Установки электросепараторов

Электросепарация (электростатическое обогащение) – отделение ценных компонентов от пустой породы разделение смесей, основанное на взаимодействии сильных электрических полей
и электрически заряженных диспергированных веществ.

Применение электросепараций рассмотрим на примере обогащения угля.

Электрический метод обогащения основан на различной проводимости минеральных частиц разного состава. При соприкосновенности с заряженным электродом частицы с большей проводимостью получают большой заряд, а диэлектрики практически остаются незаряженными. Смесь заряженных минеральных частиц подвергается воздействию сильного электрического поля. В электрическом поле на заряженную частицу, помимо сил веса, трения, сопротивления воздуха и инерции, действует сила Кулона, зависящая от величины заряда частицы. Кроме того, имеет место действие пондермоторных сил, вызываемых неоднородностью электрического поля. Однако их действие по сравнению с силой Кулона ничтожно, и при электрическом обогащении может не учитываться. Практически траектория сепарируемых частиц в электрическом сепараторе определяется отношением силы веса частицы и электрической силы Кулона.

Величина силы Кулона, действующей на небольшую заряженную частицу

, (5)

где Е – напряженность электрического поля; – электрический заряд частицы. Эта сила направлена по касательной к силовой линии поля в данной точке.

Вес частицы зависит от ее объема и плотности материала, следовательно, он пропорционален диаметру частицы в кубе. Величина максимального электрического заряда, который может иметь частица, зависит от размера ее поверхности, т.е. пропорциональна диаметру частицы в квадрате. Следовательно, электрическое обогащение эффективно для мелких частиц. Однако наличие весьма тонких пылеватых частиц (менее 30 мкм) в обогащаемом материале нежелательно, так как пыль образует аэрозоль, обволакивает элементы сепаратора и более крупные частицы материала и блокирует действие электрических сил.

Практически эффективное разделение минералов в электрических сепараторах достигается при крупности частиц 0,1-2 мм (иногда до 6 мм).

Электрические заряды на частицах возникают в основном при соприкосновении с заряженными электродами, при трении друг о друга и о поверхности, по которым они движутся, а также при движении в поле коронного разряда.

Электрические свойства минералов зависят даже от незначительных примесей влаги. Поэтому параметры электрического обогащения выбираются в результате опытных исследований применительно к обогащаемому материалу.

На практике наибольшее применение находят два типа электрических сепараторов: электростатический и коронный. В электростатическом сепараторе исходный материал поступает на вращающий барабан, являющийся одним из электродов электрической системы. Электрическое поле создается за счет противостоящего электрода, соединенного с источником высокого напряжения, в то время как барабан и загрузочное устройство заземлены. Зарядившись, частицы падают и подвергаются действию электрического поля.

На (рис. 7)показана схема многоступенчатого электростатического сепаратора с одним противостоящим плоским электродом. Сепаратор применяется для обогащения угольной мелочи (0,1-1,0 мм влажностью до 1 %). При соприкосновении
с барабаном 4 породные частицы заряжаются отрицательно, при падении отклоняются к противостоящему электроду 3 и собираются в приемник 1. Угольные частицы собираются в приемнике 2. В результате сепарации зольность концентрата снижается до
0,5-07 % при зольности исходного до 8 %. Рабочее напряжение сепаратора 35 кВ.

В электрических сепараторах применяются барабаны диаметром 300-400 мм, длиной до 2 м.

Рис. 7. Схема электростатического сепаратора
с противостоящим плоским электродом

В коронном сепараторе (рис. 8) разделение частиц происходит в зависимости от величины электрических сил, удерживающих их на вращающемся барабане 1. Заряженность минеральных частиц электричеством усиливается за счет потока ионов воздуха, движущихся к осадительному электроду от коронирующего электрода 8. Пока частица находится в поле коронного разряда, происходит ее подзарядка и отдача заряда барабану. Барабан сепаратора вращается с частотой 30-300 об /мин.

Поэтому на частицу, кроме электрических сил притяжение
и силы веса, ощутимо действует центробежная сила. Бункер 2, загрузочный лоток 3, барабан 1 и корпус сепаратора заземлены. Перегородки между приемными бункерами 6, имеют регулируемые козырьки 5. Для снятия наиболее плотно удерживающихся на барабане частиц служит вращающаяся щетка 4. Высокое напряжение коронирующему электроду подается через контакт 7.

Рис. 8. Схема коронного сепаратора

Промышленный коронный сепаратор ИГДАН состоит из трех последовательных каскадов с барабанами диаметром 300 мм длиной 2 м. Барабаны пустотелые металлические с полированной хромированной поверхностью. Трубчатые нагреватели, встроенные в барабаны, могут нагревать их поверхность от 320 до 570 К (от 50 до 300 ºC). Коронирующие электроды выполнены из тонкостенных трубок (Æ 20 мм) и врезанных в них лезвий (толщиной 0,1 мм), направленных в сторону барабанов. Рабочее напряжение, подаваемое на электроды – 50 кВ, пробивное напряжение 80 кВ, максимальный ток 50 мА. Суммарный расход электроэнергии (включая привод барабана) – 1,5 кВт ч/т. к.п.д. сепаратора более 95 %. Общая производительность сепаратора до 30 т/ч.

Питание сепараторов осуществляется постоянным током высокого напряжения. Основными элементами системы высоковольтного питания сепаратора являются высоковольтный трансформатор, выпрямитель и регулятор высокого напряжения. Сепараторы могут работать с пульсирующим током высокого напряжения, поэтому в системе питания могут использоваться одно-, двух-, и трех- полупериодные выпрямители.

Для выпрямления переменного тока высокого напряжения
в системах питания электросепараторов рекомендуется применять катодные выпрямители – кенотроны, используемые в рентгеновских установках. Кенотрон представляет собой мощную вакуумную лампу – диод.

На рис. 9 показана схема питания высоковольтного коронного электрического сепаратора с однополупериодным выпрямителем тока при помощи кенотрона. Один конец высоковольтной обмотки трансформатора соединен с анодом кенотрона К, катод которого заземлен, а второй (отрицательный) –
с коронирующим электродом сепаратора Второй электрод сепаратора (металлический барабан) заземлен и таким образом через землю соединен с положительным полюсом высокого напряжения.

Рис. 9. Схема питания высоковольтного коронного
сепаратора

Условием нормальной работы кенотрона является бесперебойный накал катода (от отдельного источника тока через трансформатор накала ) в соответствии с паспортными данными.

Регулирование высокого напряжения обычно осуществляется при помощи автотрансформаторов, установленных в системе питания высоковольтного трансформатора.

Высоковольтная установка монтируется в специальной металлической кабине. Дверь кабины снабжается блокировкой, отключающей напряжение при ее открывании. Подача высокого напряжения в сепаратор осуществляется при помощи трубчатых шин или специального высоковольтного кабеля КВР, применяемого в рентгеновских установках. Все соединения высоковольтных проводников пропаиваются.

Наличие опасного высокого напряжения требует особо тщательного соблюдения правил техники безопасности при обслуживании электросепараторов. При работе коронных электросепараторов кроме того выделяются вредные газы.

Контрольные вопросы

1. Сущность метода электросепарация?

2. Какие существуют схемы установок электросепарации?

3. Где применяется электростатический сепаратор? Какие требования к установкам электростатической сепарации?

4. Где применяется коронный сепаратор? Какие требования к установкам коронной сепарации?

5. Какой ток применяют для установок сепарации? К какой категории потребителей относят установки элетросепарации?

6. Как осуществляется регулирование высокого напряжения в системах с электросепараторами?

7. Для чего в схемах с сепараторами применяют катодные выпрямители?