Технічні характеристики барабанних коронно-електростатичних сепараторів

Параметри	ЭКС-1250	ЭКС-3000	СЭС-1000	СЭС-2000
Кількість барабанів Розміри барабана, мм: діаметр довжина Частота обертання барабана, об/хв Діаметр електродів, мм: коронуючого відхиляючого Відстань від барабана до електрода , мм: коронуючого відхиляючого Робоча напруга, кВ Продуктивність, т/год Максимальна крупність живлення, мм Потужність електро-двигунів сумарна, кВт Габарити, мм: довжина ширина висота Маса, т	2 130 1250 237; 300; 400 0,4 25 20-50 6-14 до 20 2-3 3 2,3 2450 960 3550 2,2	2 160 3000 350; 465; 565 голчастий 25 20-50 6-14 до 20 4-5 3 3,4 4370 930 1955 2,2	1 150 1000 110-800 голчастий 30 35-45 8-14 до 50 1,5-2 3 3,4 2950 1800 4112 7,9	1 150 2000 430; 460; 490 голчастий 30 35-45 8-14 до 20 2-4 1,5 3,4 3615 1332 3922 9,7

Трибоелектростатичні сепаратори.

Трибоелектрична сепарація застосовується в основному для поділу суміші мінералів, що мають низьку електропровідність, наприклад, представлених напів-провідниками й непровідниками.

Процес здійснюється у повітряному середовищі в електричному полі постійної полярності, що може бути однорідним і неоднорідним. Використовують багатокаскадні сепаратори барабанного, камерного, лоткового й трубчастого типів.

Трибоелектростатичний барабанний сепаратор (рис. 5.8) має зарядний пристрій (електризатор) 1 барабанного типу, відокремлений від сепараторної частини. Електризація часток відбувається в результаті їхнього взаємного контакту. Електризатор постачений нагрівачем для підігріву матеріалу до 120-200ºС, тому для мінералів, схильних до піроелектричної поляризації, допоміжне значення при створенні зарядів може мати піроелектричний ефект.

Рис. 5.8. Схема трибоелектростатичного сепаратора барабанного типу:

1 – електризатор; 2 – заземлений електрод; 3 – електро-статичний електрод

Електростатичне неоднорідне поле створюється між заземленим металевим барабаном 2 і циліндричним електродом 3 з високою напругою. Знак напруги підбирається з урахуванням знака заряду, що здобувається мінералами при електризації.

Існують конструкції багатокаскадних сепараторів. Схема роботи може бути наступною: спочатку, на перших стадіях матеріал розділяється на концентрат і хвости, причому на кожній стадії здійснюється перечищення хвостів з виділенням концентрату. Далі хвости виводяться, а концентрат піддається ще й декільком стадіям поділу на більш якісний концентрат і промпродукт із перечищенням промпродукта на кожній стадії.

Із промислових зразків барабанних трибоелектро-статичних сепараторів можна відзначити конструкції СЭП, а також «Джонсон». Принципова схема останнього представлена на рис. 5.9.

Барабанні електроди сепаратора можуть бути виготовлені з міді, латуні або нержавіючій сталі залежно від речовинного складу сепарованих руд. Діаметр барабанів 75 мм, довжина 2400 мм, частота обертання - 35-60 об/хв. Протистоячі латунні електроди обертаються із частотою 75 об/хв. На них подається висока напруга негативного або позитивного знаку. Продуктивність сепаратора 1-2 т/год·м, крупність материалу, що переробляється, – від 0,1 до 1,7 мм.

Перспективними для трибоелектростатичної сепарації є камерні конструкції. У камерному сепараторі матеріал вільно падає в робочій зоні. Зарядка мінералів здійснюється при русі попередньо нагрітого матеріалу по вібролотку зі сталі, міді або графіту. У міжелектродному просторі створюється рівномірне електростатичне поле постійної полярності. На рис. 5.10 наведені схеми таких сепараторів: принципова (а), двосекційна (б) і трисекційна (в) промислові.

Рис. 5.9. Схема багатокаскадного трибоелектро-статичного барабанного сепаратора «Джонсон»:

1 – барабанні електроди; 2 – протистоячі латунні електроди

Рис. 5.10. Схеми трибоелектростатичних

камерних сепараторів:

1 – вібролоток; 2 – напрямний пристрій; 3 – електроди; 4 – приймач; 5 – відхиляючі перегородки; 6, 7, 8 – приймачі продуктів сепарації; 9 – елеватор; 10 – підігрітий вихідний матеріал; 11 – високовольтний агрегат; 12 – пульт керування

На рис. 5.11 зображена схема лоткового трибо-електростатичного сепаратора СТЭ. Матеріал з живильника 1 щілинного типу надходить на дві заземлені латунні площини 2 й 3. При русі по площині зерна різних мінералів електризуються за рахунок тертя об площину й між собою, здобуваючи різні за величиною й знаком заряди, і потрапляють в електростатичне поле, створюване статичними електродами 4 й 5, один із яких заземлений, а інший підключений до високовольтного джерела струму.

Рис. 5.11. Трибоелектростатичний

лотковий сепаратор СТЭ:

1 – живильник; 2, 3 – заземлені похилі латунні площини для електризації матеріалу; 4 – заземлений електрод; 5 – відхиляючий електрод під напругою; 6 – відсікачі

При вільному падінні в міжелектродному просторі траєкторія руху часток змінюється залежно від величини й знака залишкового заряду, градієнта напруженості поля, густини й крупності часток. Продуктивність сепаратора при збагаченні матеріалу крупністю -0,3 +0,074 мм становить близько 6 т/год.

Сепаратори знаходять застосування для збагачення руд кольорових і рідких металів, а також іншої мінеральної сировини, у якої поділювані мінерали мають близькі електричні характеристики.

Трубчасті сепаратори вільного падіння (рис. 5.12) складаються із двох різнойменно заряджених рядів вертикальних труб 4 з верхніми 2 і нижніми 6 шарнірними кріпленнями. Труби обертаються навколо своєї осі за допомогою привода 3 й очищаються від пилу, що налипає на них, щітками 5. Поділювані мінерали з різними зарядами з бункера 1 надходять у робочу зону й у процесі вільного падіння притягаються до відповідного ряду різнойменно заряджених труб, після чого потрапляють у приймачі 7. Якість одержуваних продуктів регулюють шиберами 8.

Для сепарації промпродуктів і доведення концент-ратів, отриманих при магнітному збагаченні окислених важкозбагачуваних залізних руд, можуть знайти застосування пневмоелектричні сепаратори камерного типу (рис. 5.13). Їхньою відмінною рисою є трибоелектрична зарядка тонкоподрібнених часток при транспортуванні їх газовим потоком, що має високу швидкість у зоні 2 трибоелектризації й спокійний рух у зоні поділу між заземленими електродами 1 й електродом високої напруги 3. Дільниками 4 продукти поділу спрямовуються в циклони для хвостів 5, промпродукта 6 і концентрату 7.

Рис. 5.12. Схема трубчастого сепаратора

вільного падіння:

1 – бункер; 2, 6 – відповідно верхнє й нижнє шарнірні кріплення; 3 – привод; 4 – заряджені труби; 5 – щітки; 7 – приймачі; 8 – шибери

Рис. 5.13. Схема пневмоелектричного сепаратора

камерного типу:

1 – заземлені електроди; 2 – зона трибоелектризації; 3 – джерело високої напруги; 4 – дільники; 5, 6, 7 – циклони відповідно для хвостів, промпродукта й концентрата

Піроелектричні й діелектричні сепаратори.

Поділ мінералів у піроелектричних барабанних сепараторах (рис. 5.14) здійснюється в неоднорідному електричному полі постійної полярності. Процес йде в повітряному середовищі. Матеріал після нагрівання в бункері 1 нагрівачами 2 надходить на обертовий барабан 3, охолоджуваний водою. Заряджені в результаті піроелектричної електризації частки втримуються на барабані силою дзеркального відображення й виносяться в приймач 4. Мінерали, що не мають піроелектричного ефекту, потрапляють у приймач 5, промпродукт - у приймач 6.

Рис. 5.14. Схема піроелектричного

барабанного сепаратора:

1 – бункер; 2 – нагрівачі; 3 – барабан; 4, 5, 6 – приймачі

Відомі також лоткові конструкції, але промислового поширення вони не одержали.

Існує багато розробок діелектричних сепараторів: лоткові, вільного падіння, стрічкові, щілинні, діелектричні сита й ін.

У всіх конструкцій є електроди, між якими створюється неоднорідне електростатичне поле змінної полярності промислової частоти. Електроди перебувають у корпусі, заповненому рідким середовищем (сумішшю двох компонентів), діелектрична проникність якої може регулюватися зміною відносної концентрації складових частин. Це можуть бути парні суміші з бензолу, нітробензолу, гасу, толуолу, гексану, ацетону й інших речовин.

Можлива схема щілинного сепаратора показана на рис. 5.15.

Рис. 5.15. Схема діелектричного щілинного сепаратора:

1 – ванна; 2 – система електродів; 3, 4 - приймачі

Ванна 1 заповнена рідким діелектриком, у ній перебуває система тонких паралельних похилих циліндричних електродів 2, знаки зарядів яких чергуються у вертикальному й горизонтальному напрямках для виключення впливу вільних зарядів. Матеріал подається в сепаратор зверху. Частки з більш високими діелектричними проникностями й проводимостями притягаються до електродів і сповзають до приймача 3. Частки з більш низькою, ніж у середовища, діелектричною проникністю вільно проходять через щілини між електродами й надходять у приймач 4.

Піроелектричні й діелектричні сепаратори поки не знайшли достатньо широкого застосування в промисловості.

Устаткування для електричної класифікації.

Це процес поділу матеріалу за крупністю шляхом зміни траєкторії його руху в електричному полі.

При зарядці часток на їхній поверхні утворюються заряди, причому їхня величина прямо пропорційна поверхні частки, а величина заряду, що припадає на одиницю маси, зворотно пропорційна крупності часток. Інакше кажучи, велика частка заряджається сильніше дрібної, що і є передумовою для їхнього поділу.

Електрична класифікація здійснюється в коронних й трибоадгезійних класифікаторах (сепараторах).

У коронному класифікаторі камерного типу (рис. 5.16, а) суміш часток різної крупності з бункера 1 рівномірним потоком у режимі вільного падіння пропускається між двома електродами, один із яких (коронуючий 2) складається з ряду паралельних елементів з малим радіусом кривизни. На них подається висока напруга (звичайно негативної полярності). Інший електрод (заземлений 3) жалюзійного типу. Між ними створюється об'ємне електричне поле коронного розряду.

На заряджені частки діє сила електричного поля, спрямована до заземленого електрода, а також механічні сили: ваги й опору повітряного середовища. Чим крупніше частка, тим сильніше на неї буде діяти сила ваги, тим довше вона пролетить униз, тим пізніше (глибше) притягнеться до заземленого електрода й пройде через його щілини. У верхній частині цього електрода будуть проходити пилоподібні частки й далі крупність виділюваної фракції буде зростати по висоті електрода зверху вниз. Найбільш великі частки, що не встигли притягтися й вийти за межі заземлюючого електрода, збираються в нижній частині приймача 4. Матеріал при цьому ділиться на два продукти: уловлюваний заземленим електродом і не встигаючий пройти в нього. Граничний розмір зерен при даній класифікації доходить до 6 мм.

Процес класифікації регулюється зміною взаємного розташування електродів і величиною подаваної напруги. Ефективність класифікації досягає 95-97%.

У коронному класифікаторі барабанного типу (рис. 5.16, б) матеріал крупностью -3 +0 мм із бункера 1 за допомогою заземленого електрода 3 (обертовий барабан) поступає в робочий простір. На відхиляючий електрод 5 подається висока напруга. Між електродами створюється електричне поле. Зарядка часток здійснюється від додаткового коронуючого електрода або за допомогою попередньої контактної електризації. Точка відриву часток від барабана буде визначатися співвідношенням електричних і механічних сил, що діють на неї. Чим крупніше частка, тим більше значення буде мати дія на неї відцентрової сили й тем швидше вона потрапить у приймач 4.

Трибоадгезійнний класифікатор барабанного типу (рис. 5.16, в) відрізняється від попередньої схеми тим, що заземлений барабан 3 має змінні поверхні з різних матеріалів і постачений підігрівальним пристроєм для регулювання його температури. Вирішальне значення при цьому способі має сила адгезії (сила зчеплення поверхонь різнорідних тіл), обумовлена молекулярним притяганням. Вона спрямована до поверхні барабана. Величина її регулюється підбором матеріалу барабана й температури його поверхні.

При русі часток по лотку спеціального бункера-живильника 1 на них утворюються трибоелектричні заряди. Однойменні заряди перешкоджають злипанню тонкодисперсних часток. Крім електричних сил і сили адгезії на частку діє також відцентрова сила, спрямована від поверхні барабана.

Рис. 5.16. Сили, що діють на частки мінералів

при електричній класифікації:

а – в коронному класифікаторі; б – в барабанному класифікаторі з відхиляючим електродом; в – в трибоадгезійному барабанному класифікаторі

1 – бункер-живильник; 2, 3,5 – електроди (відповідно коронуючий, заземлений барабан й відхиляючий); 4 – приймач; 6 – щітка

При певній швидкості обертання частки крупніше заданої граничної величини будуть відриватися від поверхні барабана (сума сил, що діють у напрямку від поверхні, більше сил, що діють у напрямку до неї), а більш дрібні - залишатися на ній. Великі йдуть у приймач 4, а тонкі скидаються з поверхні барабана щіткою пізніше.

Експлуатація електричних сепараторів.

Ефективність процесу електричної сепарації залежить від ступеня розходження поділюваних мінералів у значеннях електропровідності, від якості підготовки сировини до збагачення, від оптимальності й стабільності технологічного режиму процесу.

До основних факторів, що впливають на процес електричного збагачення, слід віднести:

- електропровідність матеріалів.

Чим більше різниця в електропровідності мінералів, тим значніше відрізняються траєкторії їхнього руху в робочому просторі сепаратора й, отже, легше здійснити їхній поділ. Частки з гарною електропровідністю швидше розряджаються на заземлений електрод і легше відриваються від барабана. При поганій електропровідності в частках спостерігається залишковий заряд, що втримує їх на барабані тим довше, чим менше їхня електропровідність. Таким чином, різниця в електропровідності визначає ступінь розкриття віяла продуктів сепарації й чіткість поділу суміші.

На електропровідність мінералів впливають стан їхньої поверхні (особливо на поверхневу електропровідність), вологість матеріалу й повітря, температура матеріалу й величина контактного опору.

Наявність на мінералах забруднюючих покриттів іншого речовинного складу може різко змінити їхню природну електропровідність і погіршити умови поділу. Очищення поверхні здійснюється механічним відтиранням у густих пульпах з наступним відмиванням й ультразвуковою обробкою. Для очищення можуть застосовуватися солі різних розчинів і кислот.

Адсорбована на непровідниках волога підвищує їхню поверхневу електропровідність й утруднює відділення від провідників. Регулювання вологості здійснюється за допомогою сушіння.

У напівпровідників підвищення температури викликає підвищення електропровідності, у провідників - зниження. Таким чином, температура матеріалу є важливим параметром регулювання процесу електричної сепарації.

Величина контактного опору, через який частка розряджається на заземлений електрод, у значній мірі визначає ефективність поділу мінералів при електричній сепарації. Чим вище цей опір, тим більше залишковий заряд частки, що визначає тривалість часу її притягання до електрода. Контактний опір залежить від форм часток, ступеня забруднення поверхні, а також від матеріалу й стану поверхні заземленого електрода;

- крупність часток.

Від крупності часток залежить величина зарядів, які вони одержують у полі коронного заряду (пропорційно квадрату радіуса).

Однак при збільшенні крупності зростає відцентрова сила (пропорційна кубу радіуса), що відриває частку від барабана, і при великій різниці часток у розмірах процес чіткого поділу утруднюється. Велика непровідна частка може відірватися від барабана одночасно із дрібною провідною, а дуже тонкі провідні потрапити в непровідну фракцію. Тому необхідно мати вузькокласифікований матеріал.

Різко погіршується процес поділу при наявності в матеріалі великої кількості пилоподібних часток, що налипають на великі й згладжують розходження в електропровідності.

Крім того, наявність пилу знижує ефективність зарядки часток. Тому необхідне ретельне знепилювання;

- речовинний склад мінералів і вміст їх у суміші.

Мінливість складу поділюваних мінералів, наявність у них сторонніх домішок можуть вплинути на показники електросепарації. Наприклад, наявність домішок залізовмісних мінералів у цирконі настільки різко збільшують його електропровідність, що він потрапляє в провідну фракцію. Може бути й протилежна ситуація.

Має значення й порівняльний вміст поділюваних компонентів у вихідному матеріалі. Наприклад, якщо вміст непровідників у суміші незначний, легко одержати провідну фракцію. Якщо їх багато, то необхідні перечисні операції. При однаковому вмісті провідників і непровідників поділ вихідного матеріалу на провідну й непровідну фракції здійснюється в кілька прийомів електросепарації;

- напруга на електродах.

Величина напруги визначає силу коронного струму в міжелектродному просторі і є важливим параметром регулювання процесу електросепарації. Збільшення напруги веде до росту сили струму, кращій зарядці часток, кращого їхнього притягання до осаджувального електрода;

- відстань між електродами.

Зменшуючи цю відстань, збільшують струм корони й навпаки. Відстань між електродами встановлюється в процесі відпрацьовування режиму сепарації.

Коронуючий електрод повинен бути так розташований відносно осаджувального, щоб зарядка часток відбувалася відразу ж при надходженні на поверхню осаджувального електрода, не допускаючи їхнього відриву відцентровими силами;

- швидкість обертання осаджувального електрода (наприклад, барабана).

Вплив лінійної (окружної) швидкості обертання барабана на процес електросепарації проявляється через відцентрову силу, що відриває частки від поверхні барабана. Вона не повинна бути занадто великою або занадто малою. Для кожної конкретної сировини є оптимальна швидкість обертання, що підбирається дослідним шляхом.

Від швидкості обертання залежать час перебування часток у зоні коронного розряду (тобто величина їхнього заряду) і час розрядки часток на заземлений електрод. Швидкість обертання повинна забезпечити максимальну різницю залишкових зарядів поділюваних часток.

Від швидкості обертання барабана залежить також продуктивність сепаратора. Збільшуючи її ми підвищуємо продуктивність, але можемо втратити в якості. Тому іноді вигідніше одержати приріст продуктивності не за рахунок підвищення швидкості обертання барабана, а шляхом збільшення його діаметра. У цьому випадку важливо правильно визначити співвідношення лінійної (окружної) швидкості й діаметра електрода (барабана).

Крім того, при експлуатації електричних сепараторів потрібно суворе дотримання заданого технологічного режиму (величини прикладеної напруги, відстані між електродами й ін.). Важливе значення мають також беззперебійне надходження руди й безперервне розвантаження продуктів сепарації.

Продуктивність електричного сепаратора залежить від товщини шару матеріалу на осаджувальному електроді й частоти обертання останнього. З огляду на те, що кількість продукту, який потрапляє в кожну наступну секцію, поступово зменшується за рахунок часткового його виведення із процесу, оброблювана сировина буде надходити в чергові секції більш тонким шаром й умови сепарації будуть поліпшуватися.

Незважаючи на те, що оптимальною є одношарова подача матеріалу, якість сепарації особливо не постраждає й при більшому числі шарів. Це пояснюється тим, що сила взаємодії між часткою й поверхнею барабана практично не залежить від незначної відстані між ними.

Продуктивність промислового сепаратора (кг/с)

де - ширина шару живлення, що дорівнює ефективній

ширині заземленого електрода, м;

- швидкість руху вихідного продукту в сепараторі,

м/с;

- маса матеріалу, що припадає на одиницю площі жи-

вильника при розподілі часток в один шар, кг/м².

Основні правила безпеки.

Експлуатація електричного обладнання повинна здійснюватися з урахуванням відповідних правил технічної експлуатації електроустановок. Особливо це важливо для обладнання з високою напругою, до якого відносяться електричні сепаратори. Небезпека ураження електричним струмом на таких установках значно вища.

До основних заходів техніки безпеки слід віднести наступні:

- періодичне очищення ізоляторів, електродів й інших деталей сепаратора від пилу (після вимикання струму, зупинки сепаратора й розрядки його ручним або автоматичним розрядником);

- блокування місць високої напруги;

- перевірка справності заземлювачів (не рідше двох разів на рік);

- вентиляція електросепараторного відділення (при роботі високовольтної установки утворюються шкідливі газоподібні з'єднання азоту);

- суворе дотримання протипожежних заходів.

В електричних установках високої напруги огляд обладнання, апаратури та стану заземлення здійснюється з порогу камери або стоячи перед бар'єром. При знаходження з'єднання будь-якої струмоведучої частини електроустановки йз землею забороняється до відключення струму наближатися до цього місця на відстань менше 4-5 м в закритих розподільних пристроях й 8-10 м на відкритих підстанціях. Виключенням можуть бути тільки випадки, коли необхідно ліквідувати замикання на землю та допомогти постраждалим. При цюому необхідно використати діелектричні боти, килимки або інші засоби, що надійно ізолюють від землі.

У приміщеннях з електроустановками високої напруги ремонтні роботи здійснюються обов'язково під наглядом другої особи, яка повинна знаходитися весь час на місці робіт. Конструкція пересувних огороджень має бути такою, щоби виключалася можливість випадкового або помилкового торкання робітників до струмоведучих частин, що залишилися під напругою. Повинні бути передбачені можливість безпечної установки та стікість огородження. При здійсненні робіт зі сходів має бути виключена можливість торкань й небезпечного наближення працівника до невідключених частин навіть при випадковому його падінні.