6.3. Барабанные коронные электросепараторы

В промышленной практике для доводки черновых концентратов руд редких металлов и других полезных ископаемых применяется в основном этот тип сепараторов. Эти сепараторы более производительны и надежны в работе. Они также могут использоваться и для классификации и обеспыливания материалов.

Барабанные электросепараторы могут применяться для материалов крупностью 4 ÷ 0 мм. Поверхностная влажность не должна превышать 1%. Барабан (заземленный электрод), на который подается исходное питание - металлический, пустотелый, изготовляется из листовой стали толщиной около 5 мм. Поверхность его должна быть гладкой, шлифованной, хромированной (для защиты от износа). Наличие хорошего контакта между частицей (при наличии гладкой поверхности) и поверхностью барабана увеличивает скорость разрядки электропроводных частиц и способствует уносу их с барабана, т.е. создает благоприятные для разделения условия. Причинами плохого контакта могут быть запыленность поверхности барабана (особенно частицами диэлектриков), остроконечная форма сепарируемых частиц.

Питатель должен обеспечивать равномерную подачу материала на барабан с минимальной скоростью, так как от равномерности подачи материала зависят производительность аппарата и качество продуктов сепарации. Частота вращения барабана регулируется от 250 до 500 мин^-1 в промышленных сепараторах, и от 300 до 500 мин^-1 в лабораторных сепараторах.

Коронный разряд происходит между заземленным электродом (барабаном) и коронирующими электродами, установленными параллельно. Коронирующий электрод изготовлен из проволоки диаметром 0,2 ÷ 0,5 мм. Если электродов несколько, то они монтируются на специальном держателе, который устанавливается на раме сепаратора с помощью изоляторов. Коронирующие электроды лучше изготовлять из проволоки минимально возможного диаметра, так как с увеличением диаметра проволоки коронирующего электрода необходимо увеличивать подаваемое на электрод напряжение (см. формулу 4.4.2 и рис. 4.4.1). Основной лимитирующей характеристикой является прочность проволоки на разрыв.

Изоляция всех частей сепаратора, несущих высокое напряжение, рассчитана на рабочее напряжение до 70 кВ. Расстояние между коронирующим электродом и осадительным регулируется в пределах от 20 до 100 мм. В коронных сепараторах между осадительным электродом (барабан) и коронирующим электродом иногда помещает диэлектрик - тонкие фарфоровые трубки, занимающие часть объема электрического поля сепаратора. Диэлектрики заряжаются от коронирующего электрода, искажают электрическое поле у поверхности барабана и интенсифицируют отрыв от него частиц с силой F₂. Величина этой силы зависит от неравномерности напряженности поля, т.е. от величины gradE, т.е. dE/dx которая увеличивается при наличии диэлектриков (см. формулу 2.1.6: F₂= ε₀ *(ε₁’ - 1)*r^3*E*gradE/(ε₁’ + 2)).

Когда электрический сепаратор работает в коронно - электростатическом режиме, то для ионизации воздуха используется коронирующий электрод. Несколько ниже его устанавливается отклоняющий электрод диаметром 25 ÷ 30 мм. Место установки отклоняющего эмпирически электрода выбирают с учетом физических свойств исходного материала.

Приемный бункер, куда разгружаются продукты сепарации, крепится на раме. Он состоит из трех частей - в первый отсек собираются минералы, имеющие высокую проводимость (проводниковая фракция), далее расположен приемник для промежуточного продукта, а затем сборник для непроводников, т.е. частиц, имеющих низкую проводимость. Те частицы, которые не отделились от барабана сами, снимаются щеткой и/или скребком. Распределение продуктов сепарации пo отделениям приемного бункера регулируется делительными плоскостями (шиберами), положение которых можно менять. Пробивное напряжение сепараторов обычно около 80 ÷ 90 кВ. Высокое напряжение, необходимое для питания сепаратора, получают с помощью специальных выпрямительных устройств. Корпус сепаратора заземлен, что делает установку безопасной.

На рис. 6.3.1 показана схема лабораторного коронного барабанного сепаратора конструкции ИГДАН (Институт горного дела Академии наук ) им. А.А.Скочинского.

Рис. 6.3.1.Схема лабораторного коронного барабанного сепаратора конструкции ИГДАН.

1 - Осадительный электрод (барабан); 2 - Коронирующий электрод; 3 - Изолятор; 4 - Загрузочный бункер; 5 - Приемный бункер; 6 - Щетка; 7 - Держатель; 8 - наклонный металлический лоток; 9 - Шибер; 10 - Нагревательные элементы; П - Приемник проводящей фракции; ПП - Приемник промпродукта; ПП - Приемник непроводящей фракции.

Большая часть обрабатываемых материалов нуждается в двух-трех перечистках, поэтому промышленные коронные сепараторы монтируются из нескольких последовательно соединенных между собой по вертикали секций, каждая из которых аналогична описанной выше. Известен промышленный коронный трехсекционный (трехбарабанный) электросепаратор, сконструированный в институте горного дела им. А.А.Скочинского (рис. 6.3.2). Он состоит из трех аналогичных секции, скомпонованных одна над другой.

При помощи делительных плоскостей промпродукт направляется на перечистку в секции, расположенные ниже. В качестве коронирующих электродов используется устройстве из нескольких проволок или тонкостенных трубок диаметром 20 мм с врезанными в них лезвиями толщиной 0,1 мм, направленными в сторону барабана. Электроды закрепляют в держатель параллельно образующей барабана. Диаметры барабанов, изготовленных из стали, 300 - 350 мм, длина - 2000 мм, частота вращения от 30 до 120 мин^-1. Рабочее напряжение, подаваемое на электроды - до 50 кВ, максимальный ток в межэлектродном пространстве около 50 мА. Суммарный расход электроэнергии с учетом мощности на привод барабана - 1,5 кВт*ч. Производительность сепаратора 1,5 - 2 т/ч на 1 м длины электрода. За рубежом выпускаются аналогичные сепараторы "Карпко".

Работа коронных и коронно-электростатических сепараторов регулируется, в основном, изменением режима электрических полей:

-напряжением, подаваемым на коронирующий электрод или коронирующие электроды;

- напряжением, подаваемым на отклоняющий электрод;

- расстоянием от коронирующего и/или отклоняющего электродов до осадительного;

- положением коронирующего и/или отклоняющего электродов относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось осадительного электрода.

Указанные параметры определяют величину напряженности электрического поля и его градиент, т.е. определяют величину электрической силы, действующей на частицу.

На величину центробежной силы, возникающей при вращении осадительного электрода, влияет частота вращения осадительного электрода.

На результаты сепарации, кроме вышеперечисленного, влияет производительность сепаратора, температура нагрева барабана материала, положение делительных плоскостей.

На рис. 6.3.3. приведена схема трехкаскадного коронно - электростатического барабанного сепаратора НИЛ – 1, применяемого для доводки алмазосодержащих гравитационных концентратов. Отличительная особенность – вращающиеся отклоняющие электроды, изготовленные из бакелитовых трубок. Диаметр барабанов – 200 мм, длина – 750 мм, частота вращения – 40 мин^-1. Производительность – около 1 т/(ч*м). На нижних барабанов происходит перечистка непроводниковой фракции.

В промышленности для разделения коллективных редкометальных концентратов крупностью - 0,2 + 0,074 мм наиболее широко применяются сепараторы СЭС-1000 и СЭС-2000. Это быстроходные сепараторы коронно-электростатического типа, отличающиеся друг от друга длиной осадительного электрода и некоторыми конструктивными параметрами. Принципиальная схема коронно-электростатического сепаратора СЭС-2000 и его внешний вид приведены на рис. 6.3.4.

Сепараторы СЭС - 1000 и СЭС – 2000 состоят из отдельных стандартных секций, обеспечивающих сепарацию материала с многократной перечисткой продуктов. Перекидные стенки позволяют направлять продукты с первого и второго каскадов на дальнейшую перечистку. Барабанные электроды диаметром 125 и 150 мм имеют длину соответственно 1000 и 2000 мм. В качестве коронирующих используются электроды игольчатого типа. Отклоняющие электроды выполнены в виде металлических цилиндров диаметром 30 мм. Техническая характеристика сепараторов коронно-электростатического типа приведена в табл. 6.3.1.

Рис. 6.3.2. Промышленный коронный барабанный сепаратор института горного дела им. А.А.Скочинского

1 - Бункер с питателем; 2 - Лоток с насадкой для гашения скорости; 3 - Осадительный заземленный электрод; 4 - Промежуточный бункер; 5 - Коронирующий электрод; 6 - Делительные плосткости (шиберы); 7 – 9 – Приемники; 10 - Электронагревательные элементы.

Рис. 6.3.3. Схема трехкаскадного коронно - электростатического барабанного сепаратора НИЛ – 1.

1 - Бункер с барабанным питателем; 2 - Подогреватель воздуха; 3 - Коронирующий электрод; 4 - Отклоняющие электроды; 5 - Щетки; 6 - Осадительные электроды барабанного типа; 7 - Воздухопровод; 8 - Приемник для непроводящих частиц; 9 - Приемник для проводящих частиц; 10 - Подача воздуха.

Рис. 6.3.4. Схема и внешний вид сепартора СЭС – 2000.

1 – Питатель; 2 - Коронирующий электрод; 3 - Отклоняющий электрод; 4 - Осадительный барабанный электрод; 5 – Отсекатель; 6 - Щетка.

В сепараторах коронно-электростатического типа применяется игольчатый коронирующий электрод или проволочный, выполненный из нихрома диаметром 0,4-0,5 мм, туго натянутого в держателях. Отклоняющий электрод - цилиндр из металла или диэлектрика (эбонитовой трубки, надетой на металлическую трубку). Материал подается на осадительный электрод питателем барабанно-щелевого типа.

Таблица 6.3.1.

Техническая характеристика электрических барабанных сепараторов

Параметры	Типоразмер сепаратора
	СЭС-1000М	СЭС-2000
Диаметр барабана, мм	150	150
Рабочая длина барабана	1000	2000
Частота вращения барабана, мин-1	110 - 520	410, 450, 500
Число каскадов	По необходимости	1 в каждой секции
Диаметр отклоняющего электрода, мм	30	30
Производительность, кг/час.	1500	1870 - 2250
Рабочее напряжение, кВ	До 50	До 20
Максимальная крупность обрабатываемого материала	3	1,5
Потребляемая мощность, кВт:
Для высоковольтного питания	Н.д.	0,75
Для нагревателей	3,4	-
Для привода барабана	Н.д.	1,5 (каждый блок)
Для привода питателя	Н.д.	0,6
Основные размеры сепаратора:
Длина	2950	3615
Ширина	1800	1332
Высота	4112	3922
Масса, т	-	5,7
Температура исходного питания, [0С].	До 120°

Рис.6.3.5. Принципиальная схема коронно - электростатического сепаратора ЭKC-1250.

1 - Питатель; 2 - Барабан питателя; 3 - Осадительный электрод; 4 - Коронирующий электрод; 5 - Отклоняющий электрод; 6 - Щетка; 7 - Приемники 2 - го приема сепарации; 8 - Делительные плоскости (шиберы); 9 - Перекидные стенки; 10 - Проводники; 11 – Непроводники; 12 - Промпродукт.

Рис.6.3.6. Общий вид коронно-электростатического сепаратора ЭКС-1250;

1 - Станина; 2 - Система коронирующего и отклоняющего электродов; 3 - Подогреватель; 4 - Питатель; 5 - Щетка; 6 - Осадительный электрод.