Электрическое обогащение – это процесс разделения сухих частиц полезных ископаемых, которое основано на различии в электрических свойствах разделяемых компонентов.

К этим свойствам относятся: электропроводность; диэлектрическая проницаемость; контактный потенциал; трибоэлектрический эффект и др.

Применяется для доводки черновых концентратов алмазных и редкометалльных руд: титано-циркониевых; тантало-ниобиевых; оловянно-вольфрамовых; редкоземельных (монацит-ксенотимовых). Менее распространены электрическая сепарация гематитовых руд, разделение кварца и полевого шпата; обогащение калийных (сильвинитовых) руд, извлечение вермикулита и некоторых других неметаллических полезных ископаемых.

Впервые электрическая сепарация предложена в 1870 г. в США для очистки волокон хлопка от семян и была основана на различии в скорости перезарядки. В 1901 г. В США сконструирован барабанный электросепаратор, основанный на различии в электропроводности частиц и применен для обогащения цинковой руды. В 1936 г. советскими учеными Н.Ф. Олофинским, С.П. Жибровским, П.М. Рывкиным и Е.М. Балабановым изобретен коронный сепаратор. В 1952 г. предложена трибоадгезионная электросепарация, в 1961 г. – непрерывнодействующая диэлектрическая сепарация. Серийно электросепараторы начали производиться с 1971 г.

Сущность электрической сепарации заключается во взаимодействии электрического поля и минеральной частицы, обладающей определенным зарядом. Под действием электрического поля изменяются траектории движении частиц минералов в зависимости от их электрических свойств.

Важнейшая стадия электрической сепарации – это зарядка частиц (электризация). Она может осуществляться путем создания на частицах избыточных зарядов какого-либо одного знака, либо создания на противоположных концах частицы зарядов разного знака.

Существует несколько способов зарядки частиц. Способ выбирается в зависимости от наиболее контрастных электрических свойств минерала.

На рис. 9.3 представлена схема зарядки частиц с помощью коронного разряда. Последний возникает в результате частичного пробоя воздуха между коронирующим (верхняя игла) и осадительным электродом (нижняя плоскость). Между этими электродами – высокий потенциал в 30 – 40 кВ.

Корона – это большое количество ионов воздуха, которые осаждаются на все частицы (на схеме П и НП).

При касании частиц о нижний электрод частицы ведут себя по разному: проводники (справа) быстро отдают заряд электроду, получают от него заряд другого знака, т.е. «+». Возникает сила отталкивания этих частиц, которая и изменяет траекторию их движения. Непроводники не могут отдать свой заряд и, следовательно, притягиваются к нижнему электроду.

Рассмотренный механизм зарядки частиц наиболее часто применяется в промышленности.

На рис. 9.4 показана схема наиболее распространенного коронно-электростатического барабанного сепаратора.

Здесь добавлен отклоняющий электрод, предназначенный для дополнительного отклонения проводниковой фракции, сброшенной с поверхности барабана.

Для усиления контрастности электрических свойств разделяемых минералов исходный материал иногда подогревается в бункере и питателе.

В зависимости от способа образования на частицах заряда и его передачи в процессе электрического разделения различают:

Электростатическую,

Коронную,

Диэлектрическую.

При электростатической сепарации разделение проводится в электростатическом поле, частицы заряжаются контактным или индукционным способами. Разделение по электропроводности происходит при соприкосновении частиц с электродом (например, заряженной поверхностью барабана; проводниковые частицы при этом получают одноименный заряд и отталкиваются от барабана, а непроводниковые не заряжаются).

Образование разноименных зарядов возможно при распылении, ударе или трении частиц о поверхность аппарата (трибоэлектрическая сепарация ). Избирательная поляризация компонентов смеси возможна при контакте нагретых частиц с холодной поверхностью заряженного барабана (пироэлектрическая сепарация ).

Коронная сепарация проводится в поле коронного разряда, частицы заряжаются ионизацией. Коронный разряд создается в воздухе между электродом в виде острия или провода и заземленным электродом, например, барабаном; при этом проводниковые частицы отдают свой заряд заземленному (осадительному) электроду.

Диэлектрическая сепарация проводится за счет пондеромоторных сил в электрическом поле; при этом частицы с различной диэлектрической проницаемостью движутся по различным траекториям.

Наряду с электрической сепарацией применятся электрическая классификация, которая основана на различном поведении в электрическом поле частиц, отличающихся по крупности.

Электрическая классификация очень эффективна при обеспыливании материалов, так как пыль практически полностью удерживается электрическим полем (например, классификация слюды, асбеста, строительных песков, солей, различных порошков).

Электрическая сепарация применяется для обогащения зернистых сыпучих материалов крупностью от 0.05 до 3 мм, обогащение которых другими методами малоэффективно либо экономически нецелесообразно. Электрические методы, как правило, используются в сочетании с другими методами (магнитными, гравитационными, флотационными).

Электрические методы обогащения

Электрическое обогащение - ϶ᴛᴏ процесс разделœения сухих частиц полезных ископаемых, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ основано на различии в электрических свойствах разделяемых компонентов.

К этим свойствам относятся: электропроводность; диэлектрическая проницаемость; контактный потенциал; трибоэлектрический эффект и др.

Применяется для доводки черновых концентратов алмазных и редкометалльных руд: титано-циркониевых; тантало-ниобиевых; оловянно-вольфрамовых; редкоземельных (монацит-ксенотимовых). Менее распространены электрическая сепарация гематитовых руд, разделœение кварца и полевого шпата; обогащение калийных (сильвинитовых) руд, извлечение вермикулита и некоторых других неметаллических полезных ископаемых.

Впервые электрическая сепарация предложена в 1870 ᴦ. в США для очистки волокон хлопка от семян и была основана на различии в скорости перезарядки. В 1901 ᴦ. В США сконструирован барабанный электросœепаратор, основанный на различии в электропроводности частиц и применен для обогащения цинковой руды. В 1936 ᴦ. советскими учеными Н.Ф. Олофинским, С.П. Жибровским, П.М. Рывкиным и Е.М. Балабановым изобретен коронный сепаратор.
Размещено на реф.рф
В 1952 ᴦ. предложена трибоадгезионная электросœепарация, в 1961 ᴦ. – непрерывнодействующая диэлектрическая сепарация. Серийно электросœепараторы начали производиться с 1971 ᴦ.

Сущность электрической сепарации заключается во взаимодействии электрического поля и минœеральной частицы, обладающей определœенным зарядом. Под действием электрического поля изменяются траектории движении частиц минœералов исходя из их электрических свойств.

Важнейшая стадия электрической сепарации - ϶ᴛᴏ зарядка частиц (электризация). Она может осуществляться путем создания на частицах избыточных зарядов какого-либо одного знака, либо создания на противоположных концах частицы зарядов разного знака.

Существует несколько способов зарядки частиц. Способ выбирается исходя из наиболее контрастных электрических свойств минœерала.

На рис. 9.3 представлена схема зарядки частиц с помощью коронного разряда. Последний возникает в результате частичного пробоя воздуха между коронирующим (верхняя игла) и осадительным электродом (нижняя плоскость). Между этими электродами – высокий потенциал в 30 – 40 кВ.

Корона - ϶ᴛᴏ большое количество ионов воздуха, которые осаждаются на всœе частицы (на схеме П и НП).

При касании частиц о нижний электрод частицы ведут себя по разному: проводники (справа) быстро отдают заряд электроду, получают от него заряд другого знака, ᴛ.ᴇ. ʼʼ+ʼʼ. Возникает сила отталкивания этих частиц, которая и изменяет траекторию их движения. Непроводники не могут отдать свой заряд и, следовательно, притягиваются к нижнему электроду.

Рассмотренный механизм зарядки частиц наиболее часто применяется в промышленности.

На рис. 9.4 показана схема наиболее распространенного коронно-электростатического барабанного сепаратора.

Здесь добавлен отклоняющий электрод, предназначенный для дополнительного отклонения проводниковой фракции, сброшенной с поверхности барабана.

Для усиления контрастности электрических свойств разделяемых минœералов исходный материал иногда подогревается в бункере и питателœе.

Учитывая зависимость отспособа образования на частицах заряда и его передачи в процессе электрического разделœения различают:

Электростатическую,

Коронную,

Диэлектрическую.

При электростатической сепарации разделœение проводится в электростатическом поле, частицы заряжаются контактным или индукционным способами. Разделœение по электропроводности происходит при соприкосновении частиц с электродом (к примеру, заряженной поверхностью барабана; проводниковые частицы при этом получают одноименный заряд и отталкиваются от барабана, а непроводниковые не заряжаются).

Образование разноименных зарядов возможно при распылении, ударе или трении частиц о поверхность аппарата (трибоэлектрическая сепарация ). Избирательная поляризация компонентов смеси возможна при контакте нагретых частиц с холодной поверхностью заряженного барабана (пироэлектрическая сепарация ).

Коронная сепарация проводится в поле коронного разряда, частицы заряжаются ионизацией. Коронный разряд создается в воздухе между электродом в виде острия или провода и заземленным электродом, к примеру, барабаном; при этом проводниковые частицы отдают свой заряд заземленному (осадительному) электроду.

Диэлектрическая сепарация проводится за счёт пондеромоторных сил в электрическом поле; при этом частицы с различной диэлектрической проницаемостью движутся по различным траекториям.

Наряду с электрической сепарацией применятся электрическая классификация, которая основана на различном поведении в электрическом поле частиц, отличающихся по крупности.

Электрическая классификация очень эффективна при обеспыливании материалов, так как пыль практически полностью удерживается электрическим полем (к примеру, классификация слюды, асбеста͵ строительных песков, солей, различных порошков).

Электрическая сепарация применяется для обогащения зернистых сыпучих материалов крупностью от 0.05 до 3 мм, обогащение которых другими методами малоэффективно либо экономически нецелœесообразно. Электрические методы, как правило, используются в сочетании с другими методами (магнитными, гравитационными, флотационными).

Электрические методы обогащения - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Электрические методы обогащения" 2017, 2018.

Электрические методы обогащение основаны на различиях в электрических свойствах разделяемых минералов и осуществляется под влиянием электрического поля.

Электрические методы применяются для мелких (– 5 мм) сухих сыпучих материалов, обогащение которых другими методами затруднено или неприемлемо по экономическим или экологическим соображениям.

Из многочисленных электрических свойств минералов в основу работы промышленных сепараторов положено два: электропроводность и трибоэлектрический эффект. В лабораторных условиях может также использоваться различие в диэлектрической проницаемости, пироэлектрический эффект.

Мерой электропроводимости вещества служит удельная электропроводность (l), численно равная электропроводности проводника длиной 1 см с поперечным сечением 1 см 2 , измеряемая в омах в минус первой степени на сантиметр в минус первой степени. В зависимости от электропроводимости все минералы условно делят на три группы: проводники, полупроводники и непроводники (диэлектрики).

Минералы-проводники характеризуются высокой удельной электропроводностью (l = 10 6 ¸10 ом - 1 ×см - 1). К ним относятся самородные металлы, графит, все сульфидные минералы. Полупроводники имеют меньшую удельную электропроводность (l = 10¸10 - 6 ом - 1 ×см - 1), к ним относятся гематит, магнетит, гранат и др. Диэлектрики в отличие от проводников обладают очень высоким электрическим сопротивлением. Их электропроводность ничтожно мала (l < 10 - 6 ом - 1 ×см - 1), они практически не проводят электрический ток. К диэлектрикам относится большое число минералов, в том числе алмаз, кварц, слюда, самородная сера и др.

Трибоэлектрический эффект - это возникновение электрического заряда на поверхности частицы при ее соударении и трении с другой частицей или со стенками аппарата.

Диэлектрическая сепарация основана на различии в траекториях движения частиц с различной диэлектрической проницаемостью в неоднородном электрическом поле в диэлектрической среде, имеющей диэлектрическую проницаемость промежуточную между проницаемостями разделяемых минералов. При пироэлектрической сепарации нагретые смеси охлаждаются, соприкасаясь с холодным барабаном (электрод). Одни компоненты смеси поляризуются, а другие остаются незаряженными.

Сущность электрического способа обогащения состоит в том, что на частицы, имеющие различный заряд, в электрическом поле действует разная по значению сила, поэтому они движутся по различным траекториям. Главная сила, действующая в электрических методах – кулоновская сила:

где Q – заряд частицы, E – напряженность поля.

Процесс электрической сепарации можно условно разделить на три стадии: подготовка материала к сепарации, зарядка частиц и разделение заряженных частиц.

Зарядка (электризация) частиц может осуществляться разными способами: а) контактная электризация осуществляется непосредственным соприкосновением частиц полезного ископаемого с заряженным электродом; б) зарядка ионизацией заключается в воздействии на частицы подвижными ионами; наиболее распространенный источник ионов – коронный разряд; в) зарядка частиц за счет трибоэлектрического эффекта.

Для разделения материалов по электропроводности применяют электростатические, коронные и коронно-электростатические сепараторы. По конструктивному признаку наибольшее распространение получили барабанные сепараторы.

В барабанных электростатических сепараторах (рис. 2.21, а ) электрическое поле создается между рабочим барабаном 1 (являющимся электродом) и противопоставленным цилиндрическим электродом 4. Материал питателем 3 подается в рабочую зону. Электризация частиц осуществляется за счет контакта с рабочим барабаном. Проводники получают заряд, одноименный с зарядом барабана, и отталкиваются от него. Диэлектрики практически не заряжаются и падают по траектории, определяемой механическими силами. Частицы собираются в специальный приемник 5, разделяемый при помощи подвижных перегородок на отсеки для проводников (пр), непроводников (нп) и частиц с промежуточными свойствами (пп). В верхней зоне коронного сепаратора (рис. 2.21, б ) все частицы (и проводники и диэлектрики) приобретают одноименный заряд, сорбируя ионы, образовавшиеся за счет коронного разряда коронирующего электрода 6. Попадая на рабочий электрод, частицы-проводники моментально перезаряжаются и приобретают заряд рабочего электрода. Они отталкиваются от барабана и попадают в приемник проводников. Диэлектрики фактически не разряжаются. За счет остаточного заряда они удерживаются на барабане, их снимают с него при помощи очищающего устройства 2.

Наиболее распространенный коронно-электростатический сепаратор (рис. 2.21, в ) отличается от коронного дополнительным цилиндрическим электродом 4, на который подается такое же напряжение, как на коронирующий. (Радиус кривизны цилиндрического электрода значительно больше, чем коронирующего, но меньше, чем рабочего барабана - электрода.) Цилиндрический электрод способствует более раннему отрыву проводящих частиц и позволяет «растянуть» проводники-диэлектрики на большее расстояние по горизонтали.

Если разница в электропроводностях частиц незначительна, то разделение на вышеупомянутых сепараторах невозможно и тогда используют трибоэлектростатический сепаратор. Здесь также наибольшее распространение получил барабанный сепаратор (рис 2.22). Конструктивно этот аппарат весьма близок к электростатическому сепаратору, но имеет дополнительный элемент – электролизер, изготовляемый либо в виде вращающегося барабана, либо в виде вибролотка. Здесь происходит трение частиц минералов друг об друга и об поверхность электризера. При этом частицы различных минералов приобретают разноименный заряд.

Способы электрического обогащения, основанные на различии в диэлектрической проницаемости и на пирозаряде частиц (зарядка при нагревании) не получили промышленного применения.

Электрические методы обогащения относительно широко применяют при переработке руд редких металлов, они особенно перспективны в засушливых районах, так как не требуют воды. Также электрические методы можно использовать для разделения материалов по крупности (электрическая классификация) и для очистки газов от пыли.

Сущность электрических методов обогащения

Электрические методы обогащения основаны на различии электрических свойств разделяемых минералов. Различаясь по электропроводности, диэлектрической проницаемости, контактному потенциалу, трибоэлектрическому, пироэлектрическому или пьезоэлектрическому эффекту, они приобретают при зарядке различную величину или знак заряда и, как следствие, разную траекторию движения в электрическом поле, обеспечивая разделение частиц по их электрическим свойствам или электрическую сепарацию минералов.

Зарядка частиц сепарируемого материала может осуществляться контактированием с заряженным электродом, ионизацией в электрическом поле коронного разряда, электризацией трением, изменением температуры, давления и другими способами. Выбором способа зарядки частиц обеспечивается наибольшее различие в электрических свойствах основных разделяемых минералов и тем самым максимальная эффективность электрической сепарации.

На каждую заряженную минеральную частицу при сепарации в электрическом поле действуют:

электрическая кулоновская сила F э, обусловленная притяжением частицы к противоположно заряженному электроду и отталкиванием ее от одноименно заряженного как в однородном, так и в неоднородном поле. Влияние Р э на траекторию движения частиц практически нивелируется только в поле переменной полярности из-за механической инерции частиц;

сила зеркального отображения F 3 , обусловленная взаимодействием остаточного заряда частицы и вызванного этим зарядом на поверхности электрода равного по величине индуктивного заряда. Сила направлена к электроду. По абсолютной величине она значительно меньше Р э и ее действие заметно лишь вблизи электрода или при соприкосновении с ним;

пондеромоторная сила F п обусловленная разницей между значениями диэлектрической проницаемости частицы ε ч и среды ε с, в которой осуществляется сепарация. Она стремится вытолкнуть частицу в более слабые участки поля, если ε ч < ε с, и наоборот втянуть при ε ч > ε с. Сила проявляется только в неоднородном поле, в том числе, в отличие от F э, и в полях переменной полярности. Она весьма мала в воздушной среде по сравнению с F э и достигает больших значений в жидкостях с высокой диэлектрической проницаемостью;

механические силы, основными из которых являются сила гравитационного притяжения,F Г центробежная сила F ц силы сопротивления среды F с.

Силы молекулярного сцепления частиц между собой и с электродами, сила трения между частицами и электродом для частиц крупнее 0,1 мм, а также инерционные силы, действующие на завершающем этапе сепарации, сравнительно малы и обычно не учитываются.

Разделение различно заряженных частиц происходит в результате воздействия на них электрических и механических сил в рабочей зоне сепаратора. Соотношение сил и эффективность разделения при этом будут зависеть от различия электрических свойств разделяемых минералов, изменения напряженности электрического поля во времени (постоянное или переменное) и пространстве (однородное или переменное), наличия движущихся носителей заряда (ионов, электронов), вида среды разделения (газ или жидкость) и характера движения материала в рабочем пространстве электрических сепараторов.

В сепараторах с криволинейным транспортирующим электродом барабанного типа (рис. 6.1, а ) процесс разделения минералов происходит в воздушной среде.

Рис. 6.1.Векторные диаграммы сил, действующих на частицы в сепараторах: а, б - барабанном электростатическом; в - плоскостном электростатическом; г - камерном электростатическом; д - диэлектрическом; 1 - положительно заряженная частица; 2 - отрицательно заряженная частица

Неоднородное электростатическое или электрическое поле постоянной полярности напряженностью до 10 кВ/см создается между барабаном и отстоящим от него на некотором расстоянии вторым электродом или системой электродов. Электрическая сила F э будет прижимать к барабану частицы, имеющие знак заряда, противоположный знаку полярности барабана, и отталкивать от него одноименно заряженные частицы. Сила зеркального отображения F 3 , направлена к центру барабана, удерживая частицы на его поверхности. Центробежная сила F ц , наоборот, стремится оторвать частицы от поверхности. Гравитационная сила F г действует вертикально вниз, ее составляющие зависят от угла поворота барабана. Пондеромоторная сила F п

направлена от центра барабана, поскольку диэлектрическая проницаемость минералов больше, чем воздуха, и концентрация силовых линий поля повышается в направлении ко второму электроду. Однако сила F п , как и сила сопротивления воздушной среды F с для зернистых частиц в рабочей зоне сепаратора, относительно невелика и их можно не учитывать.

Результирующая сила F, определяющая траекторию движения частиц в электрическом поле сепаратора, является векторной суммой основных взаимодействующих сил:

В сепараторах с плоским транспортирующим электродом (рис. 6.1, в ) между ним и расположенным сверху вторым электродом или системой электродов создается электрическое или электростатическое поле напряженностью 2-4 кВ/см. Результирующая сила F, определяющая траекторию разделяемых частиц, складывается из электрической силы F э , силы зеркального отображения F з , и гравитационной силы F г , вызывающих движение частиц по плоскости и существенно влияющих на разделение минералов, резко различающихся по форме:

Силами F с и F п , как и в первом случае, можно пренебречь.

В камерных сепараторах (рис. 6.1, г) электростатическое поле постоянной полярности напряженностью 2 - 4 кВ/см создается между пластинчатыми электродами. Разделение частиц, обладающих различными зарядами, осуществляется в процессе их свободного падения между электродами. При этом движение частиц в горизонтальном направлении определяется в основном электрической силой F э , вызывающей притяжение частиц к противоположно заряженному электроду и отталкивание их от одноименного электрода. Сила F 3 начинает проявляться только при приближении частиц к одному из них, поэтому, как и сила F п , практически не влияет на их разделение. В вертикальном направлении на каждую частицу будут действовать разнонаправленные силы тяжести F Г и сопротивления среды F п.

Разделение минералов в непроводящей жидкости в диэлектрических сепараторах (рис. 6.1, д) происходит в резко неоднородном электрическом поле переменной полярности напряженностью до 5 кВ/см. Определяющей процесс силой в этих условиях является пондеромоторная сила F п. Под ее действием частицы с диэлектрической проницаемостью ε 2 , большей ε с, втягиваются в область поля наибольшей напряженности у электрода с малым радиусом кривизны, тогда как частицы с ε 2 , меньшей ε с, выталкиваются из этой области. Из механических сил влияют на разделение частиц силы тяжести F Г и сопротивления среды как в вертикальном F с, так и горизонтальном, F" с направлении.