книги из ГПНТБ / Олофинский Н.Ф. Трибоадгезионная сепарация

питания и окружающей среды, а также факторы, имеющие самостоятельный характер, например дав­ ление и кондиционирование рабочей среды в сепара­ торе и др.

Вопросам использования различных способов электризации сепарируемых частиц посвящено боль­ шое число работ, проведенных отечественными и за­ рубежными исследователями (И. А. Каковским, В. И. Ревнивцевым, А. И. Ангеловым, Ю. Н. Набиулиным, Е. А. Смирновым, Линари-Лингольмом, О. С. Ральстоном, Ф. Фраасом и др.), показавшими, в частности, что реагентная обработка кварц-полево- шпатовых, калийных, фосфоритных и других руд зна­ чительно повышает эффективность обогащения вслед­

вает значительное влияние на процесс трибоадгезион­ ной сепарации, определяя производительность сепа­ ратора и поверхностную плотность заряда, способ­ ствующую повышению эффективности процесса, особенно тонкодисперсных частиц.

При содержании в исходной пробе 10—15% ча­ стиц мельче 75 мкм классификация и обеспыливание ее ие представляют затруднений. При этом верхний предел крупности питания может доходить до 8 мм, что обеспечивает производительность от 1 до 1,5 т/ч на 1 м длины барабана сепаратора. При наличии в пробе около 50% частиц мельче 75 мкм сепарация осложняется вследствие флокуляции очень тонких частиц и налипании их на более крупные. В этом случае практически исключается возможность моно­ слойной подачи сепарируемого материала на бара­

69

барабане фракций (за одну операцию) составляет около 30% содержания частиц выделяемого класса Е исходном материале, поэтому для повышения эф­ фективности процесса при большом содержании тон­ ких частиц в питании требуется несколько перечисток падающего продукта.

Сепарируемый материал дезинтегрировался с по­ мощью электромагнитного вибратора, установленного на лотке. Однако добиться равномерной подачи ма­ териала на барабан оказалось трудно.

Для устранения аутогезии частиц и обеспечения

щие около 50% частиц мельче 75 мкм и около 20% частиц от 75 до 100 мкм.

Исходный материал и продукты сепарации конт­ ролировались рассевом их на классы 0—20, 20—40, 40—63, 63—100, 100—200 мкм. Установлено, что на силу адгезии существенно влияет гранулометрический состав сепарируемых материалов. При снижении раз­ меров частиц выход удерживаемых фракций увели­ чивается. В этом случае росту сил адгезии способ­ ствует увеличение удельной поверхности порошков, особеннно при разделении по крупности однородных

поверхностная плотность заряда os, а следовательно, и сила адгезии. Величина as может быть весьма зна­ чительной (более 5 -ІО2 CGSE) [31]. Трнбозаряды ис­ следуемых порошков, измеренные с помощью элек­ трометра В2-5 и цилиндра Фарадея (см. гл. Ill), практически не отличались друг от друга и харак­ теризовались величиной одного порядка ( — 10—10 к/г).

Ф о р м а ч а с т и ц п о р о шк о в влияет на ве­ личину площади контакта их с поверхностью подлож­ ки. Установлено различное воздействие шарообраз­ ной, удлиненной и неправильной формы частиц на выход удерживаемого продукта.

Известно, что величины молекулярной и электри­ ческой составляющих силы адгезии пропорциональ­ ны площади контакта. Радиус контакта для гладких поверхностей частицы и подложки теоретически опре­ деляется по формуле Герца [22]

70

В реальных условиях соприкасающиеся поверхно­ сти неидеально гладкие и определить фактическую площадь их контакта практически невозможно. Влия­ ние этого фактора определяется косвенным путем.

При просмотре под бинокуляром, установлено, что частицы неправильной формы имеют площадь со­ прикосновения с подложкой больше, чем площадь ча­ стиц округлой формы. Экспериментально показано, что увеличение площади контакта дробленых ча­ стиц способствует увеличению (в 1,3—1,5 раза) вы­ хода удерживаемых фракций по сравнению с выхо­ дом этих же фракций частицами округлой формы.

Аналогичные результаты получены В. А. Леоно­ вым |[55] при изучении влияния формы и размеров частиц на величину их заряда при отсутствии внеш­ него поля. Показано, что для частиц одинаковой мас­ сы и различных размеров величины максимального удельного заряда при несферической форме в 1,4— 1,8 раза больше, чем у частиц сферической формы. Особенно заметна разница в величинах зарядов для частиц крупностью до 200 мкм, а для более крупных частиц эта разница уменьшается. Отмечено, что тен­ денции изменения относительных максимальных за­ рядов эллипсоидальных вытянутых частиц и пла­ стинчатых одинаковы.

Дробленые частицы барита, кварца, полевого шпата, магнетита и сподумена в процессе перемеще­ ния приобретают (за счет обламывания острых кра­ ев) слегка окатанную форму, что способствует уве­ личению сил адгезии при нахождении частиц на под­ ложке барабана.

'При обработке волокнистых материалов (низших сортов асбеста и его пылевидных отходов) установ­ лено, что содержащиеся в них частицы минеральной пыли неправильной формы, эффективно выделяются в удерживаемую фракцию. Волокна лее асбеста вследствие особенностей своей формы (распушенная)

71

имеют малую площадь контакта с подложкой бара­ бана, не удерживаются на нем и попадают в прием­ ник для падающей фракции.

Повышенная твердость частиц при ударе их о по­ верхность подложки вызывает более высокий локаль­ ный нагрев, способствующий уменьшению работы вы­ хода, а следовательно, повышению степени электри­ зации частиц.

2. ЗАВИСИМОСТЬ СИЛЫ АДГЕЗИИ ОТ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ СЕПАРАТОРА

При перемещении сепарируемого материала из приемного бункера по впбролотку и поверхности ба­ рабана важно получить повышенную плотность за­ ряда частиц и сохранить его максимальную величину в период сепарации. Для этого необходимо правиль­ но выбрать конструкционные материалы, с которыми будут контактировать частицы.

В литературе приводятся сведения о влиянии ма­ териалов на величину и знак заряда частиц fl, 57— 59], однако эти данные противоречивы. Расхождение результатов объясняется сложностью явлений. Физи­ ческие ^свойства сепарируемых минералов весьма не­ постоянны, так как после дробления, измельчения, транспортирования они никогда не бывают чистыми. В связи с разнообразием свойств минералов оказа­ лось необходимым исследовать вопросы о влиянии конструкционных материалов (и способов их выбо­ ра) на качественно-количественные показатели про­ цесса сепарации.

Влияние этого фактора изучалось на эксперимен­ тальной установке (см. рис. 15). На стальной бара­ бан последовательно насаживались цилиндрические поверхности (рубашки) из белой жести, латуни, алю­ миния, меди и других материалов. Исходный мате­ риал нагревался до 20, 100, 200 и 300° С, а окружаю­ щая среда— до 20° С. Средние выходы удерживае­ мых фракций в зависимости от их температуры при поверхностях барабана из разных материалов и его скорости вращения 0,35 м/с показаны на рис. 22. Крупность питания 0—5 мм.

72

Рис. 22. Средние выходы удерживаемых фракции в зависимо­ сти от температуры руды и материала поверхности барабана:

а — с т а л ь м а р к и С т . 3; б — б е л а я ж е с т ь ; в — л а т у н ь , г — а л ю м и н и и ; / — к в а р ц ; 2 — б а р и т ; 3 — м а г н е т и т ; ‘і — г е м а т и т ; 5 — п и р и т ; 6 — п о л е в о й ш п а т ; 7 — с п о д у м е н ; 5 — а с б е с т м а р к и 7-520

Установлено, что выход удерживаемой фракции кварца иа стальной поверхности примерно в два раза выше, чем на латунной и алюминиевой, и в полтора раза больше, чем иа поверхности из белой жести. С увеличением температуры нагрева выход удержи­ ваемой фракции барита на стальной поверхности зна­ чительно больше, чем на медной и алюминиевой. Ана­ логичные зависимости наблюдаются при сепарации полевого шпата и асбеста. Выходы удерживаемых фракций магнетита и гематита соответственно боль­ ше на поверхностях из стали марки Ст. 3 и белой жести. Выход удерживаемой фракции джеспилита на медной поверхности значительно больше, чем на стальной или на поверхности из белой жести.

Средние выходы удерживаемых фракций различ­ ных материалов в зависимости от температуры их нагрева, материала поверхности барабана и скорости его вращения приведены в табл. 2. Средние выходы удерживаемых фракций углей н нх ингредиентов в зависимости от материала поверхности барабана при

73

температуре материала 20° С и скорости вращения барабана 0,4 м/с приведены в табл. 3.

Показано (см. табл. 2 и 3), что выходы удержи­ ваемых фракций почти всех исследованных материа­ лов при поверхности барабана из стали и белой же­ сти в 1,5—2 раза выше, чем при латунной и алюми­ ниевой поверхностях.

Выходы удерживаемых фракций углей и их ингре­ диентов при стальной поверхности барабана в 1,5— 2 раза больше, чем при латунной. Следует отметить, что выходы удерживаемых фракций углей при латун­ ной и стальной поверхностях превышают выходы удерживаемых фракций петрографических ингреди­ ентов.

Важное значение в увеличении сил адгезии имеет материал подложки и степень ее обработки (шерохо­ ватость). Шероховатость подложки практически не влияет на адгезию малых частиц (менее 5 мкм). Они, независимо от скорости отрыва, почти все удержи­ ваются на подложке, так как благодаря шероховато­ сти частицы соприкасаются с ней в нескольких ме­ стах (см. рис. 5, в ).

На стальных шлифованных поверхностях (пример­ но 10-й класс чистоты) проявляются микровыступы [60], что уменьшает площадь контакта, а следователь­ но, и адгезию. Для более грубых поверхностей (6— 8-й класс чистоты), при которых проявляются макро­ выступы, площадь контакта частиц с подложкой

76

увеличивается, в результате чего возрастают сила адгезии и выход удерживаемой фракций. Так как при длительной эксплуатации сепаратора поверхность подложки покрывается продольными штрихами, то при направлении движения частиц вдоль .этих штри­ хов можно ожидать увеличения площади соприкос­ новения их с подложкой, что позволяет обрабатывать частицы различной формы. Установлено, что при се­ парации более твердых частиц (кварц, касситерит и др.) выход удерживаемой фракции увеличивается.

3. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ БАРАБАНА НА ПРОЦЕСС СЕПАРАЦИИ

Частота вращения барабана сепаратора обуслов­ ливает действие центробежной силы на процесс трибоадгезионной сепарации. >С увеличением линей­ ной скорости вращения барабана и его диаметра центробежные силы существенно влияют на частицу, находящуюся на поверхности барабана. С увеличе­ нием размера частиц заметно уменьшаются силы адгезии их к поверхности барабана, так как с увели­ чением массы частиц увеличивается сила их отрыва. На силу адгезии влияют также аэродинамические условия рабочей среды.

Перед попаданием на поверхность барабана ча­ стицы сепарируемого материала приобретают началь­ ную скорость за счет инерции, сообщенной им при движении по вибролотку. Действие силы тяжести ча­ стицы и сил инерции приводит к тому, что частица (перед попаданием ее на барабан) движется по до­ вольно сложной траектории. Направление скорости движения частиц порошка будет совпадать с направ­ лением вращения барабана. Установлено [47], что при вращении барабана вокруг него образуется воздуш­ ный поток, направление которого совпадает с на правлением вращения барабана. Эпюра распределе ния скоростей воздушного потока в рабочем объеме сепаратора, по-видимому, будет меняться по экспо­ ненциальному закону в сторону уменьшения от на­ чальной скорости в точке на поверхности барабана до нуля в рабочей зоне сепаратора. В пограничном слое (у поверхности барабана) скорость воздушного

77

Потока можно считать равной линейной скорости вра­ щения барабана.

Таким образом, на поверхности барабана на ча­ стицу будет действовать суммарная скорость (на­ чальная скорость частицы плюс линейная скорость вращения барабана); в нашем случае она составляет около 1 м/с. Для уменьшения числа отскакивающих частиц и увеличения рабочей поверхности барабана нижний край вибролотка смещался на 40—55 мм от вертикальной оси барабана в сторону, противополож­ ную его вращению.

В работе [22] на примере стеклянных частиц ша­ рообразной формы размером до 30 мкм показано, что отскок их от стальной поверхности наблюдается при скоростях около 13 м/с и расположении поверхности перпендикулярно направлению запыленного потока. Скорости эти значительно выше скоростей, принятых в трибоадгезионных сепараторах. Предложенные на­ ми схема и скорость перемещения частиц способ­ ствуют удержанию их на поверхности барабана.

Так как при движении частиц от края лотка до поверхности барабана и в начальный момент попа­ дания их на поверхность последнего скорость пере­ мещения частиц относительно воздушного потока ба­ рабана больше скорости потока, осаждение и адгезия частиц мельче 15 мкм (нижний размер частиц, выде­ ляемых при сепарации) будут подчиняться закону Стокса и характеризоваться числом Рейнольдса Re

Как видим, для принятых условий формула Сток­ са справедлива. Рассматривая аэродинамические силы, действующие на частицу, находящуюся на по­ верхности вращающегося барабана, можно предпо­ ложить (не учитывая силы адгезии), что частица бу­ дет также вращаться в сторону, противоположную направлению вращения барабана.

Согласно теории воздушной сепарации и пневмо­ транспорта (61], на частицу, находящуюся на непо­ движной поверхности, действует подъемная сила об­

78