Электрическое обогащение

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 см², 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 = 10⁶¸ 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.