книги / Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых. Обогатительные процессы и аппараты
.pdf• избирательной адсорбции неорганических реагентов на поверхности извлекаемых минералов, приводящей к их гидрофилизации, появлению дополнительных носителей заряда — подвижных ионов — и увеличению электропроводности, как, например, при обработке кварца хлоридами калия или натрия;
• образования под действием реагентов на поверхности извлекаемых минералов пленки нового вещества, обладающе го другой электропроводностью, например, хорошо проводя щей сульфидной пленки на поверхности слабопроводящих малахита или церуссита.
Обработку материала реагентами перед электрической се парацией производят сухим способом (парами реагентов, рас пылением раствора) или в водной среде с последующими обез воживанием и сушкой его, как, например, при доводке флота ционных или гравитационных концентратов, когда вспомо гательные операции по обезвоживанию технологически оп равданы.
Удаление пленок вторичных образований с поверхности разделяемых минералов с целью восстановления их первич ных электрических свойств осуществляется обычно промывкой или интенсивной механической оттиркой. Оттирке подверга ется, например, поступающий на электрическую сепарацию эв- ксенито-монацитовый концентрат. Гораздо реже применяют химические способы очистки: растворение или выщелачива ние загрязняющих поверхность вторичных образований.
При термической обработке различие в электропроводно сти достигается за счет неодинакового изменения проводимо сти минералов при нагревании. При этом каждой минераль ной паре отвечает свой оптимальный интервал температуры, обеспечивающий наибольшую разницу в их электропровод ности. Восстановительный или окислительный обжиг, сопро вождающийся структурными превращениями минералов и фа зовыми изменениями имеющихся в них изоморфных приме сей железа, титана, марганца и других металлов, приводит к необратимым изменениям электропроводности минералов, например, лимонита, оливина, смитсонита, эвксенита и др.
8.2.3. Электрические сепараторы и
принципы их работы
Разделение минералов по электропроводности произво дится в воздушной среде в неоднородном электрическом поле постоянной полярности в электростатических, коронно-элек трических и коронно-электростатических сепараторах преи мущественно барабанного типа.
При электрической сепарации в электростатических сепа раторах (рис. 8.2, а) исходный материал из бункера 1 подается на заряженный вращающийся барабан 2. При контакте с ним частицы минералов-проводников сразу же приобретают одно именный заряд, отталкиваются от него под действием куло новских сил и, двигаясь по криволинейной траектории, попа дают в приемник 6. Частицы непроводящих минералов, нао борот, прилипают под действием сил зеркального отображе ния к поверхности барабана и счищаются с него щеткой 3 в приемник 4. Частицы промежуточной электропроводности и сростки минералов-проводников с непроводящими минерала ми падают по траектории, определяемой в основном механи ческими силами, и попадают в приемник 5. Качество продук тов регулируют положением шиберов 8. Для увеличения от клонения частиц минералов-проводников и улучшения селек тивности сепарации параллельно барабану устанавливается отклоняющий электрод 7 противоположной полярности. По вышению эффективности разделения способствует также клас сификация материала на узкие классы крупности и увеличе ние различия в электропроводности разделяемых минералов в процессе подготовки материала к электрической сепарации.
Рис. 8.2. Схемы электростатического (а), коронно-электрического (о) и ко-
ронно-электростатпческого (в) сепараторов
При электрической сепарации в коронно-электрических сепараторах (рис. 8.2, б) материал из бункера 1 поступает на вращающийся металлический заземленный барабан — осади тельный электрод 2 — и транспортируется им в зону действия коронирующего электрода 9, установленного параллельно обра зующей осадительного электрода. Коронирующий электрод представляет собой устройство из туго натянутых нихромовых проволок толщиной 0,25—0,40 мм, тонкостенных трубок с врезанными в них лезвиями толщиной 0,1 мм или систему игл, направленных остриями в сторону осадительного элек трода. Под действием высокого напряжения (до 50 кВ), пода ваемого на коронирующий электрод, вокруг него образуется (за счет частичного пробоя) поле коронного разряда, вызыва ющее ионизацию молекул воздуха. Образующиеся ионы, име ющие одинаковую полярность с коронирующим электродом, движутся под влиянием электрического поля к осадительному электроду, сталкиваются с минеральными частицами и заря жают их. Если частица является проводником, то она легко передает почти весь свой заряд осадительному электроду и центробежной силой сразу же сбрасывается с него в приемник 6. Заряженные в поле коронного разряда частицы непроводя щих минералов, наоборот, очень медленно разряжаются на осадительном электроде и, сохраняя значительный заряд, удер живаются на нем силами зеркального отображения, выно сятся при вращении барабана из зоны действия коронирую щего электрода и счищаются щеткой 3 в приемник 4. Чем меньше электропроводность частиц и выше контактное со противление между ними и осадительным электродом, тем больше величина остаточного заряда, сила притяжения их к поверхности барабана и тем дальше оказываются они от зоны отрыва частиц с высокой электропроводностью. Частицы с промежуточной электропроводностью разряжаются быстрее непроводящих, но медленнее проводящих частиц и, отрываясь от поверхности осадительного барабана в нижней его части, попадают в приемник 5.
Промышленные коронно-электрические сепараторы (И ГД. Карпко, ФИА, Стартевант и др.) состоят из 2—4 аналогичных секций, расположенных обычно одна над другой и обеспечи вающих тем самым возможность перечистки продуктов сепа рации.
Коронно-электростатические сепараторы (рис. 8.2, в) от личаются от коронно-электрических (см. рис. 8.2, б) наличием дополнительного цилиндрического отклоняющего электрода 10, имеющего одинаковый с коронирующим электродом 9 по тенциал, что приводит к созданию параллельно с полем ко ронного разряда неравномерного электростатического поля высокой напряженности.
Если частица обладает достаточно хорошей электропро водностью, то электрическая сила статического поля будет влиять на увеличение скорости стекания остаточного заряда и более быстрый отрыв частицы от поверхности осадительного электрода. Большему отклонению ее от барабана будет спо собствовать пондеромоторная сила, возникающая в неравно мерном электростатическом поле и действующая в направле нии отклоняющего электрода. В случае плохой электропро водности частицы стекание остаточного заряда с нее будет проходить очень медленно и электростатическое поле будет прижимать частицу к осадительному электроду.
Таким образом, содействуя разделению проводящих и не проводящих частиц, электростатическое поле может сущест венно повысить эффективность электрической сепарации. По этому коронно-электростатические сепараторы получили наи более широкое распространение в практике обогащения по лезных ископаемых.
К барабанным коронно-электростатическим сепараторам относятся ЭКС-1250, ЭКС-3000, СЭС-2000, СЭС-1000; к пла стинчатым — сепаратор ПЭСС.
Барабанный сепаратор ЭКС-1250 (рис. 8.3, а) состоит из загрузочного бункера 1 с электрическим подогревателем 2, питателя 3 и двух одинаковых каскадов сепарации. Каждый каскад включает коронирующий 5, отклоняющий 6, осади тельный 7 электроды, экранирующую шторку 4, щетку 11, пи тающий лоток 12 и отсекатели 8. Корпус 10 сепаратора обшит листовым железом, в нижней части его расположены прием ники 9 для продуктов сепарации.
Верхний каскад предназначен для основной операции раз деления, нижний — для перечистных операций. Величина за грузки нижнего каскада и качество продуктов сепарации ре гулируются отсекателями.
Рис. 8.3. Схемы коронно-электростатических сепараторов 'ЭК С -1250 (я). С ЭС -2000 (6) и ПЭСС (в)
Секционный коронно-электростатический сепаратор ба рабанного типа СЭС-2000 (рис. 8.3, б) состоит из восьми бло ков. Каждый блок представляет собой самостоятельный ра бочий аппарат и включает в себя питающий бункер J, коронирующий 2, отклоняющий 3 и осадительный 4 электроды, щет ку б и отсекатель 5. Загрузка верхних блоков сепаратора осу ществляется при помощи барабанно-щелевых питателей. Ниж ние блоки имеют приемные бункера. Преимуществом секци онных сепараторов, по сравнению с сепараторами ЭКС, явля ется возможность компоновки в одном сепараторе различных технологических схем с получением конечных продуктов обо гащения.
Пластинчатый коронно-электростатический сепаратор ПЭСС, разработанный Верхнеднепровским ГМК для доводки коллективного редкометалльного концентрата, собирается из 88 последовательно-параллельно соединенных ячеек. В каж дой ячейке (рис. 8.3, в) верхний клинообразный электрод 3 и нижний цилиндрический электрод 4, разделенные изолятором 5. подключаются к разноименным полюсам высоковольтного генератора. Нагретый до температуры 80— 120 °С концентрат поступает через питатель 1 на заземленный пластинчатый элек-
трод 2, по которому попадает в межэлектродное пространст во, где минералы-проводники приобретают больший индук тивный заряд, чем минералы-диэлектрики, отклоняются к верх нему электроду 3 и попадают в приемник 6. Минералы-диэ лектрики, наоборот, отклоняются в сторону нижнего электро да 4 и попадают в приемник 7 Качество получаемых продук тов регулируется отсекателем 8.
8.2.4. Основные Факторы, влпяюшпе на процесс электрической сепараипп
Эффективность процесса электрической сепарации опре деляется различием разделяемых минералов в значениях элек тропроводности, конструкциях и принципах работы сепара тора, особенностями вещественного состава минерального сы рья и способом подготовки его к сепарации, технологическим режимом ведения процесса.
Чем больше разница в значениях электропроводности раз деляемых минералов, тем значительнее отличаются они ско ростью зарядки (на заряженном электроде) и разрядки (на осадительном электроде), величиной остаточных зарядов и траекторией движения в рабочем пространстве сепаратора, тем легче осуществить их разделение. Электрическая сепара ция минералов по электропроводности широко применяется при доводке титаноциркониевых, танталониобиевых, оловян но-вольфрамовых, алмазсодержащих, магнетитогематитовых концентратов, а также при обогащении гемагитовых (спекуляритовых) и смешанных железных руд.
Качество получаемых продуктов при сепарации зависит от содержания разделяемых минералов в исходном материале. Чем меньше в нем содержание непроводников, тем выше ка чество получаемой фракции проводящих минералов, и на оборот, при большом содержании непроводников для полу чения необходимого качества проводящей фракции требуется несколько перечистных операций. На качество конечных про дуктов и эффективность сепарации существенное влияние ока зывает также степень постоянства содержания примесей в раз деляемых минералах. Например, увеличение содержания вклю чений железосодержащих минералов в непроводящем цирко
не может настолько увеличить его электропроводность, что он начинает переходить в проводящую фракцию. Эффектив ность процесса и качество продуктов сепарации ухудшаются при увеличении содержания пылевидных частиц в исходном материале, поэтому перед электросепарацией материал под вергается обычно тщательному обеспыливанию.
С увеличением крупности частиц возрастает не только ве личина заряда, получаемого в поле коронного разряда или на заряженном барабане, но и центробежная сила, отрывающая их от поверхности барабана. Это затрудняет четкое разделе ние зерен при сепарации материала широкого диапазона крупности. Крупная непроводящая частица при этом может оторваться от барабана одновременно с более мелкой прово дящей частицей и, наоборот, очень тонкие проводящие части цы попадут в непроводящую фракцию. Технологические по казатели значительно улучшаются при электросепарации узко классифицированного материала.
С увеличением скорости вращения барабана сепаратора и ростом центробежной силы улучшаются условия для выделе ния проводников. Однако чрезмерное ее увеличение может при вести к переходу в проводящую фракцию и тех непроводящих частиц, которые не смогут уже удерживаться на барабане си лами электрического притяжения. При слишком малой скоро сти вращения барабана также наблюдается повышенное засо рение проводящей фракции непроводниками, успевающими отдать свой заряд осадительному электроду. В зависимости от исходного материала частота вращения барабана диаме тром 140—350 мм изменяется от 30 до 500 об/мин.
Важным параметром регулирования процесса электросе парации является напряжение на электродах, с увеличением которого возрастает разница в зарядах проводящих и непро водящих частиц и улучшаются результаты их разделения. Ве личина напряжения на коронирующем электроде в современ ных сепараторах находится в пределах 35—50 кВ, максималь ный ток в межэлектродном пространстве — около 50 мА.
Регулировать процесс электросепарации можно также из менением расстояния между электродами — уменьшая его, увеличивают ток короны, и наоборот. Расстояние между элек
тродами устанавливают в процессе отработай режима сепа рации и не изменяют, как правило, при работе.
Производительность каждой ячейки сепаратора зависит от длины барабана, изменяющейся в разных сепараторах от 800 до 3000 мм, и скорости его вращения. Увеличивая скорость вращения, можно повысить производительность сепаратора, однако качество продуктов сепарации может ухудшиться.
8.3. Трпбоэлектрпческая сепараипя
8.3.1. Обшая характеристика трибоэлектрической сепараиии
Трибоэлектрическая сепарация основана на использова нии трибоэлектрического эффекта и применяется в основном для разделения обладающих низкой электропроводностью ми нералов и веществ с диэлектрическими и полупроводниковы ми свойствами.
Сущностью явления электризации трением является пере ход носителей электрических зарядов от одного контакти рующего тела к другому вследствие различной концентрации в них носителей заряда. Возникающий на границе соприкос новения тел поток электронов или дырок продолжается до установления их равновесной концентрации и выравнивания потенциалов соприкасающихся тел. Направление перехода но сителей зарядов определяется соотношением величин работы выхода электрона контактирующих частиц. При относитель но высоком значении работы выхода электроны приобрета ются и тело заряжается отрицательно, при низком значении
—электроны теряются и тело заряжается положительно.
8.3.2.Способы электрпзаипп
частно при сепараипп
На практике электризация частиц трением осуществляет ся двумя способами:
• многократным соприкосновением всех частиц с поверх ностью транспортирующего лотка или наклонной плоскости, выполняющих роль электризатора. Способ контактной элек-
гризации обеспечивает возможность селективной зарядки пу тем подбора соответствующих электризующих поверхностей, однако из-за необходимости монослойного прохождения ма териала при электризации имеет ограниченную производи тельность;
• контактом частиц минералов между собой при переме шивании их во вращающемся барабане или ином устройстве, обеспечивающем интенсивное соударение. Способ обеспечи вает высокую производительность, но имеет ограниченные возможности регулирования процесса зарядки частиц.
Для изменения электрических свойств минералов при под готовке материала к трибоэлектрической сепарации приме няют:
• термическую обработку, являющуюся основным спосо бом подготовки материала к сепарации, поскольку при ком натной температуре возникающие контактные заряды незначи тельны. Материал перед сепарацией нагревают обычно до 50—300 °С с учетом оптимальной температуры нагрева для каждой пары разделяемых минералов;
• обработку реагентами, сопровождающуюся при их за креплении на поверхности минералов резким изменением концентрации свободных носителей электрического заряда и работы выхода электрона. Селективной физической сорбцией или хемосорбцией реагентов на одном из минералов можно добиться изменения не только величины, но и знака заряда, возникающего на нем при контактной электризации;
• радиационное воздействие, вызывающее активизацию примесных уровней и увеличение концентрации носителей зарядов в зоне проводимости минералов. Например, при об лучении инфракрасными лучами (с длиной волны от 10'6 до 1,5-10 '2 м и интенсивностью 0,7—0,9 В/см2) контактный заряд силикатных минералов увеличивается в несколько раз.
8.3.3. Сепараторы п прпниппы пх работы
Трибоэлектрическая сепарация осуществляется в воздуш ной среде в электрическом поле постоянной полярности, ко торое может быть однородным и неоднородным. Используют
в основном многокаскадные сепараторы барабанного, лотко вого, камерного и трубчатого типов. Зарядное устройство в них часто отделено от сепарирующей области.
В сепараторах (СЭП-1, СЭП-2, СЭС-2000С, «Джонсон», ЭСК-2000) барабанного типа (рис. 8.4, а) разделение происхо дит в электростатическом неоднородном поле постоянной по лярности напряженностью 2—4 кВ/см, создаваемом между металлическим заземленным электродом 1 и цилиндрическим вращающимся (или статическим в виде параллельных дуг) электродом 2, на который подается высокое напряжение (15— 50 кВ).
<sD o V
Проппродукт Концентрат
Рис. 8.4. Схемы многокаскадных трибоэлектрических сепараторов «Джонсон»
(а) и С ТЭ (б)