Изучить материалы лекции, изобразить эскизы сепараторов, изучаемых в лекции. Подготовиться к дискуссии по темам семинаров

ЛЕКЦИЯ №17.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОГАЩЕНИЕ. ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ПРОДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯ.

Цель: Изучение методов электрического обогащения, а так же продуктов обезвоживания обогащения.

План:

Методы электрической сепарации.

Диэлектрическая сепарация.

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.