Анализ сил

В качестве вывода предыдущего раздела примем к сведению общую характеристику сил.

1. Кулоновская сила – F_к. Наиболее существенная сила при электрической сепарации. Обусловливает отталкивание объектов, имеющих одноименный заряд, и притяжение – при разноименном заряде. Действует как в однородном, так и неоднородном поле.

2. Сила зеркального отображения – F_з. Всегда направлена к электроду. Действует только вблизи электрода и при контакте с ним.

3. Пондеромоторная сила – F_п. Действует только в неоднородном электрическом поле. Зависит от среды сепарации. Существенна и определяющая при диэлектрической сепарации. При сухом обогащении ее иногда пренебрегают.

4. Трибоадгезионная сила – F_ад. Учитывается только при сепарации тонкодисперсных материалов.

5. Механические силы. Основная – центробежная сила, действующая при криволинейном движении рабочего органа сепаратора (например, барабан). Силой тяжести обычно пренебрегают.

Рассмотрим векторную диаграмму сил, действующих на частицу непроводник в случае сухой сепарации на коронно-электростатическом барабанном сепараторе (рис. 3.1). Барабан выполняет роль не только рабочего органа сепаратора, но и служит одним из электродов (осадительный).

Здесь НП-частица закреплена на поверхности вращающегося барабана под углом β к вертикальной оси. Сила тяжести (F_т) разложена на две составляющие – нормальную F_тн = mgcosβ и касательную (на схеме не показана).

Кулоновская сила (F_к) действует к центру барабана, т.к. НП частица, получив от коронного разряда значительный отрицательный потенциал, не отдает его положительно заряженному барабану (вернее медленно разряжается).

Сила зеркального отображения (F_з) всегда прижимает частицу к электроду.

Поскольку поле неоднородно (в связи с формой коронирующего и других электродов) можно учесть пондеромоторную силу F_п. Она направлена от центра барабана, так как диэлектрическая проницаемость минералов больше, чем воздуха, а напряженность поля выше вблизи коронирующего электрода (на схеме не показан). Но эта сила настолько мала, что ее можно не учитывать.

Таким образом, для непроводниковой частицы (режим удерживания) баланс действующих сил имеет вид:

F_Σ = F_к + F_з + F_тн – F_п – F_ц (3.11)

Проведя аналогичный анализ можно получить выражение для действующих сил на проводниковую частицу. Здесь, очевидно действует режим отклонения. Учтем, что кулоновская сила изменит свое направление, т.к. проводники быстро отдают барабану полученный заряд, приобретают одноименный с ним заряд и испытывают силы отталкивания. Остальные силы направление своего действия не изменят. Для проводниковой частицы получим:

F_Σ = F_з + F_тн -F_к – F_п – F_ц (3.12)

Результирующая сила (F_Σ ) в обоих случаях определяет траекторию движения частиц. Обратим внимание, что путем увеличения частоты вращения барабана можно изменять соотношение конкурирующих сил (изменяется центробежная сила). Чем она выше, тем чище будет непроводниковая фракция. Высокоскоростной режим барабанных электрических сепараторов не только улучшает технологические показатели, но и повышает их производительность.