RU2314164C1

RU2314164C1 - Method of separation of the conductive particles from the mixture of the dispersible nonmagnetic materials

Info

Publication number: RU2314164C1
Application number: RU2006116453/03A
Authority: RU
Inventors: дин Валерий Иванович Д (RU); Валерий Иванович Дядин; Александр Сергеевич Латкин (RU); Александр Сергеевич Латкин; Андрей Владимирович Козырев (RU); Андрей Владимирович Козырев; Виктор Георгиевич Подковыров (RU); Виктор Георгиевич Подковыров; Николай Семенович Сочугов (RU); Николай Семенович Сочугов
Original assignee: Валерий Иванович Дядин; Александр Сергеевич Латкин; Андрей Владимирович Козырев; Виктор Георгиевич Подковыров; Николай Семенович Сочугов
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2008-01-10

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy; mechanical engineering industry; construction materials industry; food-processing industry; other industries; methods of separation of the conductive particles from the mixture of the dispersible nonmagnetic materials.

SUBSTANCE: the invention is pertaining to extraction of the nonmagnetic dispersible conductive materials from the mixture with the dispersible non-conducting nonmagnetic materials, such as the particles of the rare and the noble metals contained in the natural and technogenic placer of the mineral deposits. The method may be used in the nonferrous metallurgy, mechanical engineering industry, construction materials industry and the food-processing industry. The invention ensures the capability of extraction of the small-sized and fine fractions of the nonferrous, rare and precious metals from the mixture of the dispersible nonmagnetic materials. The method provides for the action on the flow of the mixture by the powerful high-gradient pulsing magnetic field. The pulses of the magnetic field are shaped asymmetrical in time, at which the pulse rise time is less the than the pulse fall time. The magnetic field intensity (H(t)) is no less than 10⁶ A/м at the rate of the magnetic field intensity fluctuation (dH(t)/dt) of no less than 10⁷And/m-s and at the gradient of no less than 10⁸ A/м².

EFFECT: the invention ensures the capability of extraction of the small-sized and fine fractions of the nonferrous, rare and precious metals from the mixture of the dispersible nonmagnetic materials.

2 dwg

Description

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано для извлечения немагнитных проводящих дисперсных материалов из смеси дисперсных немагнитных материалов, таких как частицы редких и благородных металлов, содержащихся в естественных и техногенных россыпных месторождениях.The invention relates to mineral processing and can be used to extract non-magnetic conductive dispersed materials from a mixture of dispersed non-magnetic materials, such as particles of rare and noble metals contained in natural and man-made alluvial deposits.

Известен способ выделения проводящих частиц из смеси дисперсных немагнитных материалов, включающий воздействие на поток смеси высокочастотным электромагнитным полем с формированием в рабочем пространстве электромагнитной силы, направленной перпендикулярно оси потока (см. а.с. СССР №784922, Кл. В03С 1/02, 1980). Исходный материал, представляющий собой смесь двух или более немагнитных материалов с различной электропроводностью, из загрузочного устройства поступает в межполюсное пространство. При воздействии высокочастотного электромагнитного поля в электропроводных частицах индуктируются вихревые токи, при этом в результате взаимодействия внешнего переменного магнитного поля с наведенным в электропроводных частицах возникает электромагнитная сила, выталкивающая электропроводные частицы в сторону уменьшения интенсивности магнитного поля. Частицы различной электропроводности движутся по различным траекториям. Разделяемые материалы попадают в приемный бункер, имеющий три отсека: центральный и боковые. В центральный попадают неэлектропроводные частицы, а в боковые отсеки - частицы электропроводные.A known method of separating conductive particles from a mixture of dispersed non-magnetic materials, including exposure to the mixture flow by a high-frequency electromagnetic field with the formation in the working space of an electromagnetic force directed perpendicular to the axis of the stream (see AS USSR No. 784922, CL. V03C 1/02, 1980 ) The source material, which is a mixture of two or more non-magnetic materials with different electrical conductivity, from the loading device enters the pole space. Under the influence of a high-frequency electromagnetic field, eddy currents are induced in the electrically conductive particles, and as a result of the interaction of an external alternating magnetic field with the induced in the electrically conductive particles, an electromagnetic force arises, pushing the electrically conductive particles to a decrease in the intensity of the magnetic field. Particles of different electrical conductivity move along different paths. Shared materials enter the receiving hopper, which has three compartments: central and side. Non-conductive particles enter the central one, and electrically conductive particles enter the side compartments.

Недостаток способа - ограниченный диапазон крупности разделяемых частиц вследствие низкой величины магнитной индукции в рабочей зоне.The disadvantage of this method is the limited range of particle size of the separated particles due to the low magnitude of the magnetic induction in the working area.

Известен также способ выделения проводящих частиц из смеси дисперсных немагнитных материалов, включающий воздействие на поток смеси переменным магнитным полем (см. а.с. СССР №1297908, Кл. В03С 1/02, 1987).There is also a method of isolating conductive particles from a mixture of dispersed non-magnetic materials, including exposure to the mixture flow with an alternating magnetic field (see AS USSR No. 1297908, Cl. B03C 1/02, 1987).

Недостаток способа - невозможность извлечения мелких и тонких частиц цветных, редких и самородных металлов из смеси дисперсных немагнитных материалов, особенно при первичном обогащении - из потока обрабатываемого материала эффективно выделяются крупные (более 1 мм) частицы металлов. Но извлечение частиц такого размера уже не может удовлетворить требованиям горной промышленности, прежде всего ее золотодобывающей отрасли. Актуальна задача извлечения частиц металла размером 0,1 мм и менее.The disadvantage of this method is the inability to extract small and thin particles of non-ferrous, rare and native metals from a mixture of dispersed non-magnetic materials, especially during primary enrichment - large (more than 1 mm) metal particles are effectively separated from the flow of the processed material. But the extraction of particles of this size can no longer satisfy the requirements of the mining industry, especially its gold mining industry. The urgent task of extracting metal particles with a size of 0.1 mm or less.

Задачей, на решение которой направлено изобретения, является обеспечение возможности извлечения мелких и тонких фракций цветных, редких и драгоценных металлов из смеси дисперсных немагнитных материалов.The problem to which the invention is directed, is to enable the extraction of small and fine fractions of non-ferrous, rare and precious metals from a mixture of dispersed non-magnetic materials.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении возможности почти полного выделения (улавливания более 90% частиц свободного золота размерностью 0,1 мм и практически полное улавливание фракций до 0,5 мм) тонкодисперсных цветных редких и драгоценных металлов и тем самым возможности создания эффективного обогатительного оборудования для первичного обогащения россыпных месторождений различной природы (естественных и техногенных) безреагентным способом (т.е. экологически безопасным по выбросам реагентов в окружающую среду).The technical result achieved in solving the problem is expressed in providing the possibility of almost complete separation (capture of more than 90% of free gold particles with a dimension of 0.1 mm and almost complete capture of fractions up to 0.5 mm) of finely divided non-ferrous rare and precious metals and thereby the possibility creation of effective processing equipment for the primary enrichment of placer deposits of various nature (natural and man-made) in a non-reagent way (i.e. environmentally friendly in terms of emissions reagents into the environment).

Поставленная задача решается тем, что способ выделения проводящих частиц из смеси дисперсных немагнитных материалов, включающий воздействие на поток смеси переменным магнитным полем, отличается тем, что для воздействия на смесь используют мощное высокоградиентное импульсное магнитное поле, напряженность которого (H(t)) не менее 10⁶ А/м при скорости изменения (dH(t)/dt) не менее 10⁷ А/м·с и градиенте (grad H) не менее 10 А/м², причем импульсам магнитного поля придают форму ассиметричную во времени, при которой длительность переднего фронта импульса меньше заднего.The problem is solved in that the method of separation of conductive particles from a mixture of dispersed non-magnetic materials, including exposure to the mixture flow with an alternating magnetic field, is characterized in that a powerful high-gradient pulsed magnetic field is used to influence the mixture, the intensity of which (H (t)) is not less 10 ⁶ A / m at a rate of change (dH (t) / dt) of at least 10 ⁷ A / m · s and a gradient of (grad H) of at least 10 A / m ² , moreover, magnetic field pulses are shaped asymmetrically in time, at which the duration of the leading edge of the pulse m nshe rear.

Сопоставление признаков заявленного способа с признаками прототипа и аналогов подтверждает соответствие заявленного решения критерию "новизна".A comparison of the features of the claimed method with the characteristics of the prototype and analogues confirms the compliance of the claimed solutions to the criterion of "novelty."

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач:The features of the distinctive part of the claims provide a solution to a set of functional tasks:

Совокупность признаков «...используют мощное высокоградиентное импульсное магнитное поле ... импульсам магнитного поля придают форму ассиметричную во времени, при которой длительность переднего фронта импульса меньше заднего» обеспечивает возможность пространственного разделения частиц металла и вмещающих пород за счет придания названным частицам соответствующих импульсов движения, причем конфигурационные особенности импульсов исключают обратное «гашение» импульсов движения металлических частиц при снижении напряженности магнитного поля (когда начинается спад внешнего магнитного поля, частицу начинает тащить обратно, но тащит обратно ее уже с меньшей силой, т.к. задний фронт импульса пологий (медленнее меняется во времени), и потому металлическая частица после окончания импульса останется в точке пространства, отличной от той, из которой она стартовала.The combination of signs “... they use a powerful high-gradient pulsed magnetic field ... the magnetic field pulses are shaped asymmetrically in time, in which the duration of the leading edge of the pulse is less than the rear” provides the possibility of spatial separation of metal particles and host rocks by imparting corresponding particles to the particles moreover, the configuration features of the pulses exclude the reverse "damping" of the pulses of motion of metal particles with a decrease in the tension of magnesium field (when the recession of the external magnetic field begins, the particle begins to drag back, but drags it back already with less force, because the trailing edge of the pulse is gentle (changes more slowly in time), and therefore, after the pulse ends, the metal particle will remain at the point in space different from the one from which it started.

Признаки, указывающие на параметры магнитного поля «напряженность которого (H(t)) не менее 10⁶ А/м при скорости изменения (dH(t)/dt) не менее 10⁷ А/м·с и градиенте (grad H) не менее 10⁸ А/м²», позволяют оптимизировать (по энергопотреблению или качеству сепарации) процесс разделения частиц, преимущественно выделение тонкодисперсного золота.Signs indicating the parameters of the magnetic field "whose intensity (H (t)) is not less than 10 ⁶ A / m at a rate of change (dH (t) / dt) of not less than 10 ⁷ A / m · s and the gradient (grad H) is not less than 10 ⁸ A / m ² ”, they can optimize (in terms of energy consumption or separation quality) the process of particle separation, mainly the release of finely divided gold.

Заявленный способ иллюстрируется чертежами, на которых показаны: на фиг.1 схема обогатительного устройства, обеспечивающего реализацию способа; на фиг.2 показана форма и амплитуда импульса тока, вырабатываемого генератором импульсных токов.The claimed method is illustrated by drawings, in which are shown: in Fig. 1 a diagram of an enrichment device for implementing the method; figure 2 shows the shape and amplitude of the current pulse generated by the pulse current generator.

На чертежах показаны загрузочный бункер 1, желоб 2 вибрационного питателя 3, соленоид 4, продольная ось 5 соленоида, направление 6 действия магнитного поля соленоида на протяжении переднего фронта импульса (его возрастающем участке), генератор 7 импульсных токов, приемная емкость 8, емкость сбора отходов 9. Кроме того, показаны слой 10 смеси дисперсных немагнитных материалов и направление 11 движения ее потока, направление 12 движения потока проводящих частиц, направление 13 движения потока непроводящих частиц, направление 14 движения желоба питателя.The drawings show the loading hopper 1, the chute 2 of the vibrating feeder 3, the solenoid 4, the longitudinal axis 5 of the solenoid, the direction 6 of the magnetic field of the solenoid along the leading edge of the pulse (its increasing section), the generator 7 pulse currents, receiving capacity 8, the capacity of the waste collection 9. In addition, the layer 10 of the mixture of dispersed non-magnetic materials and the direction 11 of its flow, the direction 12 of the flow of conductive particles, the direction 13 of the flow of non-conductive particles, the direction of motion 14 of the gutter are shown spruce up.

Конструктивно названные элементы обогатительного устройства не отличаются от известных устройств, используемых по сходному назначению.Structurally named elements of the enrichment device do not differ from known devices used for similar purposes.

Вибрационный питатель 3 представляет собой желоб с плоским дном, прикрепленный к основанию через плоские пружины и снабженный приводом движения, что позволяет каждой точке поверхности желоба совершать движение по замкнутой траектории, передаваемое частицам транспортируемого материала, как вертикальные и горизонтальные (вдоль продольной оси желоба) возвратно-поступательные движения. При необходимости разделения смесей, содержащих магнитные материалы, транспортировку дисперсной смеси в рабочую зону 15 соленоида можно осуществлять конвейером типа ленточного или перепускать по наклонному желобу или использовать роторный орган подачи. Соленоид 4 выполнен в виде горизонтального ряда одинаковых соосных кольцевых катушек прямоугольного сечения, в каждой соседней паре которых протекают импульсные токи встречного направления. Ось катушек (продольная ось 5 соленоида) перпендикулярна направлению потока сепарируемого материала, подающегося вибрационным питателем 3 в рабочую зону соленоида 4. Соленоид установлен на кронштейне под желобом вибрационного питателя, так, что дисперсная смесь, сходя с желоба 2 вибропитателя 3, попадает в его рабочую зону 15. Обязательное требование к соленоиду - сохранение работоспособности в диапазоне токов, поступающих от генератора 7 импульсных токов, с возможностью формирования высокоградиентного мощного импульсного магнитного поля с параметрами: с напряженностью (H(t)) не менее 10⁶ А/м, при скорости изменения (dH(t)/dt) не менее 10⁷ А/м·с и градиенте (grad H) не менее 10⁸ А/м².The vibrating feeder 3 is a flat-bottom chute attached to the base through flat springs and equipped with a motion drive, which allows each point of the chute surface to move along a closed path transmitted to the particles of the transported material, both vertical and horizontal (along the longitudinal axis of the chute) back translational movements. If it is necessary to separate mixtures containing magnetic materials, the transportation of the dispersed mixture to the working zone 15 of the solenoid can be carried out by a conveyor of the belt type or bypassed along an inclined trough or use a rotary feed organ. The solenoid 4 is made in the form of a horizontal row of identical coaxial annular coils of rectangular cross section, in each adjacent pair of which impulse currents flow in the opposite direction. The axis of the coils (longitudinal axis 5 of the solenoid) is perpendicular to the direction of flow of the separated material supplied by the vibrating feeder 3 to the working area of the solenoid 4. The solenoid is mounted on the bracket under the groove of the vibrating feeder, so that the dispersed mixture coming off the groove 2 of the vibrating feeder 3 enters its working zone 15. A mandatory requirement for the solenoid is to maintain operability in the range of currents coming from the generator 7 pulse currents, with the possibility of forming a high-gradient powerful pulsed magnetic field with parameters: with intensity (H (t)) of at least 10 ⁶ A / m, with a rate of change (dH (t) / dt) of at least 10 ⁷ A / m · s and gradient (grad H) of at least 10 ⁸ A / m ² .

В качестве генератора 7 импульсных токов можно использовать генератор импульсных токов с емкостным накопителем энергии и тиристором в качестве прерывателя тока. Скорость нарастания тока в импульсе dI(t)/dt) не менее 10⁸ А/с (что позволяет получать в соленоиде dH(t)/dt) порядка 10⁶-10⁷ А/м·с). Форма, амплитуда и длительность импульса тока генератора показаны на фиг.2.As a generator of 7 pulsed currents, you can use a pulse current generator with a capacitive energy storage and a thyristor as a current chopper. The rate of increase of current in the pulse dI (t) / dt) is not less than 10 ⁸ A / s (which allows obtaining dH (t) / dt in the solenoid) of the order of 10 ⁶ -10 ⁷ A / m · s). The shape, amplitude and duration of the current pulse of the generator are shown in figure 2.

Заявленный способ реализуется следующим образом.The claimed method is implemented as follows.

Смесь немагнитных дисперсных материалов, содержащих проводящие и непроводящие частицы (например, россыпной материал, содержащий частицы редких и благородных металлов и пустую породу), подается самотеком из загрузочного бункера 1 в желоб 2 вибрационного питателя 3 и за счет направленных вибраций последнего "растекается" в сравнительно тонкий слой 1, а также перемещается в направлении 11. Дойдя до края желоба 2 вибрационного питателя 3, смесь немагнитных дисперсных материалов падает вниз, попадая в рабочую зону 15 соленоида 4. Здесь в результате взаимодействия с мощным высокоградиентным импульсным магнитным полем сепарируемым частицам в зависимости от их физических свойств сообщаются различные траектории движения и осуществляется их пространственное разделение. Например, золото- и платиносодержащие россыпные месторождения представляют собой естественные дисперсные смеси минералов, в которых частицы свободного металла отличаются от вмещающих пород своей высокой электропроводностью. При воздействии на такую смесь импульсным магнитным полем в частичках минералов будут индуцироваться вихревые токи (в металлических частицах благодаря их высокой проводимости вихревые токи будут значительно сильнее, чем в частицах вмещающих пород, которые чаще всего являются хорошими изоляторами). Импульсы магнитного поля имеют ассимметричную форму - крутой подъем (передний фронт) и пологий спуск (задний фронт), соответствующую форме импульсов тока генерируемых генератором 7 импульсных токов. Во время нарастания импульса внешнего магнитного поля в частицах индуцируется сильный вихревой ток (причем величина этого тока тем больше, чем быстрее нарастает, меняется во времени внешнее магнитное поле). Вихревые токи в металлических частицах взаимодействуют с индуцирующим их магнитным полем и частица выталкивается в пространство, где магнитное поле слабее (что обеспечивается неоднородностью поля - его высокоградиентностью).A mixture of non-magnetic dispersed materials containing conductive and non-conductive particles (for example, alluvial material containing rare and noble metal particles and waste rock) is fed by gravity from the feed hopper 1 to the chute 2 of the vibrating feeder 3 and due to the directed vibrations of the latter “spreads” into a thin layer 1, and also moves in the direction 11. Having reached the edge of the groove 2 of the vibrating feeder 3, the mixture of non-magnetic dispersed materials falls down, falling into the working area 15 of the solenoid 4. Here, as a result interactions with a powerful high-gradient pulsed magnetic field of the separated particles, depending on their physical properties, different motion paths are communicated and their spatial separation is carried out. For example, gold- and platinum-containing alluvial deposits are naturally dispersed mixtures of minerals in which free metal particles differ from the host rocks in their high electrical conductivity. When exposed to such a mixture by a pulsed magnetic field, eddy currents will be induced in the particles of minerals (due to their high conductivity, eddy currents in metal particles will be much stronger than in particles of host rocks, which are most often good insulators). The pulses of the magnetic field have an asymmetric shape - a steep rise (leading edge) and a gentle slope (trailing edge), corresponding to the shape of the current pulses generated by the generator 7 pulse currents. During the increase in the pulse of the external magnetic field, a strong eddy current is induced in the particles (the magnitude of this current is the greater, the faster it grows, the external magnetic field changes in time). Eddy currents in metal particles interact with a magnetic field inducing them and the particle is pushed into a space where the magnetic field is weaker (which is ensured by the inhomogeneity of the field - its high gradient).

Когда начинается спад внешнего магнитного поля, частицу начинает тащить обратно. Но тащит обратно ее уже с меньшей силой, т.к. задний фронт импульса пологий (медленнее меняется во времени), и частица после окончания импульса продолжает двигаться на участке пространства, лежащем вдоль направления 12 (на расстоянии от направления 13, вдоль которого движутся непропроводящие частицы). Кроме того, ко времени начала спада магнитного поля частицы металла находятся уже на значительном расстоянии от соленоида и уже не могут возвратиться в общий поток.When the recession of the external magnetic field begins, the particle begins to drag back. But drags her back with less force, because the trailing edge of the pulse is gentle (changes more slowly over time), and the particle after the end of the pulse continues to move in a section of space lying along direction 12 (at a distance from direction 13 along which non-conducting particles move). In addition, by the time the magnetic field decays, the metal particles are already at a considerable distance from the solenoid and can no longer return to the general flow.

После достаточно большого числа импульсов достигается пространственное разделение потоков проводящих и непроводящих частиц (их траектории соответственно, 12 и 13), что обеспечивает их размещение в различных приемных емкостях (частицы вмещающих пород с магнитным полем практически не взаимодействуют и падают в емкость сбора отходов 9, расположенную непосредственно под кромкой желоба вибропитателя). При необходимости "оптимизации" процесса сепарации под конкретный материал оперируют данными об удельной проводимости материала частицы и ее крупностью, при этом используют математическое выражение, позволяющее определить требуемую величину силы взаимодействия (F~σ×r⁴×H(t)×dH(t)/dt, где σ - удельная проводимость частицы; r - линейный размер частицы; H(t) - напряженность магнитного поля; dH(t)/dt - скорость изменения магнитного поля), и рассчитать необходимые конструктивные параметры магнитной системы.After a sufficiently large number of pulses, a spatial separation of the flows of conductive and non-conductive particles is achieved (their trajectories are 12 and 13, respectively), which ensures their placement in different receiving tanks (particles of the host rocks with a magnetic field practically do not interact and fall into the waste collection tank 9 located directly below the edge of the chute). If it is necessary to "optimize" the separation process for a specific material, they use data on the specific conductivity of the particle material and its particle size, using a mathematical expression that allows you to determine the required value of the interaction force (F ~ σ × r ⁴ × H (t) × dH (t) / dt, where σ is the specific conductivity of the particle; r is the linear particle size; H (t) is the magnetic field strength; dH (t) / dt is the rate of change of the magnetic field), and calculate the necessary design parameters of the magnetic system.

Для проверки работоспособности предложения проводились эксперименты с искусственными смесями минералов, составленными из кварцевого песка крупностью от 0,5 до 0,1 мм и опилок меди, алюминия и латуни крупностью от 3,0 до 0,1 мм. Смеси не были классифицированы, чтобы сразу было видно, частицы каких размеров извлекаются. В результате экспериментов выяснилось, что в извлеченном материале присутствуют частицы всех металлов и всех классов крупности, в том числе класса 0,1 мм. Основную массу извлеченного металла составляют частицы классов 0,5-0,2 мм, причем частицы алюминия выталкиваются магнитным полем дальше, чем латунь и медь. Это объясняется тем, что алюминий имеет проводимость лишь ненамного меньшую, чем медь, а плотность - в три раза меньшую. Легкие частицы выталкиваются дальше.To test the performance of the proposal, experiments were conducted with artificial mixtures of minerals composed of quartz sand with a grain size of 0.5 to 0.1 mm and sawdust of copper, aluminum and brass with a grain size of 3.0 to 0.1 mm. Mixtures were not classified so that it was immediately apparent which particle sizes were recovered. As a result of the experiments, it turned out that in the extracted material there are particles of all metals and all particle sizes, including 0.1 mm class. The bulk of the extracted metal is made up of particles of classes 0.5-0.2 mm, and aluminum particles are pushed out by a magnetic field further than brass and copper. This is due to the fact that aluminum has a conductivity of only slightly less than copper, and the density is three times lower. Light particles are pushed further.

Лабораторный образец аппарата, реализующего заявленный способ, был испытан. Испытания показали работоспособность способа и возможность его реализации в рамках существующих в настоящее время технических средств. При этом обеспечивалось надежное извлечение из россыпи частиц золота размером 0,1 мм или других более легкоизвлекаемых материалов.A laboratory sample of the apparatus that implements the claimed method was tested. Tests have shown the efficiency of the method and the possibility of its implementation in the framework of the currently existing technical means. At the same time, reliable extraction of gold particles of 0.1 mm or other more easily recoverable materials from the placer was ensured.

Claims

A method for isolating conductive particles from a mixture of dispersed non-magnetic materials, comprising exposing the mixture to an alternating magnetic field, characterized in that a powerful high-gradient pulsed magnetic field is used to influence the mixture, the intensity of which (H (t)) is at least 10 ⁶ A / m, at a rate of change (dH (t) / dt) of at least 10 ⁷ A / m · s and a gradient of (grad H) of at least 10 ⁸ A / m, and the magnetic field pulses are given a shape asymmetric in time at which the leading edge duration impulse is less than back.