7.4. Исследование процесса трибоэлектростатической сепарации на пластинчатых электросепараторах.

Недостатками эксплуатации коронно - электростатических сепараторов ЭКС-1250 и СЭС-2000 является необходимость частой замены щеток (раз в 5-10 дней), что требует значительных затрат ручного труда. Существенным также является расход электроэнергии на вращение осадительного электрода.

В1978 г. на Верхнеднепровском горно – металлургическом комбинате (Украина) было выполнен цикл исследований по замене сепараторов ЭКС-1250 и СЭС-2000 на трибоэлектростатический пластинчатый сепаратор ПЭСС. Исследование показало высокую эффективность сепарации коллективного гравитационного концентрата, содержащего циркон, рутил, ильменит, лейкоксен, ставролит, дистен, силлиманит, турмалин, хромит.

Испытания по технологическим показателям и разработке конструкции проводили сотрудники опытной фабрики Верхнеднепровского горно – металлургического комбината под руководством начальника фабрики А. Г. Тищенко. Исследования также проводились сотрудниками ЦЗЛ комбината под руководством начальника ЦЗЛ В. М. Герусова, а также сотрудниками обогатительной фабрики при активном участии главного обогатителя комбината Белоглазова.

Эффективность сепарации на исследуемом сепараторе ПЭСС составляла 90-94 %.

При проведении исследований по оптимизации параметров трибоэлектростатического сепаратора ПЭСС было установлено, что для разделения коллективного гравитационного концентрата лучшей формой отклоняющего электрода следует считать клинообразную с закругленным задним торцом (см. рис. 7.3.3).

Оптимальные геометрические и физические параметры отклоняющего электрода следующие:

Расположение над подготовительной пластиной:

- расстояние от пластины на входе материала - 33 мм,

- расстояние от пластины на выходе материала - 24 мм.

Длина части отклоняющего электрода, расположенной над подготовительной пластиной - 125 мм.

Общая длина отклоняющего электрода - 200 мм.

Угол наклона отклоняющего электрода 38⁰ – 42⁰.

Процесс сепарации наиболее эффективно протекает на подготовительной пластине из графитопласта. Отклоняющий электрод (3) следует заряжать отрицательно, противоэлектрод (4) положительно, подготовительная пластина должна заземляться.

Температура сепарируемого материала должна находиться в пределах 80 – 100⁰. Напряжение на электродах 18 - 20 кВ, нагрузка 1,5 т/ч на метр ширины питания.

Циркулирующая нагрузка, т.е. промпродуктовая фракция при эксплуатации сепараторов ЭКС-1250 составляла 60 % при эффективности разделения 87,1 %. После установки пластинчатого сепаратора ПЭСС циркулирующая нагрузка снизилась до 41,6 % при эффективности разделения 91,4 %. Проводниковая и непроводниковая фракции получаются более качественными.

Конструкция пластинчатых сепараторов значительно проще, чем у коронно – электростатических. Пластинчатые сепараторы имеют более низкою стоимость содержания и обслуживания. Экономнее используются производственные площади и внутрифабричный транспорт. Сокращается количество выпрямительных установок. Из-за отсутствия вращающихся частей выше удобство обслуживания.

Наибольшее значение для показателей разделения имеют размер, форма и расположение электродов, т.е. оптимизация конструкции.

Частицы, двигаясь по лотку, приобретают определенные трибозаряды, величина которых зависит от материала лотка, его длины, скорости перемещения частиц по лотку, т.е. (косвенно) от угла наклона лотка.

Материал заземленного электрода (лотка) подбирался путем систематических исследований. Были испытаны: графитопласт, титан, сталь, нержавеющая сталь, оцинкованное железо, латунь, алюминиевый сплав АМГ, винипласт. Оптимальная длина лотка также определялась благодаря систематическим исследованиям. Лучшие результаты были получены при длине пластины, равной 400 мм, однако по конструктивным соображениям была взята длина пластины - 200 мм, поэтому одним из путей дальнейшего улучшения сепарации является увеличение длины пластины.

Наилучший показатель эффективности как по проводниковой фракции (60,2 - 61,3 %), так и по непроводниковой (56,4 - 54 %) был получен при угле наклона лотка 38⁰.

Экспериментально была определена также оптимальная форма и размеры отклоняющего электрода - цилиндрический, клиновидный, пластинчатый. Лучшие результаты были получены при клиновидной форме электрода. Эффективность сепарации достигала 56,0 - 60%. В случае применения электродов другой формы она была заметно ниже и не превышала 35%.

При подаче на отклоняющий электрод высокого напряжения, между электродами образуется электростатическое поле, в котором частицы диэлектрика дополнительно поляризуются за счет индукции, в результате чего образуются диполи. Градиент напряженности поля стремится к нулю, поэтому воздействие электрических сил на диполи отсутствует.

Как было указано выше, проводящие зерна в электростатическом поле, из-за эффекта индукции превращаются в электрические диполи. Индуцируемая часть их заряда зависит от знака потенциала, поданного на заземленную пластину. Наведенная часть заряда с полярностью, противоположной приложенному напряжению, остается, как истинный заряд. На него действует направленная к отклоняющему электроду кулоновская сила.

Результаты испытаний показали, что наилучшее показатели сепарации получаются при отрицательней полярности отклоняющего электрода и положительной полярности противоэлектрода.

Производительность - 1,5 т/час на один м ширины питания при температуре материала 80 – 100⁰С.

Напряженность электростатического поля оказывает существенное влияние на результаты, если отклоняющий электрод по отношению к заземленному электроду (лотку) расположен под каким-либо углом и поэтому расстояние между электродами на входе материала в зону индукции и на выходе различное, т.е. создается неоднородное электрическое поле. Величиной градиента напряженности определяется электростатическая сила, способствующая отрыву и отклонению частиц.

В однородном поле с увеличением напряженности поля на входе и выходе с 600 до 1000 кВ/м возрастает выход проводниковой фракции при улучшении ее качества. При напряженности поля свыше 1000 кВ/м выход продуктов возрастает, но качество их значительно ухудшается.

В неоднородном электростатическом поле результаты сепарации получаются удовлетворительными лишь при постепенном увеличении напряженности поля по направлению движения частиц.

Из результатов, приведенных в таблице 7.4.1 следует, что сепаратор типа ПЭСС при переработке продуктов ВДГМК имеет значительные технико-экономические преимущества.

Следует еще раз отметить, что сепараторы типа ПЭСС по сравнению с сепараторами ЭКС-1250, СЭС-1000 и СЭС-2000 значительно сокращают внутризаводской транспорт, т.к. 64 сепаратора ЭКС - 1250 заменены на 2 сепаратора ПЭСС (из 88 ячеек каждый). Они имеют меньшие перепады температур т. к. исходный черновой концентрат после сушки элеватором подается на верхний блок питания и далее шнековыми питателями подается на две нитки сепараторов, т. е. 11 блоков, поставленных друг на друга. Общее число блоков достигает 88 шт.

Таблица 7.4.1.

Технологические режимы сепарации титано - циркониевых минералов на сепараторе ПЭСС.

Продукт	Угол наклона, град	Зазоры между отклоняющим электродом и пластиной, мм	Ток, мА	Напряжение, кВ	Примечание
Коллективный концентрат	38 38	33 - 24 33 - 24	80 – 100	18-20 18-20	Полярность отклоняющего электрода отрицательная, противоэлектрода – положительная. Материал пластин - графитопласт «АТМ-1» Длина заземленного электрода 200 мм, удельная нагрузка 1,5 т/час м.
Рутиловый продукт	38 - 42	33 - 24	60 - 80	20
Черновой цирконовый концентат	38	33 - 24	100	18
Черновой дистеновый концентат	45	33 - 24	70 - 75	20

Таблица 7.4.1.

Сравнительные технико-экономические показатели сепараторов.

Сепаратор		ЭКС - 1250	СЭС - 2000	ПЭСС
Удельная производительность на единицу занимаемой производственной площади.	т/м2 час	0,565	1,10	2,2
Вес оборудования на 1 т сепарируемого продукта в час.	т/т час	1,65	1,21	0,8
Удельный расход электроэнергии на 1 т сепарируемого продукта.	кВт*час/т	1,72	1,2	0,04
Относительная стоимость оборудования на 1 т сепарируемого продукта.		7,93	6,03	1,0