Технические науки / Металлургия

К.т.н. Дзюба О.И., Попрожук О. А., Савицкий В.С.,

ОАО «Завод КОНСТАР», Кривой Рог, Украина

Д.т.н. Олейник Т.А. Криворожский технический университет

Селикова М.В. , ООО «Магнитные технологии», Долинская, Украина

ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ СЕПАРАТОРОВ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ МАГНЕТИТОВЫХ РУД

 

Одним из путей  совершенствования магнитных систем по параметрам цена-качество, является использование в качестве сырья особо чистых природных минералов железа. Хотя это направление интенсивно развивается в последнее время, остается много нерешенных проблем в связи с применением нового сырья.  

В магнитных системах сепараторов, используемых для обогащения магнетитовых руд, в последнее время применяются  анизотропные ферриты стронция. У гексаферрита стронция - высокая коэрцитивная сила, достигающая 0,2-0,4 Тл, обусловленная существованием одной оси легкого намагничивания при высоком значении константы магнитокристаллической анизотропии. Гексаферрит стронция обладает высокой химической стойкостью, при этом он значительно дешевле сплавов Nd-Fe-B, хотя свойства порошков гексаферрита стронция заметно ниже.  Однако свойства этих порошков могут быть заметно увеличены.  Эти ферриты давно известны, но не смотря на кажущуюся простоту вопроса, диаграмма состояния SrO-Fe2O3, изучена недостаточно. По данным  [1] в системе SrO-Fe2O3 образуются 4 соединения: Sr3Fe2О6, Sr2Fe2O5, Sr7Fe10O22 и SrFe12O19. В работе [2], область, богатая железом, имеет несколько другой вид. Вместо фазы Sr7Fe10O22 обнаружена фаза Sr3Fe4О9. Наличие противоположных трактовок о возможности синтеза в системе SrO-Fe2O3 различных соединений со структурой, родственной гексаферриту стронция SrFe12O19, затрудняет создание правильной модели формирования структуры гексагонального феррита стронция. В результате полученных данных [3] было сделано заключение о том, что синтез гексаферрита стронция SrFe12О19 осуществляется в результате сложных диффузионных процессов, лимитирующих кинетику твердофазного превращения. Исходным пунктом для такого вывода являлся тот факт, что состав промежуточной фазы существенно зависит от предыстории сырьевых материалов. Причем синтез SrFe12O19, происходящий при температурах 1250-1280°С, сопровождается образованием фазы SrFeO3-x, которая является не единственным промежуточным продуктом. Имеющиеся данные позволяют констатировать, что в процессе синтеза SrFe12O19 реализуется сложная картина диффузионных процессов с обязательным участием ионов кислорода, который может доставляться в решетку через слой продуктов реакции или через газовую фазу.

Анализируя отдельные операции технологического процесса получения  анизотропных магнитов из феррита стронция, можно отметить существенное влияние каждой из операций на магнитные параметры конечного изделия. Так, например, критичным являются размеры зерен в порошке и их распределение по размерам. Чем уже распределение и чем ближе его максимум к критическому размеру для однодоменной частицы, тем выше магнитные свойства порошка. Из литературных источников [4, 5] известно, что коэрцитивная сила гексагональных ферритов в основном зависит от размера частиц, и высокие ее значения достигаются при размерах кристаллитов ниже критического для однодоменной частицы, равного приблизительно 0,5 мкм. Отметим, что традиционные методы измельчения порошков (аттриторные мельницы) не позволяют получить заданный размер зерен и узкое распределение по размерам, поэтому коэрцитивная сила таких порошков обычно составляет 0,3-0,35 Тл. Поэтому немаловажным является внедрение новых видов измельчителей и классификаторов. Существенную роль в создании высоких магнитных парметров конечного изделия играют и операции прессования и конечного обжига (спекания). Чем выше степень текстуры и меньше средний размер зерна, тем выше магнитные параметры готового магнита. Важную роль при создании текстуры играют форма и подвижность частиц прессуемого порошка и величина магнитного поля при прессовании. Чем выше однородность порошка, подвижнее его частицы и больше поле при прессовании, а следовательно, выше степень текстуры, тем ниже температура спекания и время выдержки. Эти факторы обеспечивают более низкий средний размер зерна магнита и, следовательно, при прочих равных условиях, более высокий уровень коэрцитивной силы.  Следует заметить, что отформованная пресс-заготовка перед спеканием представляет собой рыхлую, сильно неравновесную систему. Причины этого весьма разнооб­разны. Пористость прессованных изделий составляет 25...60%, а после спе­кания 10-15% [6]. До спекания в изделиях имеются концентрационная неоднородность, дефекты кристаллической решетки, структурно обособ­ленные частицы, развитая система межзеренных границ, совокупности трех-и двухмерных дефектов макродефектов, несовершенство контактов между частицами и т.д. С этих позиций спекание можно определить как кинетиче­ское освобождение дисперсной системы от указанных дефектов. Т.е. с использованием новых видов сырья необходимо тщательно изучать кинетику процесса ферритизации. Не маловажным является также то, что при нагревании ферритовых заготовок в первую очередь удаляются свободные молекулы во­ды,  присутствующие в заготовках в виде остаточной влажности. Затем удаляются более летучие компоненты связки, и продукты их терморазложе­ния. Молекулы полимеров в составе связки вначале переходят в пластичное состояние или плавятся. При дальнейшем нагреве полимеры термически раз­лагаются и удаляются из заготовок в виде газообразных соединений. В ин­тервале температур 600-900°С удаляются молекулы химически связанной воды и начинаются процессы спекания частиц. Отсюда следует, что при обжиге до на­чала процессов спекания необходимо завершить процессы сушки и удаления связки. А связующее вещество должно быть подобрано таким образом, чтобы оно при нагревании обеспечивало сквозную пористость заготовок. Газопроницаемость заготовок определяется сечением сквозных ка­нальных пор. Повышение дисперсности частиц и содержания связки в заготовках снижают размеры пор, что затрудняет удаление воды и компонентов связки при нагреве. В результате во внутрен­них объемах заготовки создается избыточное давление паров воды и компо­нентов связки, приводящее к образованию трещин в изделиях. Поэтому в технологии ферритовых изделий с использованием дисперсных порошков требуется плавный режим нагрева заготовок при сушке. Усадка заготовок, полученных прессованием, в процессе сушки и уда­ления связки обычно не превышает 1-2%. Однако возможна деформация заготовок при быстром нагреве вследствие плавления связки. Эти процессы становятся существенными при содержании связки свыше 1,5% масс. 

Таким образом, анализ литературных данных показал, что многие технологические стадии получения магнитов для магнитных систем сепараторов имеют возможность дальнейшего усовершенствования.   И при внедрении новых видов сырья все существенные факторы влияющие на  конечный продукт должны быть достаточно хорошо изучены.

 

Литература:

1.     Batti P. // Ceramurgia. 1976. - V. 6, №1. Р. 11-16.

2.     Goto Y. // J. Japan. Soc. Powder and Powder Metallurgy,-1971 -V. 17.-P.193 -
197.

3.     Brisi С, Rolando P. // Ann. Chim. Rome.-1969.-V. 59.-P. 385-399.

4.     Аксельрод Н.Л., Воложанина Н.Н., Бушкова О.В. // Твердофазный синтез ферритов стронция.- Свердловск/-1984.- 38с.

5.     Сергеев   В.В.,   Булыгина   Т.И.   //   Магнитотвердые   материалы.- М.: Энергия.- 1980.

6.     Преображенский А.А. // Магнитные материалы и элементы.- М.: Высшая
школа.- 1976.- 339 с.