Большая Советская Энциклопедия (МА) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" (бесплатные версии книг txt) 📗
Лит.: Киренский Л. В., Магнетизм, 2 изд., М., 1967; Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971.
Магнитное обогащение
Магни'тное обогаще'ние, способ отделения полезных минералов от пустой породы и вредных примесей, основанный на действии магнитного поля на минеральные частицы, обладающие различной магнитной восприимчивостью. Создание первых магнитных сепараторов относится к 18 веку, а совершенствование и промышленное применение — к 1892—1906 (Швеция и др.). В России первый магнитный сепаратор сконструирован в 1911; их серийное изготовление и сооружение фабрик для М. о. началось только в годы Советской власти. В СССР на обогатительных фабриках с помощью М. о. ежегодно перерабатывается около 500 млн. т полезных ископаемых (1973). Исходные материалы для прямого М. о.: железные руды (главным образом магнетитовые), марганцевые, титановые (содержащие ильменит и титаномагнетит), вольфрамовые (вольфрамитовые) и некоторые другие полезные ископаемые, при этом в магнитную фракцию (магнитный концентрат) выделяются ценные минералы. В результате М. о. содержание полезного компонента увеличивается в несколько раз и составляет в магнитных концентратах 95% и более, а содержание вредных примесей значительно снижается. Доля (извлечение) полезного минерала, переходящего в концентрат (магнитную фракцию), обычно не менее 75% от исходного его количества, а для сильномагнитных — может быть более 95%. Различают М. о., при котором магнитные или сильномагнитные минералы под действием магнитного поля выделяются в магнитную фракцию, а слабомагнитные или немагнитные минералы — в немагнитную.
Применяется также «обратное» М. о., когда минералы магнитной фракции являются вредной примесью (например, при перечистке оловянных, циркониевых, литиевых, бериллиевых, полевошпатовых, кварцевых и других концентратов).
Принципиальная схема М. о. показана на рисунке. При сухом М. о. руда загружается на верхние барабаны магнитного сепаратора, в которых помещены разомкнутые постоянные магниты, создающие на барабане поле напряжённостью около 90 ка/м. Магнетитовая руда притягивается к полюсам (к поверхности барабана), а слабомагнитная фракция отрывается и попадает для перечистки на нижние барабаны с более сильным полем (110 ка/м ). Здесь происходит доизвлечение менее магнитных кусков руды из хвостов. В случае мокрого М. о. тонкоизмельчённая магнетитовая руда с водой поступает под барабаны, вращающиеся навстречу потоку пульпы и извлекающие из него ферромагнитные минералы. При мокром обогащении марганцевых и других слабомагнитных руд сепараторы имеют значительно более сильное поле (1500 ка/м ), создаваемое в зазорах между валками и полюсами благодаря замкнутой электромагнитной системе. Рудные частицы из пульпы извлекаются валками и выносятся ими в концентратное отделение ванны. Менее магнитные фракции проходят перечистку на нижних валках. Параметры устройства и работы магнитных сепараторов определяются большим числом взаимосвязанных элементов: типом магнитной системы, числом, формой и расположением полюсов, составом магнитных материалов, диаметром роторов, частотой их вращения, крупностью руды, содержанием и вкраплением магнитных минералов, а при мокром М. о. — ещё и количеством воды, типом ванны и пр.
В СССР освоен (1971) выпуск большой номенклатуры магнитных сепараторов, конусов, железоотделителей, намагничивающих и размагничивающих устройств для сухого и мокрого М. о. сильномагнитных руд (магнитная восприимчивость свыше 3×10-5 ) и для регенерации суспензий, а также для обогащения слабомагнитных материалов, восприимчивость которых превышает лишь 1,2×10-7 . Созданы оригинальные конструкции барабанных магнитных сепараторов с электромагнитными системами и постоянными магнитами (для магнетитовых руд и суспензий) и валковых, роторных и полиградиентных барабанно-ручейковых сепараторов (для слабомагнитных руд). Это оборудование используется не только для производства рудных, но и металлизированных концентратов. Выпуск последних резко возрастает в связи с развитием прямого восстановления руд, то есть бескоксовой и порошковой металлургии.
Лит.: Кармазин В. И., Современные методы магнитного обогащения руд черных металлов, М., 1962: Деркач В. Г., Специальные методы обогащения полезных ископаемых, М., 1966; Кармазин В. В., Кармазин В. И., Бинкевич В. А., Магнитная регенерация и сепарация при обогащении руд и углей, М., 1968.
В. И. Кармазин.
Схема магнитного обогащения магнетитовой руды на Соколовско-Сарбайском комбинате (Казахская ССР).
Магнитное охлаждение
Магни'тное охлажде'ние , метод получения температур ниже 1 К путём адиабатического размагничивания парамагнитных веществ. Предложен П. Дебаем и американским физиком У. Джиоком (1926); впервые осуществлен в 1933. М. о. — один из двух практически применяемых методов получения температур ниже 0,3 К (другим методом является растворение жидкого гелия 3 He в жидком 4 He).
Для М. о. применяют соли редкоземельных элементов (например, сульфат гадолиния), хромокалиевые, железоаммониевые, хромометиламмониевые квасцы и ряд других парамагнитных веществ. Кристаллическая решётка этих веществ содержит ионы Fe, Cr, Gd с недостроенными электронными оболочками и отличным от нуля собственным магнитным моментом (спином ). Парамагнитные ионы разделены в кристаллической решётке большим числом немагнитных атомов. Это приводит к тому, что магнитное взаимодействие ионов оказывается слабым: даже при низких температурах, когда тепловое движение значительно ослаблено, силы взаимодействия не способны упорядочить систему хаотически ориентированных спинов. В методе М. о. применяется достаточно сильное (~ несколько кэ ) внешнее магнитное поле, которое, упорядочивая направление спинов, намагничивает парамагнетик. При выключении внешнего поля (размагничивании парамагнетика) спины под действием теплового движения атомов (ионов) кристаллической решётки вновь приобретают хаотическую ориентацию. Если размагничивание осуществляется адиабатически (в условиях теплоизоляции), то температура парамагнетика понижается (см. Магнетокалорический эффект ).
Процесс М. о. принято изображать на термодинамической диаграмме в координатах температура Т — энтропия S (рис. 1 ). Получение низких температур связано с достижением состояний, в которых вещество обладает малыми значениями энтропии . В энтропию кристаллического парамагнетика, характеризующую неупорядоченность его структуры, свою долю вносят тепловые колебания атомов кристаллической решётки («тепловой беспорядок») и разориентированность спинов («магнитный беспорядок»). При Т ® 0 энтропия решётки Speш убывает быстрее энтропии системы спинов Sмагн , так что Speш при температурах Т < 1 К становится исчезающе малой по сравнению с Sмагн . В этих условиях возникает возможность осуществить М. о.
Цикл М. о. (рис. 1 ) состоит из 2 стадий: 1) изотермического намагничивания (линия АБ) и 2) адиабатического размагничивания парамагнетика (линия БВ). Перед намагничиванием температуру парамагнетика при помощи жидкого гелия понижают до Т ~ 1 К и поддерживают её постоянной на протяжении всей 1-й стадии М. о. Намагничивание сопровождается выделением теплоты и уменьшением энтропии до значения SH . На 2-й стадии М. о. тепловое движение, разрушая упорядоченность спинов, приводит к увеличению Sмагн . Однако в процессе адиабатического размагничивания энтропия парамагнетика в целом не меняется. Увеличение Sмагн компенсируется уменьшением Speш , то есть охлаждением парамагнетика.
