Д.т.н. Сулейменов О.А.

Таразский государственный университет, Казахстан

Электростатическое облагораживание

минерального сырья

Одним из перспективных направлений электронно-ионной технологии считается электростатическая сепарация, ее наиболее широкими областями применения на практике являются электростатическое облагораживание различных видов минерального сырья и электрообеспыливание [1-3].

В настоящее время в процессе переработки все чаще применяются технологические схемы, включающие электростатическую сепарацию, как самостоятельную операцию, так в комбинации с другими методами. Значительный интерес к электростатической сепарации объясняется тем, что этот процесс, решающий ряд задач переработки минерального сырья, не потребляет воды, экономичен и не приводит к загрязнению окружающей среды.

Электронно-ионные процессы, реализуемые в воздушной среде ( вязкость воздуха составляет 17,3^.10^-6 кг/м ^. с при +5⁰С , что примерно на два порядка меньше, чем у воды ), позволяют успешно разделять тонко измельченное минеральное сырье. Благодаря уменьшению сопротивления среды растет скорость разделения частиц, а также в процесс вовлекаются субмикронные фракции. Воздух, как несущая фаза, инертен ко многим твердым дисперсным материалам.

Большие потенциальные преимущества электростатической сепарации заключается в том, что она является одним из наименее энергоемких среди известных разделительных процессов [4]. Однако, этот вид сепарации не получил еще такого широкого распространения, которое соответствует его потенциальным возможностям. Причиной последнего, в основном, является то, что возможности электростатической сепарации изучены недостаточно и не опробованы по многим видам минерального сырья [1].

Промышленное применение получили в основном два процесса: сепарация по электрической проводимости и трибоэлектростатическая сепарация. Сепарацию по электрической проводимости применяют для разделения минеральных смесей, зерна которых значительно различаются по удельному сопротивлению. Поверхностная электрическая проводимость минералов, в основном, зависит от химического состава и структуры минералов. Процесс заключается в создании на зернах минералов электрического заряда, отличающего по значению или знаку, с последующим пропусканием потока заряженных частиц через электростатическое поле. Разделение происходит путем отклонения траекторий движения заряженных частиц от траекторий, характерных для движения незаряженных частиц при отсутствии внешнего электрического поля.

Трибоэлектростатическая сепарация основана на использовании трибоэлектрического эффекта, т.е. способности минералов приобретать электрический заряд в процессе трения и столкновения. В общем виде явление заключается в следующем. Если электрически нейтральную частицу одного минерала привести в соприкосновение с электрически нейтральной частицей другого минерала или с поверхностью какого-либо твердого материала, затем прервать контакт разъединив их, тогда на обеих соприкасающихся поверхностях возникнут различные по знаку электрические заряды. Поскольку площадь контакта частиц мала, образующийся заряд невелик. При многократном повторении указанного элементарного акта, удается получать плотность поверхностного заряда, достаточную для сепарации в электростатическом поле. Трибоэлектростатической сепарации подвергается минеральное сырье крупностью не более 2 мм.

Рассматриваемые процессы электростатической сепарации можно разбить на два этапа:

-образование на частицах разделяемых минералов электрических зарядов (зарядка);

-изменение траектории движения заряженных частиц в электростатическом поле (разделение).

Предварительная подготовка материала перед сепарацией предусматривает улучшение условий разделения заряженных частиц и изменение в нужном направлении естественных электрических свойств минералов для повышения эффективности зарядки.

Рисунок - Трибоэлектрический способ зарядки

а – контакт частицы с электродом ; в – соударение между частицами .

На практике при трибоэлектростатической сепарации часто используют следующие способы зарядки:

контакт всех разделяемых минералов с электризатором, который обычно выполнен в виде вибролотка, наклонной плоскости или иного устройства, обеспечивающего многократное соприкосновение частиц минералов с его поверхностью в процессе их перемещения (рисунок а);

контакт разделяемых минералов между собой при перемешивании их во вращающемся барабане или ином устройстве, обеспечивающем интенсивное соударение (рисунок в).

Первый способ контактной электризации открывает широкие возможности для селективной зарядки при оптимальном подборе электризующих поверхностей. Однако, при многослойной укладке материала производительность этого процесса ограничена.

Второй способ, наоборот, позволяет обеспечить высокую производительность, но ограничивает возможность регулирования процесса зарядки. В действительности, на практике применяются комбинированные способы зарядки частиц.

За основу механизма контактной электризации принято положение о переходе зарядов от одного контактирующего вещества к другому, в результате различия концентрации в них носителей зарядов. Общая концентрация зарядов в твердом теле, при данной температуре, зависит от его природы, наличия дефектов в структуре кристаллической решетки и состояния поверхности. При контакте двух различных веществ, происходит перераспределение зарядов. Направление перехода носителей зарядов в общем случае определятся соотношением работы выхода электронов контактирующих поверхностей. При разрыве контакта на частицах остаются электрические заряды, которые определяют эффективность процесса сепарации.

Удельный расход электроэнергии в коронно-электростатических барабанных сепараторах СЭС-1000М составляет 3 кВтхч на тонну исходного питания с учетом расходов на транспортировку перерабатываемого материала в самом сепараторе [5]. В трибоэлектростатических сепараторах коронный разряд не используется, поэтому расход электроэнергии на разделительные процессы дисперсных материалов значительно меньше, чем в коронно-электростатических барабанных сепараторах.

В заключение следует отметить, что технология переработки минерального сырья в засушливых регионах может быть значительно упрощена, сводя ее к операциям сушки (при необходимости), сухого измельчения и трибоэлектростатической сепарации.

Литература

1.Ревнивцев В.И. Перспективы развития физических методов переработки полезных ископаемых //В кн. Новые физические методы обработки полезных ископаемых. - Л., 1983. - с. 3-12.

2.Fricke G. Die elektrostatische Aufbereitung von Kalirohsalzen. Kali und Stelnsalz, 1979, v. 7, №12, p. 492-497.

3.Карта М., Феррара Г., Дельфа К. и др. Электрическая сепарация тонкоизмельченных руд во взвешенном состоянии в газовой среде с зарядкой частиц ионизацией и трением // Труды VIII Международного конгресса по обогащению полезных ископаемых. -Л., 1969.- т. 1, с. 115-131.

4.Ревнивцев В.И., Олофинский Н.Ф., Ангелов А.И. Развитие электрической сепарации и ее физических основ //В кн. Физические и химические основы переработки минерального сырья. -М., Наука, 1982.- с.174-178

5. Ангелов А.И., Верещагин И.П. и др. Физические основы электрической сепарации. Под ред. член-корр. АН СССР В.И. Ревнивцева. М.: Недра, 1983.- 271 с.