9. Электрическая сепарация минералов при использовании
пироэлектрического эффекта. Пьезоэлектрический эффект. Диэлектрическая сепарация.
9.1. Пироэлектрическая сепарация.
Эффективным способом изменения электропроводности является термическая обработка минеральных частиц. В отличие от реагентной обработки она воздействует в основном не на поверхностную, а на объемную составляющую электропроводности. При термической подготовке различие в электропроводности может быть достигнуто за счет неодинакового изменения объемной проводимости минералов при нагревании. Характер зависимости между температурой и электропроводностью у различных минералов отличается. Поэтому каждой минеральной паре соответствует оптимальный интервал температуры, при котором имеет место наибольшая разница в их электропроводности. При увеличении температуры заряд частиц, как правило, увеличивается. Температура сепарируемого материала оказывает значительное влияние на величину зарядов трения, так например, заряды частиц кварцевого песка и мрамора, нагретого до 80-900С, выше зарядов холодных частиц в 1,2 ÷ 2,4 раза.
Для некоторых кристаллических диэлектриков температурные колебания приводят к возникновению пироэлектрического эффекта - возбуждению механических напряжений, сопровождающихся локализацией на противоположных краях частицы различных по знаку пироэлектрических разрядов. Возникновение электрических зарядов в кристалле при изменении температуры связано в той или иной мере с пьезоэлектрическим эффектом, вызванным влиянием температурных деформаций на упругие напряжения в кристалле.
Наиболее заметно явление пироэлектрическиго эффекта у кристаллов турмалина. Причем следует заметить, что турмалин поляризован и при обычной температуре. При разломе его кристалла плоскости излома всегда оказываются наэлектризованными. Отсутствие зарядов на поверхности турмалина при обычной температуре объясняется поверхностной электропроводностью.
Для кристаллов, обладающих пироэлектрическим эффектом, характерно отсутствие центра симметрии и двойникового срастания. Такими минералами являются каламин, турмалин, кварц и др.
В промышленных условиях пироэлектрическая сепарация как самостоятельный процесс не применяется, т.к. разница в величине получаемых зарядов не достигает величины, необходимой для эффективного ведения процесса. Тем не менее, для повышения селективности разделения минералов при коронной, коронно-электростатической, электростатической и трибосепарации, исходный материал всегда нагревают.
В лабораторных условиях при использовании пироэлектрического эффекта возможно отделение кварца от слюды, циркона от ильменита, рутила от полевого шпата, слюды от флюорита.
Нагрев материала может производиться в бункере и при облучении его инфракрасным излучением.
На рис. 9.1.1 показана схема пироэлектрического сепаратора.
На барабанном пироэлектрическом сепараторе смесь минералов после нагревания в бункере поступает на вращающийся барабан, охлаждаемый водой. Минералы, склонные к пироэлектрической поляризации, заряжаются при перепаде температур и удерживаются в барабане за счет силы зеркального отображения, вследствие чего выносятся в приемник. Минералы, не подверженные пироэлектрическому эффекту, сбрасываются с барабана центробежной и составляющей силы тяжести. Пироэлектрический способ сепарации вследствие малой производительности и дороговизны промышленного распространения не получил.
Рис. 9.1.1. Схемы пироэлектрического сепаратора.
1 – Бункер; 2 - Паровые нагреватели; 3 - Барабан; 4 - Приемник минералов, обладающих пироэлектрическим эффектом; 5 - Приемник минералов, не обладающих пироэлектрическим эффектом; 6 - Приемник промпродукта.