книги из ГПНТБ / Олофинский Н.Ф. Трибоадгезионная сепарация

Объясняется это повышенной подвижностью элек­ тронов проводников.

Л. Лёб [35], анализируя работы Генри, Боудена и Тейбора, рассматривает трибоэлектризацию, с одной стороны, как общий нагрев всей подвергаемой тре­ нию поверхности, а с другой — как сильный локаль­ ный нагрев отдельных неоднородностей. Оба эти процесса зависят от свойств вещества и состоя­ ния поверхности. Очевидно, что у твердых веществ, температура в области отдельных неоднородностей которых может быть очень высока, возможна терми­ ческая эмиссия электронов, в результате чего нагре­ тая поверхность заряжается положительно.

В этом случае нагретая поверхность имеет более высокую плотность зарядов. В- результате в единицу времени с нагретой поверхности на холодную будет переходить большее число ионов, чем в обратном направлении, что приведет к электризации. Таким об­ разом, заряжание за счет высокой разности темпера­ тур, обусловленной несимметричным трением, нали­ чием разности потенциалов и зарядов насыщения, вызванных термической миграцией ионов, довольно правдоподобно, хотя и требует дополнительных ис­ следований.

Нами установлено, что с увеличением амплитуды вибрации (от 1 до 8 мм) величина зарядов частиц повышается до определенного предела, после которо­ го практически не меняется [47]. При перемещении по вибролотку материала величина зарядов мелких частиц оказывается больше, чем крупных, так как при одной и той же длине вибролотка число контактов мелких частиц с его поверхностью больше. Увеличе­ ние заряда мелких частиц сопровождается возраста­ нием силы адгезии, в связи с чем мелкие частицы луч­ ше удерживаются на поверхности барабана сепара­ тора.

Выход фракции, удерживаемой на поверхности барабана при предварительной зарядке частиц с по­ мощью вибролотка (рис. 14, кривая 3), в три раза больше выхода частиц, заряжаемых трением друг о друга или о лоток (кривая 2), и в пять—семь раз больше выхода незаряженных частиц (кривая 1), по­ ступающих из бункера непосредственно на барабан.

Значительно влияет па зарядку частиц материал лотка. Первоначально исследовались подложки лотка из алюминия, стали марки Ст. 3, бело/і жести и ла-

Рнс. 14. Сравнительный выход удерживаемых фракций касситеритового продукта в зависимости от температуры

туни. Лучшие результаты получены при применении белой жести и стали марки Ст. 3.

Для устранения влияния внешних электрических воздействий на трибозарядку частиц и обеспечения униполярности их зарядов поверхность лотка зазем­ лялась. Следует отметить, что одноименно заряженные частицы не слипаются, благодаря чему улучшаются условия их сепарации. При применении подложки лотка из непроводящих материалов могут возникать при трении о них сепарируемых частиц значительные статические заряды, нарушающие стабильность про­ цесса.

Д р у г и е с п о с о б ы з а р я ж а н и я . Причинами возникновения электрических зарядов на определен­ ных частицах могут быть механические напряжения. Возникающие при этом пьезоэлектрические заряды обусловливаются присутствием диполей в составе кристаллической решетки. При сжатии кристалла ди­ поли сближаются и их суммарный электрический мо­ мент изменяется. Это приводит к появлению зарядов на поверхности кристаллов.

Другим способом заряжания может быть облуче-

50

фракцию. Распущенные же волокна асбеста, вследст­ вие особенностей своей формы н малой площади кон­ такта с подложкой барабана, не удерживаются на последнем п попадают в приемник для падающей фракции [6, 47].

Пробы барита и касситерита, представленные утолщенио-таблетчатыми обломками кристаллов с раковистым изломом, также характеризуются развет­ вленной поверхностью мелких частиц (за счет трещи­

различных материалов поверхности лотка и барабана сепаратора установлено, что большие по величине трибозаряды получаются при применении подложки из стали марки Ст. 3 или белой жести.

Таким образом, очевидно, что при сепарации раз­ нообразных тоикодисперсных материалов можно эф­ фективно регулировать различия в силах адгезии, обеспечивающих широкое применение нового и весь­ ма эффективного трибоадгезионного процесса сепа­ рации.

Для предотвращения искажения процесса все час­ ти сепаратора (барабан, корпус, питатель, бункер, вибролоток и др.) заземляются.

III.МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

На трибоадгезионных сепараторах можно разде­ лять материалы по вещественному составу или круп­ ности. В одних случаях можно применять одну из этих операций, в других, например при обработке низших сортов асбеста или его отходов, — обе опера­ ции.

Процессу сепарации обычно предшествует подго­ товка питания, включающая сушку, классификацию, додрабливание до желательной крупности, отделение крупных примесей и др.

Наличие посторонних примесей вызывает засоре­ ние питателя и полное или частичное прекращение поступления материала в сепаратор. Материал, пред­

52

назначаемый для трибоадгезионной сепарации, дол­ жен быть сухим и в большей части случаев нагретым до определенной температуры.

На трибоадгезионных сепараторах можно обра­ батывать электропроводные и неэлектропроводные, органические и неорганические тонкоизмельченные полезные ископаемые и материалы.

Лабораторные пробы исследуются сначала на принципиальную возможность обработки на ука­ занных аппаратах. Для этого их пропускают через аппарат несколько раз при разных режимах, после чего изучается влияние отдельных факторов на выход заданных фракций.

В процессе работы от исходного материала и про­ дуктов сепарации отбирают пробы для ситовых, ми­ нералогических, химических и других анализов.

Регулировка процесса и выбор оптимального ре­ жима сепарации производятся с помощью визуаль­ ных, минералогических (качественных) и ситовых анализов отдельных продуктов. Количественные ми­ нералогические анализы применяют главным обра­ зом при предварительной оценке получаемых продук­ тов сепарации, а также для контроля конечных продуктов.

В качестве контрольных, особенно при малом со­ держании ценных компонентов, применяют химиче­ ские анализы.

Продукты, получаемые после основной сепарации, в зависимости от их состава подвергают для полноты разделения дополнительным (одной-двум) перечисткам. Перечищают либо каждый продукт в отдельно­ сти, либо объединенные продукты: крупная фракция плюс промпродукт или мелкая фракция плюс промпродукт. Следует отметить, что повторные перечист­ ки необходимы только при работе на лабораторной установке.

При обработке материала на многосекциоипом сепараторе для получения конечных продуктов необ­ ходим лишь однократный пропуск материала через установку. Заданные фракции собираются в соответ­ ствующих приемниках.

При обработке разных материалов изучают влия­ ние на процесс их сепарации отдельных факторов,

53

зависящих от конструктивных особенностей установ­ ки и свойств получаемых продуктов.

2. ПОДГОТОВКА МАТЕРИАЛОВ К СЕПАРАЦИИ

Работы по трибоадгезионной сепарации проводи­

ми), низшими сортами асбеста, углем, металлически­ ми и неметаллическими порошками, абразивами, про­ мышленными отходами и др.

С помощью трибоадгезионной сепарации представ­ ляется возможным: обогащать отдельные руды черных и цветных металлов и доводить некондиционные про­ дукты их переработки, а также черновые концентраты и шламы некоторых руд редких металлов; обогащать угли с повышенным содержанием фюзена; подготав­ ливать к коксованию петрографически неоднородные угли; извлекать асбест из руд и асбестосодержащих отходов с попутным выделением породных фракций, пригодных для строительных и других отраслей про­ мышленности; обогащать пылевидные асбестсодержащне отходы и низшие сорта асбеста; классифици­ ровать по зерну 0,04 мм (а в отдельных случаях и по зерну 0,02 мм) металлические и неметаллические порошки; регенерировать отдельные промышленные отходы (например, отработанные формовочные зем­ ли) и др.

Наиболее полно изучалась сепарация барита, кварца, полевого шпата, касситеритового, халькопиритового п вольфрамптового продуктов, а также низших сортов асбеста и его отходов.

Исследовалось влияние на величину адгезии сле­ дующих факторов: состава питания; состояния мате­ риала поверхности барабана (подложка) и лотка; скорости вращения и диаметра барабана; температу­ ры нагрева подложки и сепарируемого материала; вибрации и др.

Влияние состава питания изучалось в зависимости от крупности и формы частиц. Исходные пробы обыч­ но получали непосредственно с предприятий либо при­ готовляли в лаборатории (синтетические смеси).

54

При содержании в исходном материале около 10— 15% частиц мельче 75 мкм верхний предел крупно­ сти питания может доходить до 5 мм, а при содержа­ нии их около 50% — до 1 мм.

Рис. 15. Схема эксперименталь­

4 — б а р а б а н ; 5 — щ е т к а ; 6 — д е л и т е л ь ­ н ы е п е р е г о р о д к и ; 7—9 — п р и е м н и к и ; 10 — э л е к т р о н а г р е в а т е л и

Для подготовки смесей соответствующего грануло­ метрического состава исходные материалы измельча­ лись в лабораторной шаровой мельнице до крупности —5 мм, рассевались на классы 5—1 мм, 1000—315, 315—200, 200—100, 100—63, 63—40 и —40 мкм. При экспериментах принимались навески по 100, 200 и 500 г.

Адгезия определялась косвенно по выходу частиц, прилипающих к поверхности барабана и их крупности.

принят следующий гранулометрический состав синте­ тических смесей крупностью 1000—0 мкм:

Влияние основных факторов сепарации на величи­ ну адгезии первоначально изучалось на эксперимен-

55

тальмой установке (рис. 15), а затем на лаборатор­

ментами (тэнами), размещенными внутри барабана. Существенное влияние на адгезию оказывает величина рабочей поверхности барабана. Исследова­ лись барабаны диаметрами 150, 170, 200, 250 и

300 мм.

Угол наклона лотка принят около 20°С. Смещение нижнего конца лотка вправо от вертикальной оси ба­ рабана принимали от 40 до 55 мм. Этим увеличивали время нахождения сепарируемых частиц на поверх­ ности барабана, а также снижали начальную скорость частиц при попадании их на барабан.

Дезинтеграция питания осуществлялась с помощью электромагнитного вибратора, свободно воздействую­ щего на загрузочный лоток сепаратора. Оптимальные параметры вибратора, выбранные экспериментальным

36

путем: число вибраций в 1 мин около 1500, амплитуда колебаний около 5 мм.

После каждого эксперимента определялся выход удерживаемой и падающей фракций. Первая являлась обычно конечным продуктом сепарации, а вторая под­ вергалась перечистке. Оценка эксперимента произво­ дилась по средней величине из 10 опытов. Ошибка среднего значения эксперимента не превышала 7— 10%. Вещественный состав продуктов сепарации конт­ ролировался минералогическим, химическим и спект­ ральным анализами.

Степень извлечения класса заданной крупности (т. е. эффективность е-процесса обеспыливания и

где ß и а — содержание данного класса соответствен­ но в продукте и исходной пробе, %; у — выход дан­ ного класса, %.

Величины и знаки зарядов частиц исходного ма­ териала и продуктов сепарации измерялись ламповым электрометром В2-5, снабженным выносным динами­ ческим конденсатором и цилиндром Фарадея.

При пропускании через сепаратор проб обрабаты­ ваемого материала изменялись скорость вращения барабана и производительность. Различные по круп­ ности фракции собирались в отдельные приемные сек­ ции. Содержимое последних взвешивалось и подвер­ галось гранулометрическим анализам. Результаты классификации оценивались графоаналитическим ме­ тодом. При этом по вертикали откладывались выход и содержание выделяемого класса по сумме секций, а по горизонтали — ширина приемных секций (рас­ стояния от вертикальной оси барабана до перегород­ ки). Содержание выделяемого класса по сумме сек­ ций определялось по формуле

Выбранная методика, связывающая между собой выход и содержание данного класса, а следователь­

57

но, и эффективность классификации с положением делительной перегородки, позволяет оценивать эффек­ тивность процесса разделения при изменении одного из параметров для заранее заданного значения выхо­ да или содержания выделяемого класса в мелкую (или крупную) фракции.

На лабораторном трибоадгезнонном сепараторе можно проводить эксперименты по изучению влияния на величину адгезии различных факторов, определя­ ющих процесс трибоадгезионной сепарации.

3. ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ МАТЕРИАЛОВ

И ИХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОНИЦАЕМОСТЕЙ

Степень зарядки смеси частиц зависит от величи­ ны и механизма проводимостей компонентов сепари­ руемого материала. Последние являются характер­ ными величинами для данных веществ.

По способности проводить электрический ток ми­ нералы условно делятся на проводники (удельная электропроводность ІО3—10® ом-1-см-1), полупровод­ ники (удельная электропроводность ІО4—ІО9 ом_!-см_І)

мость, определяемая адсорбционными свойствами материала. Образование адсорбционной пленки влаги зависит главным образом от физико-химических свойств вещества и от состояния поверхности. Поляр­ ные пористые вещества с шероховатой и загрязненной поверхностью могут иметь весьма значительную по­ верхностную проводимость. На величину электропро­ водности подобных веществ большое влияние оказы­ вает относительная влажность атмосферы. Последний фактор мало сказывается на поверхностной электро­ проводности гидрофобных диэлектриков.

Электропроводность полупроводников весьма чувствительна даже к незначительным изменениям химического состава минерала. Примеси в полупро­

58