«Принцы» и «нищие» в царстве минералов - Лев Абрамович Барский

минералов и связанная с пей магнитная восприимчивость. Магнитные свойства зависят не столько от содержания железа, сколько от структуры соединения. Наиболее магнитна окись-закись железа — магнетит. Окиси железа — гематит и лимонит — слабомагнитны, Невелика магнитность сульфида железа — пирита и карбоната железа — сидерита. Чтобы изменить природные свойства минералов, руду обжигают, нагревая до температуры 550–600 °C с добавкой углерода, а сидерит, содержащий углерод, — без добавок. Вместо углерода можно применить доменный или коксовый газ, содержащий окись углерода, которая также действует как химический восстановитель. Восстанавливая часть трехвалентного железа Fe2O3 в закись-окись Fe3O4 — магнетит, обжиг превращает все железные минералы, содержащиеся в руде, в сильномагнитные. Кроме того, обжиг облегчает последующее дробление и измельчение, так как нагревание до высокой температуры и охлаждение приводят к растрескиванию породы.

Основная часть магнитного сепаратора — электромагниты, создающие магнитное поле определенной интенсивности, в котором немагнитные и магнитные минералы ведут себя по-разному. На немагнитные действует только сила тяжести; магнитные, кроме того, притягиваются электромагнитом. Соотношение этих двух сил и определяет траекторию движения магнитных частиц.

Частицы с различной магнитной восприимчивостью попадают в различные фракции. Чем сильнее и определеннее выражены магнитные свойства, тем точнее сепарация.

В зависимости от соотношения магнитных восприимчивостей разделяемых минералов применяются сепараторы с различной интенсивностью магнитного поля. Сепарация может происходить как в воздушной, так и в водной среде.

Кроме электромагнитов, сепараторы снабжены устройством для непрерывной загрузки руды и разгрузки концентратов и хвостов.

Простейшей конструкцией магнитного сепаратора, отвечающей всем этим требованиям, является вращающийся барабан с системой электромагнитов (подвижной или неподвижной) внутри. Материал подается сверху на цилиндрическую поверхность барабана: магнитные зерна притягиваются и падают под барабан, а немагнитные скользят по поверхности и оказываются в приемнике перед барабаном.

Барабанный магнитный сепаратор

Барабанный сепаратор для сухого обогащения был изобретен Венстремом в конце XIX в. в Швеции, славящейся богатыми залежами железных руд. Там же в начале XX в. Грондаль разработал для «мокрой» сепарации мелкой магнетитовой руды конструкцию сепаратора, оборудованного специальной ванной, в которую подается пульпа с рудой. Барабан может помещаться в воде или над ее поверхностью.

Иногда применяется сепаратор с двумя барабанами. В нем концентрат с первого барабана перемещается на второй. Барабан можно заменять системой последовательно расположенных роликов.

Однако барабанные сепараторы не могут обеспечить достаточно интенсивного магнитного поля. Большая поверхность барабана «распыляет» это поле. Поэтому для обогащения слабомагнитпых вольфрамовых руд был создан сепаратор с замкнутой магнитной системой и заостренными полюсами, между которыми проходила лента транспортера, несущая материал. Такой сепаратор впервые сконструировал Ветерилл в США в конце XIX в.

Вскоре стали применяться и «мокрые» ленточные сепараторы с транспортером, погруженным в пульпу.

В России первый магнитный сепаратор (барабанный) был сконструирован В. А. Петровым в 1911 г. Он был установлен на Урале для сухой сепарации магнетитовой руды.

Серийное изготовление магнитных сепараторов началось у нас только в 1932–1934 гг. А сейчас в СССР созданы различные конструкции магнитных сепараторов. Разработана теория магнитного обогащения руд. Работы И. С. Дацюка, В. Г. Деркача, В. И. Кармазина, В. В. Кармазина и других позволили создать эффективные способы магнитной сепарации материалов.

Методом сухой магнитной сепарации обогащаются в основном магнетитовые и титаномагнетитовые руды, а также руды редких металлов. Мокрая сепарация применяется для обогащения сильно- и слабомагнитных руд.

Полиградиентпые сепараторы, основанные на фильтрации пульпы через слой магнитных шаров, позволяют значительно увеличить напряженность магнитного поля, уменьшить относительную скорость движения частиц, а следовательно, уменьшить крупность обогащаемого материала.

Для мокрого магнитного обогащения тонкоизмельченных руд, например оловянных и редкометальных, создан ряд полиградиентных электромагнитных роторных сепараторов с ферромагнитными телами, имеющих среднюю магнитную индукцию в рабочей зоне 12 000– 15 000 Гс.

А что если на поле силы тяжести наложить еще и магнитное поле, направленное в ту же сторону, т. е. вниз? Тогда магнетит и другие минералы железа будут стремительно оседать, а более легкие и немагнитные кварц, глины, слюды, роговики можно вымыть потоком воды, направленным вверх.

Этот принцип реализован в изобретении П. И. Зеленова, П. А. Усачева и др. Цилиндрическая емкость обвита токопроводом в виде соленоида, а поток воды, направленный вверх со скоростью, обеспечивающей вынос частиц кварца, работает как гидравлический классификатор. «Бочки Зеленова» установлены на Оленегорской железорудной фабрике и работают как сгустители магнетитового концентрата и как обогатительные аппараты, обеспечивающие получение практически чистого, беспримесного магнетитового суперконцентрата. Содержание кварца в нем менее 0,2 %.

Такой концентрат пригоден для порошковой металлургии, которая состоит в спекании железистого порошка под давлением с одновременной формовкой деталей. Обработка металла по этому способу является безотходной, а благодаря высокой чистоте порошковое железо почти не ржавеет. Сделанные из такого железа днища кораблей, находясь в соленой воде, десятилетиями не подвергаются коррозии.

Черная металлургия

Генри Бессемер был механиком без образования. Он изобретал что придется: машинку для гашения марок, нарезную пушку, различные механические приспособления. На металлургическом заводе у Бессемера появилась мысль использовать для тяжелой «горячей» работы сжатый воздух. В 1856 г. он запатентовал способ производства стали продуванием воздуха через жидкий чугун, находящийся в конвертере — грушевидном сосуде из листового железа, выложенном изнутри кварцевым огнеупором.

Кислород воздуха окисляет железо в закись — FeO. Последняя растворяется в чугуне и окисляет углерод, кремний, марганец… Из окислов железа, марганца и кремния образуются шлаки. Процесс ведут до полного выгорания углерода.

На бессемеровском конвертере из чугуна не удалялись вредные примеси — сера и фосфор. От серы научились избавляться, добавляя в жидкую сталь богатый марганцем чугун или ферромарганец. С фосфором, который не удалялся в доменном процессе и не связывался марганцем, дело обстояло сложнее. Некоторые руды, такие, как лотарингская, отличающиеся высоким содержанием фосфора, оставались непригодными для производства стали. Выход был найден английским химиком С. Д. Томасом, который предложил связывать фосфор известью. Конвертер Томаса в отличие от бессемеровского был футерован обожженным доломитом, а не кремнеземом. В чугун во время продувки подавали известь. Образовывался известково-фосфоритный шлак, который легко отделялся от стали. Впоследствии этот шлак даже стали использовать как удобрение.

Революция в сталеплавильном производстве произошла в 1864 г., когда отец и сын Пьер и Эмиль Мартены использовали для получения стали регенеративную газовую печь. В ней благодаря подогреву газа и воздуха в камерах с огнеупорной насадкой достигалась такая температура, что сталь в ванне печи переходила в жидкое состояние. Ее можно было заливать