7.2. Барабанные трибоэлектрические сепараторы.

На рис. 7.2.1 показана схема многокаскадного трибоэлектростатического барабанного сепаратора «Jonson».

В СССР на базе коронно – электростатического сепаратора СЭС – 1000 М были разработаны секционные барабанные трибоэлектростатические сепараторы СЭП – 1 (шесть блоков электродов) и СЭП – 2 (восемь блоков электродов). В каждом из блоков электродов размещены барабанный заземленный и трубчатый отклоняющий электроды, щетка, плоскости для трибозарядки частиц сепарируемых материалов, отсекатель, желоба. Блоки компонуются в две параллельные технологические нитки. Область применения сепараторов СЭП – отделение плагиоклаза от микроклина, слюды от кварца и полевого шпата и др.

На базе коронно – электростатического сепаратора СЭС – 2000 разработан барабанный трибоэлектростатический сепаратор СЭС – 2000 С.

Он отличается от СЭС – 2000 плавной регулировкой частоты вращения заземленного барабана, повышенным с 20 кВ до 50 кВ напряжением на электродах и наличием плоскостей для заряжания частиц. Собирается из 11 блоков электродов. Применяется для обесшламливания калийных руд на комбинате «Беларуськалий».

7.3. Камерные трибоэлектростатические сепараторы

Весьма перспективны камерные трибоэлектростатические сепараторы. Они проще по конструкции, чем барабанные, т.к. в них отсутствуют движущиеся части или их количество сокращено. Их производительность на единицу занимаемой площади весьма высока, но для их установки требуется значительная высота помещения.

В рабочей зоне сепаратора материал падает свободно (рис. 7.3.1). Частицы минералов заряжаются при движении по нагретому лотку (или вибролотку), изготовленному из меди, латуни, стали, графита и др. материалов в зависимости от трибоэлектрических свойств минералов в разделяемой смеси. Через направляющее устройство частицы поступают в промежуток между электродами, на которые подается высокое напряжение (до 125 кВ). Напряженность равномерного поля в межэлектродном пространстве – до 3 ÷ 4 кВ/см (300 ÷ 400 кВ/м), что приблизительно в 7 ÷ 10 раз ниже пробивной прочности сухого воздуха.

Рис 7.2.1. Схема многокаскадного трибоэлектростатического барабанного сепаратора «Jonson».

1 - Барабанные заземленные электроды. Диаметр 75 мм, длина 2400 мм. Частота вращения 35 – 60 мин^-1. Материал – медь, латунь или нержавеющая сталь в зависимости от состава сепарируемого материала.

2 - Противостоящие (отклоняющие) электроды. Диаметр 25 мм. Частота вращения 75 мин^-1. Материал – латунь. Напряжение, подаваемое на отклоняющие электроды – от 15 до 18 кВ, знак – в зависимости от состава сепарируемого материала.

Производительность сепаратора – 1 ÷ 2 т/(ч*м).

Крупность обрабатываемого материала от 0,1 до 1,7 мм.

Применение – разделение полевых шпатов и кварца, фосфоритов, вермикулита и др.

Схема трибоэлектрического камерного сепаратора с сегментными электродами из алюминиевых труб диаметром 76 мм, отстоящих друг от друга на расстояние 25 мм, дана на рис. 7.3.1 б.

Ширина сегментных электродов сепаратора 1,5 м, высота 2,5 м. Расстояние между электродами вверху – 0,25 м, внизу 0,9 м. Рабочее напряжение, подаваемое на электрод, около 70 кВ. Крупность питания до 2,4 мм.

Рис.7.3.1. Схемы трибоэлектрических камерных сепараторов.

а. Принципиальная схема.

б. Схема двухсекционного промышленного сепаратора.

в. Схема трехсекционного промышленного сепаратора с пластинчатыми электродами.

1 – Вибролоток; 2 - Направляющее устройство; 3, 4 – Электроды; 5 - Отклоняющие перегородки; 6, 7, 8 - Приемники продуктов сепарации; 9 - Элеватор; 10 - Подогретый исходный материал; 11 - Высоковольтный агрегат.

Одним из недостатков, свойственных камерным трибоэлектрическим сепараторам свободного падения, является необходимость очистки пластинчатых электродов от пыли, т.к. пыль способствует возникновению обратной короны, что нарушает сепарацию. Одна из конструкции сепаратора свободного падения, лишенная этого недостатка, используется в калийной промышленности Германии (рис. 7.3.2).

Рис. 7.3.2. Сепаратор свободного падения с трубчатыми самоочищающимися электродами. Применяется для сильвин – галитовой руды.

а – вид сбоку, б – вид сверху.

1 - Бункер; 2 - Верхнее шарнирное крепление; 3 - Привод; 4 - Трубы; 5 - Щетки; 6 - Нижнее шарнирное крепление; 7 - Приемник; 8 – Шиберы.

Напряжение на электродах 100 – 125 кВ; напряженность поля до 5 кВ/см; ток около 1 мА; длина сепаратора до 10 м.

Несмотря на большее распространение барабанных сепараторов, в некоторых случаях успешно применяют пластинчатые электросепараторы. На рис. 7.3.3. показана схема устройства одной ячейки камерного сепаратора ПЭСС, разработанного на Верхнеднепровском горно-металлургическом комбинате (ВДГМК, Украина) для доводки коллективного концентрата.

Нагретый до 80 – 120 ⁰С концентрат поступает через питатель на пластинчатый заземленный электрод 2, выполненный из графитопласта. Двигаясь по нему, частицы различных минералов приобретают различные по знаку заряды за счет трибоэлектрического эффекта. Далее они попадают в пространство между электродами 3 и 4, подключенными к разноименным полюсам высоковольтного источника питания. Частицы минералов приобретают дополнительно индуктивный заряд, причем проводники – больший заряд, чем диэлектрики.

Проводники отклоняются к верхнему электроду 3 и далее попадают в приемник 6, диэлектрики отклоняются к нижнему электроду 4 и далее попадают в приемник 7.

Таким образом, конструкция сепаратора ПЭСС по способу зарядки частиц относится к комбинированному типу, т.к. частицы получают заряд как за счет трибоэффекта, так и за счет индукции.

Достоинством сепаратора ПЭСС является также отсутствие движущихся частей. Недостатком – ограниченная область применения (для определенных типов смесей минералов).

Установка на ВДГМК двух сепараторов ПЭСС (88 ячеек в сепараторе включены по параллельно – последовательной схеме) позволило заменить 64 коронно – электростатических сепаратора ЭКС – 1250 (см. раздел 7.4).

На ВДГМК для получения дистен - силлиманитового концентрата из продукта, содержащего 30 – 40% кварца и 50 – 60% дистен – силлиманита применяют трибоэлектростатический камерный сепаратор СТЭ (рис. 7.3.4).

Частицы в сепараторе СТЭ заряжаются на заземленных латунных плоскостях. На алюминиевый отклоняющий электрод подается напряжения до 20 кВ, производительность сепаратора до 6 т/ч при крупности материала – 0,3 ÷ 0,074 мм, ширина фронта питания 2000 x 2 (двухсекционный). Рабочая длина электродов – 2000 мм, расстояние между электродами можно изменять до 200 мм, угол наклона латунных плоскостей – 35 – 45⁰. Из исходного продукта, содержащего дистен, силлиманит, кварц и прочие минералы (циркон, рутил, ставролит, турмалин) получают кондиционный концентрат с 89-92% дистен - силлиманита при извлечении 92-95%.

На разделение материалов в трибоэлектростатических сепараторах оказывают влияние условия электризации (температура нагрева материала, питателя, способ и время контактирования разделяемого материала с материалом лотка, свойства последнего и рабочей среды, реагентная обработка и др.), гранулометрический состав, удельная производительность и электрические параметры процесса. Размер и конфигурация электродов определяется, в основном, свойствами сепарируемых материалов, их крупностью, способом введения в электростатическое поле и напряженностью последнего. При обогащении нагретой фосфоритной руды ее компоненты хорошо электризуются на графитизированном лотке. При этом фосфорит приобретает положительный заряд, а кварц – отрицательней. Ниже приведены высота электродов и напряженность электростатического поля при различной крупности питания

Крупность питания, мм	Высота электродов, м	Напряженность электростатического поля, кВ/м
-0,15	1,0	100 ÷ 150
-0,25	1,5	250 ÷ 300
-0,5	2,0	300 ÷ 400
-1,0	2,5	300 ÷ 400

Рис. 7.3.3. Схема ячейки пластинчатого электростатического сепаратора ПЭСС.

1 - Питатель самотечного типа; 2 - Пластинчатый заземленный электрод (l = 1500 мм); 3 - Верхний высоковольтный электрод; 4 - Нижний высоковольтный электрод; 5 - Изолятор; 6 - Приемник проводящих частиц; 7 - Приемник диэлектриков; 8 – Отсекатель.

Габаритные размеры для блока из 88 ячеек:

длина – 4500 мм; ширина – 2000 мм; высота – 11600 мм.

Масса – 7,5 т.

Крупность питания – 1 + 0,074 мм.

Рис. 7.3.4. Трибоэлектростатический лотковый сепаратор СТЭ.

1 - Питатель самотечный; 2 и 3 - Заземленные наклонные латунные плоскости для электризации и стратификации материала; 4 - Электрод латунный заземленный, l = 2000 мм; 5 - Электрод алюминиевый отклоняющий (находится под напряжением до 40 кВ); 6 – Отсекатели.

Габаритные размеры:

длина – 2890 мм; ширина – 2120 мм; высота – 4610 мм.

Масса – 5,4 т.

Крупность питания – 1 + 0,074 мм;

Производительность до 6 т в час;

Установочная мощность 0,5 кВА.

Оптимальная температура электризации - 140 ÷ 180⁰С, а оптимальная температура сепарации - 100 ÷ 120⁰С. Лучшие результаты получаются при обработке питания, обеспыленного по классу 0,05 ÷ 0,07мм.

На трибоэлектрических сепараторах можно разделять смеси таких минералов, как кварц - кальцит, кварц - полевой шпат, нефелин - апатит.

Следует отметить, что область использования трибозарядов довольно ограничена, т.к. значительные положительные и отрицательные заряды за счет трибозаряжания получают лишь немногие минералы. Однако, когда обогащаемые материалы состоят из компонентов, получающих значимые заряды, процесс сепарации протекает весьма эффективно и устойчиво.

Природные пески и другие минеральные комплексы не могут обогащаться трибоэлектрическим методом, если на частицах различных минералов имеются пленки одного состава, образовавшиеся, например, путем воздействия на частицы грунтовых минерализованных вод. В связи с этим при обогащении таких песков основное внимание должно уделяться предварительной очистке их поверхности.

Для трибоэлектростатической сепарации крупность материала должна быть от 2,0 до 0,1 мм. Лучшие результаты получаются при переработке классифицированного материала.

Процесс трибосепарации при обогащении песков месторождений редких металлов и продуктов их обогащения в сочетании с процессами электромагнитной сепарации, электростатической сепарации и сепарации в поле коронного разряда позволяет повысить комплексность извлечения ценных компонентов.