ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОГАЩЕНИЕ. ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ПРОДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯ.
Цель: Изучение методов электрического обогащения, а так же продуктов обезвоживания обогащения.
План:
1.
Методы электрической сепарации.
2.
Диэлектрическая сепарация.
3.
Обезвоживание.
Ключевые слова: электрические методы обогащения, разделяемость, электросепараторы, электроклассификация, электрическое разделение минералов, электросепарация, обеспылевание, выделение минералогических фракций, диэлектрофорез, диэлектрическая сепарация, диэлектрический сепаратор.
1. Электрические методы обогащения основаны на различных способностях зарядки частиц минералов и разделении их в электрическом или магнитном поле.
К свойствам минералов, определяющим их электрический заряд и разделяемость, относятся: электропроводность, диэлектрическая проницаемость, электризация трением (трибоадгезионный эффект), контактный потенциал и пироэлектрический эффект. Кроме того, существуют пьезоэлектрический эффект, униполярная (детекторная) проводимость кристаллов, которые пока не используются в процессах обогащения.
Электросепараторы применяются для разделения смеси сухих минералов на составляющие компоненты, а так же для разделения по крупности (электроклассификация).
Методы электрической сепарации: (электростатическое поле; частицы заряжаются контактным или индукционным способом); коронный (после коронного разряда; частицы заряжаются ионизацией); диэлектрический (электростатическое поле; незаряженные частицы разделяются под действием пондеромоторных сил); комбинированные: коронно-электрический (поле коронного разряда и электрическое поле; частицы заряжаются ионизацией и другими способами); коронно-магнитный (поле коронного разряда и магнитное поле; частицы заряжаются ионизацией); трибоадгезионный (частицы заряжаются за счет трибоэлектрического эффекта, адгезии и др.).
Лабораторная установка по электростатическому обогащению включает: стандартную высоковольтную установку, применяемую в рентгеновских аппаратах с пультом управления, обеспечивающую возможность создания напряжения до 40 – 60 кВ, и опытный сепаратор, на котором можно ив
Рис.62. Схема устройства для электростатического разделения минералов
широких пределах изменять основные параметры, определяющие процесс электростатического обогащения.
Для минералогического анализа, например при анализе шлихов или классов ситового анализа различных продуктов, можно использовать устройство (рис. XVIII.1), состоящее из медной пластинки 1 размером 90 х120 мм, по углам которой наклеены эбонитовые изоляторы 2 размером 15 х15 мм и высотой 4—5 мм. На изоляторы накладывается эбонитовая пластинка 3 того же размера, что и медная. На эбонитовой пластинке для ее зарядки наклеена медная сетка 4, не доходящая до краев на 5 мм. На медную пластинку насыпают слой зерен испытуемого материала, накрывают эбонитовой пластинкой, сетку которой соединяют с кондуктором электрофорной машины, и, вращая круг машины, заряжают сетку и эбонитовую пластинку до потенциала, при котором хорошо проводящие зерна начнут притягиваться к пластинке. После этого прибор отсоединяют от электрофорной машины, не касаясь медной сетки и кондуктора, и осторожно снимают эбонитовую пластинку с приставшими к ней зернами, не задевая при этом медной сетки, чтобы не разрядить ее при снятии. Опыт можно повторить несколько раз, пока не будут разделены все зерна.
Для подготовки материала к электросепарации в зависимости от характеристики исходного материала и условий его обработки могут применяться: сушка, обеспыливание, классификация по крупности, обработка поверхностно-активными веществами и др.
Подсушка обрабатываемого материала устраняет влияние влажности атмосферного воздуха, стабилизирует поведение сепарируемых частиц и обеспечивает свободное перемещение их в сепараторе под влиянием механических и электрических сил.
Воздушно-сухой материал пропускают через плоскую электропечь, которая монтируется на распределительном лотке сепаратора. В этом случае после прохождения через лоток материал нагревается примерно до 30 – 400С.
Можно пользоваться так же сушильными шкафами (термостатами). При этом обрабатываемый материал, перемешивая, нагревают 7 – 10 минут.
Если различие в электропроводности компонентов обрабатываемых материалов небольшое, на процесс сепарации положительное влияние может оказывать предварительная их классификация по крупности. При этом чем уже классификация частиц, тем легче и по более простой схеме они сепарируются. Кроме крупности исходного материала на процесс сепарации влияет так же разница в плотности. При наличии компонентов с большой плотностью исходный материал, в случае обогащения его на барабанных элекросепараторах, измельчается обычно до крупности не более 3 мм.
Различные сыпучие материалы можно обеспыливать и классифицировать на коронных барабанных и камерных сепараторах.
Эффективность сепарации в меньшей степени определяется свойствами самих материалов (минералов, веществ) и в большей – состоянием их поверхности. Естественное состояние последней можно изменить, например очисткой поверхности частиц и удалением с них некоторых составных частей или образованием поверхностных пленок с помощью реагентов, селективно действующих на различные вещества. Если при очистке поверхности частиц удаляемые составные части не могут улетучиваться, рассеиваться или ошлифовываться, то для очистки требуется перемешивание в пульпе.
Барабанный сепаратор разделяет минералы по их электропроводности. Частицы заряжаются соприкосновением с заряженным металлическим электродом сепаратора и получают одноименный заряд. При этом частицы с большей проводимостью, получающие значительный заряд, отталкиваются от заряженного электрода, а диэлектрики остаются практически незаряженными.
Расхождение траекторий движения электропроводных и неэлектропроводных частиц получается большим, если обрабатываемую смесь предварительно зарядить электричеством противоположного по отношению к электроду знака.
Для этой цели применяют ионизацию острием, лезвием и другими способами. При этом неэлектропроводные частицы, находящиеся на электроде, на который подается соответствующее напряжение, дополнительно заряжаются ионами
одного знака, содержащимися в преобладающем количестве в ионизированном воздухе.
На рис. 63 изображена схема барабанного сепаратора. Диаметр барабана около 200 мм, длина 100—200 мм. Барабан заземляют. Противоположный электрод может иметь самую разнообразную форму: в виде ножа, игл, расположенных в шахматном порядке (в два или больше рядов), или цилиндров различного диаметра.
Питание подается на заземленный барабан, например, лотковым питателем, над которым установлен небольшой бункер. Бункер одновременно может быть сушилкой и подогревателем. Для этого цилиндр бункера окружен обмоткой, питаемой переменным током от электросети и позволяющей доводить температуру внутри бункера до 200—300° С. Необходимое время нагрева определяется опытным путем. Питатель также должен быть заземлен.
Для испытания берется материал не крупнее 1—1,5 мм и не тоньше 70 мкм. Перед обогащением необходима предварительная классификация материала по крупности. Шкалу классификации можно расширить или сузить в зависимости от ряда факторов (продолжительность пребывания в электрическом поле, нагрева перед разделением, изоляции барабана и др.).
При испытаниях устанавливаются следующие параметры: разность потенциалов; расстояние между электродами; скорость вращения барабана; температура подогрева испытуемого материала; крупность материала; производительность на 1 см длины барабана.
В некоторых случаях также нужно испытывать форму электродов, различные материалы для изготовления питающего лотка, поверхности барабана и др. Напряжение регулируют автотрансформатором или потенциометром. Высокое напряжение выпрямляется кенотроном КР-110, от которого напряжение подается на коронирующую систему. Кенотрон питается от специального трансформатора 320/120/12 В.
Рис. 63. Барабанный сепаратор:
1 — бункер; 2 — обмотка для подогрева; 3 — задвижка; 4— воронка; 5—питатель; 6 — пустотелый барабан; 7—заостренный электрод; 8 — приемник; 9 — щетка
В некоторых случаях полезно применить комбинацию электромагнитного и электростатического обогащения. Для этого в барабан электросепаратора из латуни помещают неподвижный, установленный в определенном положении электромагнит, питаемый от источника постоянного тока.
Производительность электросепаратора с барабаном 400хЗОО мм составляет около 10 кг/ч на 1 см длины сепаратора.
Для более ясного представления о распределении минералов при электростатической сепарации приемный ящик под барабаном целесообразно разделить на большее количество секций шириной, например, 1 см (для небольшого барабана диаметром 75 мм) или 2—5 см (для барабанов большого диаметра). Проанализировав каждую фракцию и вычислив извлечение каждого минерала по фракциям, строят график, откладыванию ординате частные проценты извлечения в каждую фракцию, а по абсциссе — расстояние от вертикальной плоскости, проходящей через ось барабана, вправо и влево от нее. Для каждого минерала строится своя кривая распределения. По взаимному положению кривых определяют точку по абсциссе, обеспечивающую наибольшее извлечение в разноименные концентраты.
Описанный метод неудобен тем, что нужно производить большое количество анализов. Поэтому для предварительных исследований можно использовать мономинеральный метод, заключающийся в том, что каждый минерал, входящий в смесь, подлежащую разделению, пропускается на сепараторе в совершенно одинаковых условиях. В данном случае достаточно взвесить минеральный порошок в каждой секции приемного ящика и по результатам построить кривые. Опыт показал, что для минеральных смесей, в которых не происходит поверхностного изменения минералов от их взаимного соприкосновения, результаты, полученные с мономинеральными фракциями и смесью их, почти совпадают.
2. Процесс основан на различии диэлектрических постоянных минералов и используется для минералогического изучения или для выделения минералогических фракций. Промышленное применение в обогащении полезных ископаемых процесс диэлектрической сепарации может иметь при разделении тонкоизмельченных ценных минералов (шламов) в конечных доводочных операциях.
Минералы с различной диэлектрической постоянной помещают в не проводящую электрический ток жидкость, которая имеет диэлектрическую постоянную, промежуточную по величине между диэлектрическими постоянными разделяемых минералов, радиально расходятся.
Минеральные частицы поляризуются, образую диполь, один конец которого обращен в сторону сильного поля, а другой – в сторону слабого. В результате частицы с диэлектрической постоянной более высокой, чем у жидкости, будут двигаться в сторону более интенсивного поля, а частицы с более низкой диэлектрической постоянной – в сторону слабого. Это движение поляризованных частиц в сторону наибольшей интенсивности можно назвать диэлектрофорезом.
В качестве среды можно применить перечисленные в таблице №1 жидкости или их смеси в соотношении, обеспечивающем необходимую величину диэлектрической постоянной. Большинство перечисленных жидкостей летучи и токсичны. Поэтому с ними надо работать в вытяжном шкафу и при температуре не выше 240С.
