книги из ГПНТБ / Олофинский Н.Ф. Трибоадгезионная сепарация

водниках, как в диэлектриках, являются источниками носителей тока. Поэтому все полупроводники делятся на полупроводники с собственной и примесной про­ водимостью. Под примесями понимают не только включения атомов инородного вещества, но и избы­ ток или недостаток одного из атомов, образующих хи­ мическое соединение, а также различные дефекты кристаллической решетки.

Электрические свойства горных пород и минера­ лов зависят от их химического и минералогического состава, генезиса и петрографических характеристик, структуры, текстуры, пористости, влажности и др. Электропроводность минералов складывается из объемной II поверхностной составляющих. Для одного и того же минерала первая зависит от примесей в нем, а вторая — также и от состояния его поверх­ ности.

Для возможности прогноза процессов разделения различных компонентов, входящих в состав обраба­ тываемых материалов, измеряют сопротивление от­ дельных частиц их. Измерения производят в условиях идентичных условиям разряда частиц на поверхности барабана.

Схема прибора для измерения таких сопротивле­ ний показана на рис. 17 [1]. Между двумя металли­ ческими цилиндрами 1 укладывают под микроскопом 10—20 исследуемых частиц 2. Размер частиц опреде­ ляется как средний из общего их числа. Расстояние между цилиндрами, обусловливаемое крупностью частиц, регулируется микрометрическим винтом. При­ бор включается в цепь гальванометра 3 и источника напряжения по схеме, показанной на рис. 17.

Измерения производят по способу вольтметра и амперметра. Амперметром служит зеркальный галь­ ванометр или струнный электрометр чувствительно­ стью соответственно ІО-9 и ІО-14 а. Изоляция элемен­ тов схемы осуществляется парафином специальной очистки и полиэтиленом, что обеспечивает получение

59

среднего значения тока (из 10 измерений), протека­ ющего через частицы. Сопротивление частиц зависит от способа их укладки, формы и размеров.

Колебания тока изменяются обычно в пределах 50—70%. Однако порядок величин сопротивлений сохраняется при всех десяти измерениях, проводимых

мами, которые прижимались к ним пружиной, а зер­ нистая проба помещалась в стеклянную трубку диа­ метром (внутренним) 5 мм (рис. 18). На пробу на­ кладывался специальный прижимающийся пружинойпоршень. Высота столбика зернистого материала и сила прижатия во всех случаях составляли соответ­ ственно 15 мм и 1 кгс/см2.

При граненых столбиках ток пропускался по их продольной оси, затем столбики поворачивались сна­ чала на 90° около этой же оси, потом па 180° около поперечной оси и, наконец, на 90° около продольной оси.

Литературные сведения о сопротивлениях отдель­ ных материалов часто значительно расходятся между собой. Объясняется это как методами их определе­ ния, так и степенью чистоты, различием структур, гигроскопичности, влажности и температуры испыты­ ваемых образцов. Так, отдельные кристаллы имеют различные проводимости и диэлектрические проница­ емости по разным осям. Для хорошо впитывающего влагу угля сопротивление уменьшается с ІО9 до ІО5 ом.

60

Таблица i

У д е л ь н ы е с о п р о т и в л е н и й н е к о т о р ы х м и н е р а л о в

Рис. 19. Установка для измерения электро­ проводности

Измерение электропроводности сепарируемых ма­ териалов (касситерита, барита, кварца, полевого шпа­ та, халькопирита, вольфрамита и др.) в зависимости от температуры определялось на специальной уста­ новке (рис. 19), собранной в лаборатории ИОТТ, в которой использован электронный измеритель сопро­ тивлений (терраомметр Е6-3).

Измерительная ячейка 1 собрана на базе лабора­ торной трубчатой печи (МА-Г/6Р) 2, в цилиндриче­ ское отверстие которой помещалась фарфоровая труб­ ка 3 с металлическими электродами: нижним 4 и верхним 5. В нижнем, неподвижно закрепленном электроде был размещен специальный фарфоровый изолятор с хромель-копелевой термопарой 6, горячий спай которой вводится в пространство 7 между элек­ тродами. На верхнем подвижном электроде был ук-

63

реплен груз, создававший вместе с электродом необ­ ходимую нагрузку уплотнения 960 гс/см2. Измеряе­ мый материал засыпался через верхнее отверстие фарфоровой трубки в пространство и осторожно уп­ лотнялся верхним электродом.

На трубчатую печь для исключения наводок на электродах подавался от выпрямителя ВСП-3 посто­ янный ток 0—127 в. Температура образца измерялась термопарой с пирометрическим милливольтметром МПП-154, а его сопротивление — терраомметром Е6-3. Отсчет показаний до температуры 200°С произ­ водился через каждые 25°С, а при больших темпера­ турах — через 50°С.

С помощью описанной установки определяли ха­ рактер изменения электропроводности сепарируемых порошков различных минералов при нагреве и после­ дующем их охлаждении.

Выбор аппаратуры и принципиальных способов измерений зарядов определяется характером задач, подлежащих решению при создании установок, осно­ ванных на применении электронно-ионной технологии. К числу типовых задач, встречающихся при зарядке частиц, можно отнести следующие:

1. Определение полного электрического заряда

1 г порошка. При физических экспериментах заряд единицы массы порошка характеризует степень за­ ряженное™ материала. Гранулометрический состав порошка позволяет в этом случае рассчитать величи­ ну заряда, приходящегося на одну сферическую ча­ стицу среднего радиуса;

2. Определение зависимости величины электриче­ ского заряда частиц от их геометрических размеров при разных способах заряжания. Эта характеристика позволяет выбрать конструкцию зарядного устрой­ ства, обеспечивающую эффективное заряжание ча­ стиц порошка конкретного материала. При этом вы­ бираются, в частности, конструкционные материалы сепаратора и вибролотка.

Величина заряда отдельных металлических частиц увеличивается в общем случае пропорционально квадрату их радиусов |[55]. Положение это неприме­ нимо при расчете зарядов порошкообразных веществ, особенно состоящих из частиц неправильной формы,

64

Рис. 2!. Установка для измерения трибозарядов с помощью цилиндра Фарадея:

/ — э л е к т р о м е т р ; 2 — ц и л и н д р Ф а р а д е я ; 3 — ш іб р о л о т о к ; 4 — Л А Т Р -І

В цилиндр, окруженный заземленным металличе­ ским кожухом (для устранения наводок от внешних электрических полей), падают частицы исследуемого материала. Цилиндр изолируют от заземленного ко­ жуха материалом с большим сопротивлением утечки (фторпласт, янтарь). В качестве измерительного при­ бора можно использовать любой прибор с большим входным сопротивлением (электростатический вольт­ метр С-50, механический электрометр и др.).

Величина заряда 1 г порошка определяется из соотношения

тр 1 — р 2

где т — масса пробы, г; С — емкость измерительной системы, см; рі — масса порошка с коллектором, г; р2 — масса коллектора, г.

Измерялись заряды как отдельных проб синтети­ ческих смесей (крупность 0—1 мм), так и продуктов их сепарации. Температура нагрева материала при­ нималась 20, 100, 200 и 300° С. Заряжались частицы

66

іірн перемещении по вибролотку из белой жести (дли­

навесок 2 и 5 г почти идентичны, а максимальные — такие же, как и у навесок 10 и 15 г. Объясняется это, по-видимому, тем, что при меньших навесках частицы распределяются по дну коллектора тонким равномерным слоем, а при больших навесках они ссыпаются в виде конуса, вследствие чего заряды вы­ шележащих частиц не регистрируются и возможно нейтрализуются индуцированными зарядами нижних слоев. Поэтому эксперименты проводились с наве­ сками 5 г.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ТРИБОАДГЕЗИОННЫЕ УСТАНОВКИ

Установка, на которой вначале проводились экс­ перименты (см. рис. 15), состояла из питателя, бара­ бана, щетки и приемников. При работе исследуемый материал загружался в питатель, состоящий из бун­ кера (с вмонтированными в него тарированной во­ ронкой и фарфоровой трубкой диаметром 10 мм, с нагревательным устройством) и внбролотка. Иссле­ дуемый материал поступал по лотку на вращающий­ ся барабан диаметром 300 мм, на который можно

(удерживаемая фракция), снимались с него щеткой и поступали в приемник 7, а частицы, неприлипаю­ щие к барабану (падающая фракция), концентриро­ вались в приемниках 8 и 9. Выход этих фракций ре­ гулировался положением длительных перегородок.

При перемещении из бункера по лотку частицы вследствие трения друг о друга и о подложку лотка приобретают трибоэлектрические заряды. Поведение заряженных частиц на поверхности вращающегося барабана определяется характером его подложки.

Проведенные на этой установке эксперименты поз­ волили установить принципиальную возможность

трпбоадгезионной сепарации тонкоизмельченных ма­ териалов и разработать параметры опытного лабо­ раторного трибоадгезионного сепаратора (см. рис. 16). Исследуемый материал из бункера поступал по виб­ рирующему лотку на вращающийся барабан, внутри которого вмонтированы электронагреватели. Удер­

жением делительных перегородок. Конструкция сепа­ ратора обеспечивала регулирование угла наклона лотка и подачу питания на барабан как с помощью вибратора, так и непосредственным скольжением по поверхности лотка. Оптимальным является диаметр барабана, равный 300 мм. Материалом для его из­ готовления служит сталь марки Ст. 3. Поверхность барабана гладкая, шлифованная (7—8-й класс чи­ стоты) .

На этом сепараторе проведено экспериментальное изучение влияния на силу адгезии основных факто­ ров, определяющих процесс трпбоадгезионной сепа­ рации.

IV. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ПРОЦЕСС ТРИБОАДГЕЗИОННОЙ СЕПАРАЦИИ

При трпбоадгезионной сепарации на силы адге­ зионного взаимодействия, действующие на частицы сепарируемого материала, влияет большое число раз­ личных факторов. Основными из них являются: ха­ рактеристика питания (содержание тонких классов в исходном продукте, размер, форма и твердость ча­ стиц); конструкция оборудования (материал подлож­ ки, барабана и лотка, чистота и степень обработки поверхности их, диаметр барабана); технологические параметры процесса сепарации (скорость перемеще­ ния частиц на поверхности барабана, частота враще­ ния барабана, частота и амплитуда вибрации лотка, производительность); способы электризации частиц

68