Лабораторна робота №8

Тема: Збагачення на електричному сепараторі

Час, що потрібен для виконання роботи – 2 години

Мета роботи: Вивчення конструкції і принципу роботи електричного сепаратора ПС-1 і впливу напруженості на електродах на показники збагачення мінеральної суміші.

Теоретична частина

При електричній сепарації використовують в основному такі електричні властивості мінералів, як електропровідність, діелектрична проникність, а також їх здатність заряджатися під впливом деяких фізичних ефектів (трибо-, піро- і п'єзоелектричний ефекти, контактний потенціал). Процес електричної сепарації полягає у взаємодії електричного поля з зарядженою мінеральною частинкою. Електрична сепарація застосовується для збагачення зернистих сипучих матеріалів крупністю 0,05-3 мм, коли їхня переробка іншими методами неефективна або неекономічна. Крім сепарації застосовують також електричну класифікацію і знепилення різних матеріалів, ці процеси у ряді випадків більш ефективні, ніж гравітаційні і відцентрові.

Електричне поле ( рисунок 8.1) діє на заряджені частинки. Рух частинок у електричному полі залежить від його напруженості і неоднорідності, а також від заряду частинок, а конфігурація поля — від форми і розташування електродів.

Напруженістю електричного поля Е в точці називається величина, що дорівнює відношенню сили, з якою поле діє на позитивний заряд у даної точці, до цього заряду:

(3.47)

де Р - сила, що діє на заряд, Н; ()- величина заряду, Кл.

Рис. 3.61. - Конфігурації електричних полів:

а - двох різнойменних зарядів; б - двох однойменних зарядів;

в - двох різнойменних пластин; г - різнойменних дроту і пластини.

Для електричної сепарації використовуються поля з напруженістю близько 6·10⁵ В/м при напрузі на електродах U= 20 - 70 кВ.

Між паралельними плоскими полюсами-електродами (рисунок 8.1,в) силові лінії паралельні і поле однорідне. При точкових відокремлених полюсах (рисунок 8.1, а, б, г) силові лінії розходяться по радіусах і число їх зменшується пропорційно квадрату відстані від полюса. У цьому випадку поле - неоднорідне. Неоднорідність поля характеризується градієнтом напруженості:

(3.48)

де dЕ — зміна напруженості поля у напрямку х на відрізку dх.

Величина напруженості поля залежить від діелектричної проникності середовища, у якому знаходиться поле, температури та інших факторів.

Діелектрична проникність середовища показує, у скільки разів сила взаємодії зарядів у даному середовищі менша, ніж у вакуумі. Абсолютна діелектрична проникність ε_а діелектрика - величина, що дорівнює добутку діелектричної проникності діелектрика ε і електричної сталої ε₀ (ε₀ =8,85·10^-12 Ф/м):

(3.49)

Результати взаємодії мінеральної частинки з електричним полем залежать від її електричних властивостей. При електричній сепарації використовують в основному відмінності мінералів у електропровідності, діелектричній проникності, електризації тертям і адґезії. Залежно від електропровідності усі мінерали поділяють на три групи:

• провідники з питомою електропровідністю 10^-1 ≤ ρ < 10⁴ Сим/м (Сименс/м). До провідників належать самородні метали, багато сульфідних мінералів, графіт, ільменіт, рутил, титаномагнетит і ін.;

• напівпровідники з питомою електропровідністю 10^-2 ≤ ρ < 10^-10 Сим/м. До напівпровідників відносять ґранат, лімоніт, гематит, сидерит, молібденіт, псиломелан, станін і ін.;

- непровідники (діелектрики) з питомою електропровідністю 10^-11 ≤ ρ < 10^-20 Сим/м. Непровідниками є алмаз, каситерит, циркон,шеєліт, кварц, кальцит і ін.

Електропровідність мінеральних частинок характеризується об'ємною і поверхневою складовими. Об'ємна електропровідність мінералу може коливатися у значних межах залежно від вмісту у мінеральних частинках сторонніх домішок. Поверхнева електропровідність залежить від стану поверхні, наявності на поверхні мінералу окисних плівок, вологи, поверхнево-активних речовин і т.д. Природну поверхневу електропровідність мінералів у ряді випадків можна змінити в необхідному напрямку обробкою їх спеціальними реаґентами.

Внаслідок обробки збільшується різниця у електропровідності мінералів, особливо діелектриків, а отже, поліпшуються умови їх розділення. На електричні властивості провідників обробка реаґентами практично не впливає.

Під дією електричного поля у частинці незарядженого провідника відбувається вільне переміщення електричних зарядів. На кінці частинки, що звернена до позитивного електрода, виникає негативний заряд, а на другому кінці — позитивний заряд (явище електростатичної індукції). У непровідників в електричному полі не відбувається вільного переміщення зарядів, а спостерігається тільки зсув негативного заряду у напрямку позитивного електрода, а позитивного заряду - у напрямку негативного електрода (явище поляризації). При цьому під впливом постійного напруження рух електричних зарядів у провідниках відбувається безперервно, а у діелектриках зсув зарядів швидко припиняється, після чого вони залишаються поляризованими. При поляризації діелектрика на поверхні частинок з протилежних кінців створюються заряди протилежних знаків, але ці заряди, на відміну від індукованих у провіднику, є зв'язаними і їх не можна розділити.

Зарядження частинок можна виконувати йонізацією у полі коронного розряду, йонізацією α- або β- випромінюванням, електризацією тертям, індукуванням зарядів, контактом із зарядженим електродом, нагріванням, а також різними комбінаціями цих способів. Але основне практичне значення при електричній сепарації мають такі способи: контактна електризація, індукція, йонізація у полі коронного розряду і електризація тертям.

При контактній електризації дотик мінерала-провідника до поверхні електрода приводить до того, що він практично миттєво набуває потенціалу електрода. Діелектрики до потенціалу електрода заряджаються поступово, свій потенціал (первинний заряд) вони можуть зберігати протягом кількох секунд або хвилин.

При індукційній електризації мінеральні частинки вільно рухаються між електродами і внаслідок різної природи та кінетики утворення електричні заряди, що виникають на провідниках і діелектриках, відрізняються величиною. Але за абсолютною величиною ця різниця зарядів мала, що не дозволяє ефективно розділяти мінеральні суміші.

При комбінованому способі електризації контактом і індукцією мінеральні частинки отримують великі потенціали, але провідники швидко розряджаються на заземленому електроді і набувають його потенціалу. У цьому випадку різниця у потенціалах зарядів частинок значно більша, ніж при застосуванні тільки індукційного способу.

Найбільш розповсюдженим способом зарядки мінеральних частинок є зарядження у полі коронного розряду або радіоактивного або іншого жорсткого випромінювання.

Коронний розряд створюється між двома електродами, один з яких (коронуючий) має малий радіус кривизни (тонкий дріт, вістря і т.п.), а другий (заземлений) виконаний у вигляді барабана або пластини. Під впливом електричного поля потік газових йонів рухається від коронуючого електрода до заземленого. Мінеральні частинки, що переміщуються крізь потік йонів, заряджаються. Різниця у величинах зарядів, що одержали частинки в результаті йонізації, посилюється способом розрядки через заземлений електрод. Провідник швидко віддає свій заряд і стає нейтральним до електрода, діелектрики розряджаються повільніше. Різниця в швидкостях розрядження провідників і діелектриків достатньо велика і пропорційна різниці у електропровідності мінералів, які розділяють при збагаченні. Цей спосіб зарядки найчастіше застосовується при сепарації мінералів за електропровідністю.

Електризація тертям застосовується при розділенні мінералів, близьких за електропровідністю. Електризація тертям здійснюється двома способами: інтенсивне перемішування мінеральних частинок з їх частим зіткненням і транспортування мінеральної суміші по поверхні електризатора, виконаного у формі лотка. Внаслідок тертя одні мінерали здобувають позитивний заряд і в електричному полі притягуються до негативного електрода, інші мінерали здобувають негативний заряд і притягуються до позитивного електрода. Деякі мінерали не володіють здатністю електризуватися тертям.

В електричному полі сепаратора розділення по-різному заряджених частинок здійснюється внаслідок взаємодії електричних і механічних сил.

Електричний метод сепарації полягає у зміні руху заряджених частинок під дією електричного поля. Існує багато конструкцій електричних сепараторів, які відрізняються методом сепарації , способами зарядки мінералів, електричними і механічними силами, що діють на частинки ,та іншими ознаками. Основні конструкційні типи сепараторів, що використовуються у практиці збагачення, такі:

• електростатичні (барабанні, камерні,каскадні, пластинчаті);

• коронні і коронно електростатичні (барабанні, камерні);

• трибо електричні.