Электрические методы обогащения
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).