Д.т.н. Сулейменов О.А.

Таразский государственный университет, Казахстан

Параметры кинетики зарядки частиц в

электронно-ионных процессах

Исследование процессов зарядки и разделения дисперсных твердых материалов в коронно-электростатических барабанных сепараторах целесообразно выполнять на основе теоретических разработок, выполненных применительно к условиям аппаратов улавливания и осаждения мелкодисперсных частиц.

Факторами, влияющими на кинетику зарядки и разрядки частиц во внешнем электростатическом поле, являются удельная проводимость, диэлектрическая проницаемость и форма частиц, а также сопротивление и емкость площади контакта с осадительным электродом [ 1, 2, 3 ].

В процессе ионной бомбардировки частицы непроводников и полупроводников, обладающие меньшей удельной проводимостью, чем ионизированный воздух, приобретают полярность объемного заряда [2]. Одновременно с процессом зарядки, из-за наличия контакта с осадительным электродом, происходит стекание ионов с поверхности частиц. При наличии внешнего электростатического поля стекание заряда с поверхности частицы происходит более интенсивно [4].

Удельная проводимость твердых материалов, в зависимости от их химического состава меняется в широких пределах. Переработка горно-химического сырья, руд редких и цветных металлов, а также других видов полезных ископаемых ставить задачу более детального изучения свойств для большой группы минералов. В частности, при сепарации дисперсных материалов, определяющим является такой параметр, как постоянная времени процесса зарядки-разрядки для каждого вида минералов. Этот параметр определяет кинетические характеристики процесса зарядки и разрядки отдельных частиц, находящихся на осадительном электроде сепаратора. По значениям этих параметров можно реализовать процесс переработки сырья в аппаратах электронно-ионной технологии.

В известных теоретических разработках приводится методика расчета кинетики зарядки частиц в поле стационарного коронного разряда, а также других сопутствующих процессов при отсутствии объемного заряда [2,3, 5-8]. При индукционной зарядке частицы задача представлена [3] в следующем виде: незаряженное тело с диэлектрической проницаемостью ε₁ и удельной проводимостью γ₁, имеющее форму половины трехосного эллипсоида помещается на заряженную проводящую плоскость с большей полуосью в направлении силовых линии внешнего однородного поля.

Частицы полуэллипсоидальной формы с полуосями b и с, удельной проводимостью γ₁, находящиеся на заземленном осадительном электроде в поле ионизированного воздуха (γ₂) приобретают предельный заряд [2]

(1)

где Е_к – напряженность объемного заряда.

Выражение (1) действительно при равномерной напряженности поля в зоне зарядки, а также допускает пренебрежение поверхностной проводимостью частицы и переходным сопротивлением в месте контакта частицы с осадительным электродом. Определяющими параметрами переходного процесса являются постоянные времени зарядки τ_з и разрядки τ_р. С учетом кинетики процесса можно записать

(2)

Процесс свободной разрядки частицы с начальным зарядом q₁ на осадительный электрод, при отсутствии внешнего электростатического поля, происходит по закономерности

(3)

Кинетика разряда частицы с начальным зарядом q₁ при наличии напряжения подпора имеет вид

(4)

Значение заряда, обусловленного напряжением подпора

(5)

На примере реально существующих минералов нами получены их расчетные параметры, которые позволяют сделать следующие выводы:

- постоянная времени разрядки для проводников значительно короче, чем постоянная времени разрядки плохо проводящих частиц;

- для проводниковой частицы при γ₁ » γ₂ постоянная времени зарядки в поле коронного разряда близка постоянной времени ее разрядки.

Литература

1. Попков В.И., Левитов В.И., Бут А.И. Электронная технология. М.: ЦИНТИАМ, 1962.-264 с.

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

3. 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.

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

5. Левитов В.И. Дымовые электрофильтры. Под общ. ред. М.: Энергия. 1980. - 448 с.

6. Пашин М.М. Заряд проводящего эллипсоида, находящегося в электрическом поле с объёмным зарядом //Труды МЭИ.: ТВН. -М., 1965. - вып. 64, с.231-244.

7. Osborn J.A. Demagnetizing factors of the general ellipsoid. Phys. Rev., 1945, vol. 67, N 11 - 12

8. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Физматгиз. 1957.