Д.т.н. Сулейменов О.А.

Таразский государственный университет, Казахстан

Конструкция высоковольтных электродов пневмоэлектростатических разделителей

Разработка и усовершенствование водосберегающей технологии переработки минерального сырья является актуальным стратегическим вопросом в развитии перерабатывающей промышленности в регионах с ограниченными водными ресурсами. Одним из перспективных процессов сухой переработки дисперсных твердых материалов считается применение аппаратов электронно-ионной технологии [1].

Проведены исследования кинетики зарядки частиц кварца и фосфата, находящихся в контакте с одним из электродов, создающих электростатическое поле в разделяющих аппаратах (сепараторах) пневмоэлектростатического типа [2]. Разрядка на осадительный электрод и индукционная зарядка в электростатическом поле происходит в одинаковых условиях. Согласно [1], для частиц с удельной проводимостью g₁ и диэлектрической проницаемостью e, имеющих контакт с электродом, при равенстве постоянных времени частиц t_з и t_р, имеем

t_з = t_р = e_о [ d_а (- 1) + 1 ] g₁^-1 d_а^-1

где d_а – коэффициент деполяризации.

Предельное значение индукционного заряда частиц ограничивается выражением

q_инд = a b e_о p E_п d_а^-1

где a, b – полуоси частицы эллипсоидальной формы;

E_п – напряженность электростатического поля на поверхности электрода.

Кинетика перезарядки частицы с начальным трибоэлектрическим зарядом q_нач определится из выражения

q_{t =} q _инд + (q_нач – q_инд,) е^-(t/t)

Результаты расчетов для частиц кварца и фосфата с эквивалентным и радиусами 80, 110, 170 и 210 мкм, при Е_п=4×10⁵ В×м^-1 с учетом трибоэлектрического заряда, установленного экспериментальным путем, приводятся на рисунках 1 и 2 .

Анализ результатов показывает, что необходимое время для перезарядки частиц от осадительного электрода значительно превышает время пребывания частиц в зоне сепарации. Следовательно, при сепарации фосфатных руд теоретическая вероятность снижения эффективности процесса вследствие перезарядки частиц от осадительных электродов сводится к минимуму. Последнее обстоятельство позволяет проектировать конструкцию высоковольтных электродов пневмоэлектростатических сепараторов с малым межэлектродным пространством, не опасаясь сильного засорения продуктов сепарации.

Рисунок 1 - Кинетика перезарядки частиц кварца на электроде

при Е = 4 ^.10⁵ В^. м ^–1 , r_экв= 80 и 110 мкм (а) и r_экв= 170 и 210 мкм (б).

Рисунок 2 - Кинетика перезарядки частиц фосфата на электроде

при Е = 4 ^.10⁵ В^. м ^–1 , r_экв= 80 и 110 мкм (а) и r_экв= 170 и 210 мкм (б).

На рисунке 3 показаны усовершенствованная конструкция высоковольтных электродов пневмоэлектростатического сепаратора. Между двумя сходящимися электродами 1, образующих конфузор удлиненной формы создают сепарационную камеру 2. На внутренней поверхности основных электродов 1 прикрепляют плоские отсекающие высоковольтные электроды 3. Их устанавливают симметрично к вертикальной оси сепарационной камеры, т.о. образуют I, II, III и другие сепарационные зоны (отсеки), со ступенчатым уменьшением рабочего пространства в направлении сужения канала. Высоковольтные электроды 2 прикрепляют, параллельно к основному электроду 1 с помощью проходных изоляторов 4. Причем, величину зазора между электродами 1 и 3 увеличивают в направлении сужения конфузора.

Рисунок 3 - Сепарационная камера с высоковольтными

отсекающими электродами

Вследствие этого между электродами образуется пространство, которое имеет ступенчатое расширение в сторону уменьшения поперечного сечения конфузора. Отсекающие электроды располагают с возможностью отделения взвешенной смеси сепарируемого материала от более плотного слоя заряженных частиц, сконцентрированных на поверхности электродов. Конфигурацию отсекающих электродов и их крепежных элементов задают с учетом аэродинамики потока внутри сепарационной камеры и равномерности распределения электростатического поля. Возможны варианты установки отсекающих электродов под оптимальным углом к потоку сепарируемого материала. Угол наклона и положение отсекающих электродов относительно основного и соседних электродов задают с помощью проходных изоляторов 4.

Последние служат также для электрической изоляции электродов друг от друга. К электродам 1 подключают высоковольтный источник 6, а подключение отсекающих электродов 3 к источнику производят через проходной изолятор 4 и делитель напряжения 5.

Промежуточное отсекание слоя на электродах от воздушной смеси сепарируемого материала позволило активизировать воздействие электростатического поля на траекторию заряженных частиц. Предложенная конструкция высоковольтных электродов позволяет завершить процесс разделения заряженной смеси с раскрытыми зернами с минимальным количеством операции. Таким образом, пневмоэлектростатический сепаратор с высоковольтными отсекающими электродами выгодно отличается от ранее известных тем, что:

– производится многократный промежуточный съем готовой продукции с рабочих поверхностей электродов, не допускается их чрезмерное скопление;

– процесс электростатического разделения доводится до логического конца в одной сепарационной камере, отпадает необходимость многократных перечистных операций промпродуктов с повторной трибоэлектризацией;

– производится селективное регулирование напряженности электростатического поля рабочих промежутках сепарационной камеры на различных уровнях;

– процессы осаждения на электродах и удаления готовой продукции в разных отсеках происходят параллельно, не препятствуют друг к другу.

Литература

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

2. А.С. SU № 1304889 Способ электрического обогащения фосфатных руд. Опуб. бюл. №15, 1987