Д.т.н. Сулейменов О.А.

Таразский государственный университет, Казахстан

РАСЧЕТ КУЛОНОВСКИХ СИЛ В МОНОДИСПЕРСНОМ

СЛОЕ УНИПОЛЯРНО ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Сила взаимодействия двух зарядов q₁ и q₂, расположенных на расстоянии r в воздушной среде (e=1) вычисляется по известной зависимости

Нетрудно определить, что для двух контактирующих между собой диэлектрических частиц с эквивалентными радиусами r_экв1 и r_экв2 расчетное значение r определится как

r = r_экв1 + r_экв2

Расчеты производились для частиц одинаковых размеров, расположенных также в ряд. Полученные результаты приводятся на графике, показанной на рисунке.

Значение трибоэлектрических зарядов частиц в зависимости от их эквивалентных радиусов получены методом регистрации траектории частиц минералов. В итоге имеем все составляющие силы, действующие на пятую частицу, суммарное значение которых определяется как

å F₅ = F_1®5 + F_2®5 + F_3®5 + F_4®5

В то же время существуют противоположные по направлению силы

F_1¬5, F_1¬4, F_1¬3 и F_1¬2,

воздействующие на первую частицу. Крайние частицы ряда испытывают отталкивающее усилие от всех остальных составляющих слоя. При этом все частицы ряда, по условию электрической сепарации, имеют заряды одного знака. На промежуточные частицы слоя воздействуют силы в двух направлениях. Например, на частицу 4 в положительном направлении воздействуют F_1®4, F_2®4 и F_3®4. А сила воздействия пятой частицы F_4¬5 направлено встречно к остальным. Таким образом, направление силы, действующей на средние частицы слоя, определяется разницей суммарных усилий справа и слева. В конкретно заданных условиях реального слоя, это усилие определяется размерами зерен и значениями трибоэлектрического заряда на их поверхности.

Распределение электростатических сил между частицами одинакового диаметра носит симметричный характер (рисунок). Крайние частицы 1 и 5 испытывают одинаковые, отталкивающие от центра слоя кулоновские силы.

Рисунок

Для частицы 5 они создают дополнительное прижимающее усилие к электроду сепаратора. Отталкивание частицы 1 от остальных может явиться началом разрушения слоя на электроде. Исчезновение крайней частицы вызывает перераспределение кулоновских сил в слое и приводит в действие поэтапный механизм разрушения частиц слоя. Равновесие кулоновских сил наступает в геометрическом центре слоя, т.е. на частице 3. Сравнение полученных графиков распределения кулоновских сил в слое заряженных частиц фосфата и кварца позволяет предположить, что легче с электрода осыпается слой из зерен с одинаковыми или близкими размерами.

Следует отметить, что при отсутствии внешнего электростатического поля слой униполярно заряженных частиц склонен к самообрушению

благодаря кулоновским силам, существующим между частицами. Для этого, по-видимому, необходимо создать условия кратковременного отключения рабочего напряжения или смены полярности, а также создать конструкции электростатических сепараторов, позволяющих эффективный съем осевшего материала с электродов.

По мере увеличения суммарной массы m частиц сепарируемого минерального сырья на осадительных электродах происходит периодическое самоосыпание слоя под воздействием силы mg. Остаточный слой не столь значительно влияет на напряженность электростатического поля в

межэлектродном пространстве. Тем не менее существуют дополнительные способы доочистки электродов механическими способами.

В трубчатых электростатических сепараторах свободного падения и коронно-электростатических барабанных сепараторах применяются щеточные механизмы, которые располагаются с тыльной стороны осадительных электродов, где электростатическое поле отсутствует . При вращении осадительного электрода происходит полная очистка его поверхности от осевшего материала. Известны случаи применения, в место щеток , коронирующих электродов , нейтрализующих заряд осевших частиц, удерживаемых силой, обусловленной остаточным зарядом на этих частицах.

Встряхивание вдоль плоскости осадительного электрода является эффективным способом очистки в промышленных электрофильтрах и электростатических сепараторах свободного падения с пластинчатыми электродами. В пневмоэлектростатических сепараторах очистка электродов производится при обдуве их поверхности рабочим воздушным потоком внутри сепарационной камеры.