Д.т.н. Сулейменов О.А.

Таразский государственный университет, Казахстан

АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ЗАРЯДКИ ТВЕРДЫХ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ В КОРОННО-ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ СЕПАРАТОРАХ

Анализ процессов зарядки и разделения сыпучих и тонкоизмельченных материалов в коронно-электростатических барабанных сепараторах целесообразно выполнять на основе теоретических разработок, выполненных применительно к условиям аппаратов улавливания и осаждения тонкодисперсных частиц.

В отличие от других аппаратов ЭИТ, в коронно-электростатических барабанных сепараторах процессы зарядки и разрядки частиц осуществляются непосредственно на заземленной проводящей поверхности – осадительном электроде. Процессы зарядки частиц во взвешенном состоянии и на осадительном электроде существенно отличаются. Электрической сепарации подвергается материал, измельченный до крупности раскрытия зерен минералов, что обычно крупнее 3 мкм.

Зарядка в поле коронного разряда коронно-электростатических барабанных сепараторов производится при средней напряженности поля 3×10⁵ – 6 ×10⁵ В×м^-1 и при малых расстояниях между высоковольтными и осадительными электродами (1×10^-2 – 3×10^-2 м). Малое расстояние между электродами и различная форма самих электродов (осадительный и отклоняющий электроды представляют из себя цилиндры разного диаметра, коронирующий электрод - игольчатый) приводят к созданию в межэлектродном пространстве резко неоднородного поля. Время зарядки частиц в коронно-электростатических барабанных сепараторах в зависимости от скорости вращения осадительного электрода составляет 0,02-0,Зс /1, 2/.

Зарядка частиц, равномерно уложенных на осадительном электроде, производится ионной бомбардировкой со стороны коронирующего электрода. Величина избыточного заряда, сообщенного в коронном разряде, определяется электрическими свойствами частицы и переходным сопротивлением ее контакта с осадительным электродом. Из-за наличия контакта с последним, зарядка частиц в поле объемного заряда сопровождается непрерывной подзарядкой в той или иной степени от осадительного электрода, что равносильно стеканию заряда частицы, сообщенного ионизацией. Для проводящих частиц величина избыточного заряда, накопленного в поле коронного разряда, определяется разницей приобретенного, в результате ионной бомбардировки, и стекшего на осадительный электрод зарядов. При напряженности поля 3×10⁵-4×10⁵В×м^-1 частицы высокой проводимости порядка 10^-4-10⁴Ом^-1×м^-1 (касситерит, сульфиды, гидроокислы железа и др.), при наличии хорошего контакта с осадительным электродом приобретают индукционный заряд. При благоприятных условиях это приводит к отрыву частицы от поверхности осадительного электрода еще в зоне зарядки. В некоторых случаях эти частицы снова возвращаются на осадительный электрод под воздействием объемного заряда.

Напротив, плохо проводящие частицы с удельной проводимостью 10^-12 –10^-20 Ом^-1×м^-1 (плагиоклазы, слюды, кварц и др.) в поле коронного разряда приобретают значительный избыточный заряд, благодаря их малой скорости разрядки. Под действием кулоновской силы эти частицы закрепляются на осадительном электроде.

Наличие в сепарируемом материале проводящих частиц, даже в небольшом количестве, приводит к появлению частых искровых пробоев в коронирующем промежутке, что в свою очередь ведет к резкому возрастанию потребляемого тока и возникает опасность перехода искровых пробоев в дуговой разряд. Поэтому электрическую сепарацию в поле постоянного напряжения производят при напряженности поля коронного разряда в пределах 3×10⁵-6×10⁵В×м^-1 (для электрических сепараторов с игольчатым коронирующим электродом).

Согласно известной теории /3/, частицы непроводников и полупроводников, обладающие меньшей объемной проводимостью, чем ионизированный воздух, в процессе ионной бомбардировки приобретают избыточный заряд от объемного заряда.

После зарядки в поле коронного разряда частицы попадают во внешнее электростатическое поле сепаратора. Процесс стекания (разрядки) избыточного заряда и индукционная зарядка во внешнем электростатическом поле определяются сопротивлением контакта частица – осадительный электрод. Поэтому эти процессы имеют одинаковую постоянную времени.

На кинетику зарядки и разрядки частиц во внешнем электростатическом поле влияют объемная проводимость, диэлектрическая проницаемость и форма частиц, а также сопротивление и емкость площади контакта с осадительным электродом / 1, 3, 4 /.

Между отклоняющим и осадительными электродами создается внешнее электростатическое поле. Частицы, имеющие избыточный заряд, приобретенный от объемного заряда, испытывают кулоновскую силу, пропорциональную величине запасенного ими заряда. Она направлена к осадительному электроду, поэтому удерживает частицу на его поверхности. В тоже время, из-за наличия контакта с осадительным электродом, частицы подвергаются к разрядке, т.е. электростатическое поле стремится освободить частицу от заряда и интенсифицирует стекание заряда с поверхности частицы /5/.

Во время воздействия внешнего электростатического поля они испытывают, кроме силы зеркального отображения, кулоновскую силу, которая их еще сильнее прижимает к осадителъному электроду. Для мелких фракций сепарируемого материала увеличивается сила адгезии /6/.

Непроводники, из-за малой объемной проводимости, во внешнем электростатическом поле разряжаются достаточно долго, чаще сохраняют приобретенный в поле коронного разряда заряд до конца цикла электрической сепарации.

Некоторые полупроводниковые частицы во внешнем электростатическом поле успевают полностью разрядиться и, более того, приобретают индукционный заряд от осадительного электрода, пропорциональный величине напряженности поля. Другими словами, происходит перезарядка частицы, вследствие чего кулоновская сила, воздействующая на частицу, меняет направление. Это является одним из основных причин засорения продуктов сепарации.

Литература

1. Олофинский Н.Ф. Электрические методы обогащения. М. Недра, 1977, с. 519.

2. Месеняшин А.И. Электрическая сепарация в сильных полях. М. Недра 1978, 175 с.

3.И.П. Верещагин, В.И. Левитов, Г.З. Мирзабекян, М.М. Пашин. Основы электрогазодинамики дисперсных систем. М., Энергия, 1974,с. 480.

4.Джуварлы Ч.М., Вечхайэер Г.В., Штейншрайбер, В.Я. Трехосный диэлектрический элипсоид в электрическом поле при учете проводимости. - Изв. АН СССР, Энергетика и транспорт, 1969, №- I, с. 158-162.

5.Подкосов Л.Г. Интенсификация процесса электрической сепарации тонкозернистых редкометальных концентратов. Цветные металлы, 1963, №. I. c. II-15.

6 . Зимон А.Д. Адгезия пыли и порошков. - М., Химия, 1967,с. 424.