электрических свойств минералов и закономерности их поведения в соответствующих полях и особенностей систем, 
создающих эти поля для управления процессами сепарации. 
В результате изучения дисциплины студент должен знать теоретические принципы сепарации минералов в магнитных и электрических полях, механизм разделительного массопереноса минералов 
в этих полях, оборудование для магнитного и электрического обогащения и вопросы его правильной и безопасной эксплуатации на предприятиях, знать нормативные и руководящие документы в области 
конструирования сепараторов и технологии магнитного обогащения. 
Студент должен уметь выполнять необходимые измерения характеристик сепараторов, магнитных и электрических свойств минералов и руд, выполнять исследования на обогатимость магнитным 
и электрическим методами, уметь рассчитать с использованием ЭВМ 
параметры сепараторов при проектировании оборудования обогатительных фабрик, уметь налаживать работу сепараторов и отделения 
магнитной или электрической сепарации обогатительных фабрик. 
Данная дисциплина связана со следующими дисциплинами 
учебного плана: физика (электричество и магнетизм); математика 
(дифференциальное и интегральное исчисление); переработка, обогащение и комплексное использование сырья; геология (минералогия). 
К методам магнитного обогащения можно отнести: 
1) сортировку (выделение из руды кусков с определенными, 
в данном случае магнитными, свойствами); 

Введение 

6 

2) сепарацию (выделение из потока руды продуктов с определенными свойствами путем удержания магнитных частиц на транспортирующем органе, или путем извлечения их из массопотока или 
отклонения их от первоначальной траектории движения) в магнитном 
поле; 
3) магнитогидродинамическую сепарацию; 
4) магнитогидростатическую сепарацию; 
5) магнитогидрометрическую сепарацию; 
6) магнитное обесшламливание (дешламацию). 
К методам электрического обогащения можно отнести: 
1) электростатическую сепарацию; 
2) сепарацию в поле коронного заряда; 
3) диэлектрическую сепарацию; 
4) трибоадгезионную сепарацию; 
5) классификацию материала по крупности в электрическом поле; 
6) трибоэлектрическую сепарацию; 
7) электродинамическую сепарацию (является комбинирован
ным процессом, основанным на использовании различий в магнитной 
восприимчивости обогащаемых материалов или в их электрической 
проводимости (извлечение диа- и парамагнитных компонентов). 
Процессы, относящиеся к магнитным методам обогащения, 
применяют для обогащения железных, марганцевых, хромитовых руд 
и неметаллического сырья, для регенерации магнитных тяжелых суспензий, доводки коллективных концентратов при обогащении руд 
редких металлов, для обработки воды, разделения сырья вторчермета 
и вторцветмета, а также бытовых отходов. 
Процессы, относящиеся к электрическим методам обогащения, 
применяют для доводки коллективных концентратов при обогащении 
руд редких металлов и алмазов, для обогащения неметаллических полезных ископаемых, классификации порошков по крупности, для пылеулавливания, обработки реагентов при флотации, для разделения 
сырья вторцветмета и бытовых отходов. 

Введение 

7 

Магнитные и электрические методы обогащения позволяют: 
1) вовлечь в переработку бедные железные руды, неметаллические полезные ископаемые и др.; 
2) повысить извлечение марганца, хрома и других металлов; 
3) улучшить качество концентратов с получением суперконцентратов кварца, полевого шпата и др.; 
4) повысить комплексность использования сырья, например, путем извлечения пирротина из норильских руд, извлечения титаномагнетита из апатитовых руд комбината «Апатит» и др.; 
5) снизить затраты на металлургический передел при переработке железных руд и концентратов редких металлов; 
6) получить узкие классы крупности материалов для порошковой металлургии и других отраслей промышленности; 
7) охранять окружающую среду путем улавливания пыли. 
Первые попытки применения постоянных магнитов для обогащения магнетитовых руд относятся к концу XVII в. В 1700 г. при обработке касситерита, загрязненного железом, которое не отделялось 
при промывке руды, применяли ручные магниты. Несколько позже 
магнитная сепарация производилась в водной среде на аппарате, 
сконструированном наподобие шлюза со специальным покрытием. 
Железный минерал, притягиваясь к укрепленному над шлюзом магниту, смывался водой, в то время как касситерит оставался на дне. 
В 1792 г. в Англии был взят патент на сепарацию железной руды 
при помощи магнита. В 1854 г. был предложен магнитный сепаратор с полюсами перемежающейся полярности по пути движения 
материала. 
До конца XIX в. метод магнитного обогащения внедрялся медленно в связи с отсутствием удачной конструкции сепаратора. Развитие он получил в Сардинии в 1855 г., когда для создания магнитного 
поля применили электромагниты.  
В 1890 г. в Америке был создан барабанный электромагнитный 
сепаратор с полюсами перемежающейся полярности. Немного позже 

Введение 

8 

была предложена конструкция ленточного сепаратора для сухой сепарации мелкого сильномагнитного материала. 
В 1906 г. начал внедряться в промышленность барабанный сепаратор для мокрой сепарации сильномагнитных руд, переконструированный позднее фирмой «Аллианс». В 1916 г. был предложен 
«магнитный логуошер» для мокрой магнитной сепарации тонкоизмельченного сильномагнитного материала. В 1920 г. был изобретен 
ленточный сепаратор для мокрой сепарации частично окисленных 
сильномагнитных руд. До 1920 г. для выделения хвостов из крупной 
магнетитовой руды применялись барабанные сепараторы. Позже при 
сепарации крупнокусковой руды стали использовать шкивные сепараторы фирмы «Дингс». В 1934 г. был предложен ленточный сепаратор с нижней подачей материала для мокрой сепарации сильномагнитных руд, получивший в дальнейшем широкое распространение. 
Электромагнитная сепарация в применении к слабомагнитным 
рудам начала развиваться несколько позже. В 90-х гг. XIX в. было 
предложено использовать для создания мощных магнитных полей сочетание плоского и противопоставленного ему заостренного полюса. 
Это сочетание полюсов применяется до настоящего времени во многих конструкциях сепараторов для слабомагнитных руд. 
В начале XX в. (1905–1906 гг.) появилась конструкция кольцевого сепаратора, пригодного для сухой и мокрой сепарации. В 20-х гг. 
начал внедряться в практику индукционно-роликовый сепаратор для 
слабомагнитных руд. 
У нас в стране производство электромагнитных сепараторов началось примерно в 1932–1933 гг. Первые сепараторы барабанного типа изготовлялись по чертежам, разработанным в институте «Механобр». 
Первым аппаратом, положившим начало развитию электрических методов обогащения, стал электростатический сепаратор для 
очистки зёрен хлопка, изобретённый Гольтцом в 1870 г. Первый патент на способ электрической сепарации золота от кварца зарегистри

Введение 

9 

рован в 1881 г. В 1901 г. Л. Блек и Д. Мошер изобрели электростатический сепаратор для разделения проводниковых и непроводниковых 
частиц. Этот сепаратор в 1905 г. был усовершенствован Гуффом 
и в 20-е гг. XX в. нашёл промышленное применение. 
Г. Джонсон в 30-е гг. XX в. усовершенствовал электрическую 
часть сепаратора Гуффа. Тогда же он установил явление обратимости 
минералов. В 1936 г. Н. Ф. Олофинский, М. В. Бачковский и П. М. Рывкин изобрели новый способ электрической сепарации – коронный. 
В настоящее время в России разработаны и выпускаются различные конструкции электрических сепараторов, реализующие все 
методы электрического разделения частиц. 
 
 

Физические основы и практика магнитных и электрических методов обогащения 

10 

1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МАГНИТНОГО  

И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МЕТОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ 

 
 
Физическое поле, осуществляющее взаимодействие между электрическими зарядами, называют электромагнитным. 
Количественное изучение электрических явлений начал Кулон 
(1785). В 1820 г. Эрстед открыл магнитные действия тока. В 1831 г. 
Фарадей открыл явление электромагнитной индукции. Он считал, что 
если ток способен вызвать магнитные явления, то и при помощи магнитов или других токов можно получить электрические токи. В труде 
«Трактат по электричеству и магнетизму» (1873) Максвелл дополнил 
и развил идеи Фарадея и представил их в математической форме. Известны четыре уравнения Максвелла. 
1. Первое описывает вихри магнитного поля. В дифференциальной форме оно имеет вид 

 

 
rot H = j + ε· dE
dt , 
(1) 

 
где H – напряженность магнитного поля, А/м (Э), 

 
 
1 А/м = 4π·10–3 Э, 
(2) 

 
где rot H – ротор напряженности магнитного поля (rot – вихрь векторного поля, характеризующий вращательное движение в этом поле 
скоростей); 
j – плотность тока, А/м2; 
ε – относительная диэлектрическая проницаемость; 
Е – напряженность электрического поля, В/м (вольт на метр – 
это напряженность такого электрического поля, в котором на заряд 
в 1 К действует сила, равная 1 м); 

1. Физические основы магнитного и электрического методов обогащения 

11 

dE
dt  – изменение напряженности электрического поля во време
ни (плотность тока проводимости). 
Физический смысл первого уравнение Максвелла заключается 
в следующем: магнитное поле может возбуждать не только токами 

проводимости j, но и изменением во времени электрического поля dE
dt . 

2. Второе уравнение Максвелла описывает вихри электрического поля (в интегральной и дифференциальной форме): 

 

 
rot E = – dB
dt , 
(3) 

 
где dB – магнитная индукция, Тл. 
Физический смысл второго уравнения Максвелла: электрическое 
поле может возбуждаться не только электрическими зарядами, но 
и изменением магнитного поля во времени. 
Из первого и второго уравнений Максвелла вытекает, что переменное электрическое и магнитное поля следует рассматривать как два 
неразрывно связанные проявления единого электромагнитного поля. 
3. Третье уравнение Максвелла устанавливает соотношения для 
источников магнитного поля: 

 в дифференциальной форме: 

 
 
divB  = 0, 
(4) 

 
где div – скалярная величина, характеризующая расхождение векторов, т. е. изменения потока в каждой точке векторного поля; 

 интегральной форме: 

 
 
B

·dS = 0. 
(5) 

 
Третий закон Максвелла называют законом непрерывности линий вектора магнитной индукции, физический смысл которого состоит в том, что магнитное поле не имеет истоков.