Электрические и магнитные методы обогащения

Электросепарация — это процесс обогащения (разделения) материалов, основанный на разнице в величине и знаке заряда частиц разделяемых материалов. Зарядка частиц разделяемых материалов может быть достигнута различными способами. При соприкосновении с заряженным электродом частица материала в зависимости от ее электропроводности может приобрести заряд определенной величины и знака или остаться незаряженной. Частицы материалов с высокой электропроводностью при соприкосновении с электродом мгновенно получают заряд, частицы же с низкой электропроводностью за это время не успевают зарядиться.

Материалы различаются своей электропроводностью. Так, например, бумага, макулатура уже при влажности 20% хорошо проводят электричество, приближаясь по проводимости к металлам, тогда как полимерная пленка является плохим проводником. Но электропроводность одних и тех же материалов может в значительной степени изменяться в зависимости от содержания в них примесей и состояния поверхности. Наличие на поверхности материалов окислов, тончайших пленок солей, шламов и влаги сильно влияет на их электропроводность.

Частица материала может приобрести электрический заряд в результате трения о другое тело (о лоток, о частицы других материалов и т. д.). Одна и та же частица при трении о различные тела может приобрести заряды, отличающиеся по величине и, но знаку. Электрический заряд может возникнуть на частице при воздействии на нее электрического ноля на расстоянии. Например, зарядка частиц в иоле коронного разряда происходит за счет различной способности частиц адсорбировать на себе ионы воздуха, создаваемые в поле разряда при напряжении 20—50 тыс. В. Трибоадгезионная сепарация основана на различной адгезии наэлектризованных за счет трения о поверхность электрода частиц.

При перемещении частиц материала в электрическом поле между ними возникают силы притяжения или отталкивания, различно изменяющие траекторию их движения в зависимости от электропроводности. Сила взаимодействия двух заряженных частиц в первом приближении определяется законом Кулона:

где г — диэлектрическая постоянная среды; e_lt е₂ — заряды частиц; г — расстояние между частицами.

Напряженность поля в данной точке характеризуется силой, с которой поле действует на единицу положительного электричества, помещенного в какой-либо точке.

Электрическая сила, действующая на помещенную в электрическом поле частицу с зарядом е> будет равна:

где Е — напряженность электрического ноля.

Эффективность электрического разделения, как мы уже упоминали, в значительной степени зависит от состояния поверхности материалов. Естественное состояние поверхности материалов в ряде случаев может быть изменено в желаемом направлении искусственно вследствие образования на частицах поверхностных пленок. Это достигается обработкой разделяемого материала реагентами, обладающими избирательным действием на различные материалы.

Электрическому обогащению подвергается обычно материал крупностью от 2 до 0,1 мм. При этом лучшие результаты получаются на материале, классифицированном в узких пределах. Разделяемый материал должен быть сухим.

Этот метод в обогащении применяется главным образом для доводки гравитационных или флотационных концентратов, полученных при обогащении оловянных, вольфрамовых, фосфоритных и других руд.

Для электрического обогащения чаще всего применяют специальные аппараты — электросепараторы, которые бывают различных конструкций.

В настоящее время широкое распространение получили коронные сепараторы барабанного и ленточного тина.

Изображенный на рис. 18.15 барабанный электросепаратор состоит из вращающегося заземленного барабана А, являющегося положительным электродом, и заряженного отрицательного электрода Б, присоединенного к линии высокого напряжения. Электрод, А представляет собой латунный цилиндр. Электрод Б состоит из металлической рамки, на которой натянуто несколько проволок.

При включении тока между электродами возникает поток заряженных ионов воздуха, которые действуют на частицы материала, поступающие на барабан по лотку Л. Материалы с низкой проводимостью мгновенно передают свой заряд заземленному электроду, отталкиваются от барабана и под действием центробежной силы и силы тяжести падают в бун;

Рис. 18.15. Барабанный электросепаратор

кер К. Материалы с высокой проводимостью будут удерживаться на поверхности барабана, вращаясь вместе с ним, до тех пор, пока не будут сняты щеткой Щ, с которой и попадут в бункер X. Частицы, обладающие промежуточной проводимостью, попадают в бункер П. На рис. 18.15 показана также электрическая схема сепаратора, где обозначены: Т — трансформатор: В — выпрямитель переменного тока в постоянный; С — конденсатор; Ир — плавкий предохранитель; И — изолятор.

В общем случае результирующая сила F, определяющая траекторию движения частицы, является векторной суммой основных взаимодействующих сил:

где F_K — сила Кулона; F₃₀ — сила зеркального отображения, обусловленная искажением электрического поля новерх;

ностью электрода и равная F._i0 = v ~ расстояние от заземленного электрода); F_a — центробежная сила; /•', — сила тяжести.

Если на барабане находится компонент-проводник, знак его заряда совпадает со знаком заряда барабана, а направление силы электрического поля меняется на противоположное. После выхода из зоны действия коронирующего электрода проводник отрывается от поверхности барабана, причем в момент отрыва он движется по линии, касательной к поверхности барабана в точке отрыва.

Разность потенциалов между электродами колеблется в пределах от 20 000 до 40 000 В. Производительность сепаратора в зависимости от крупности обогащаемого материала, удельного веса и разности в электропроводности минералов колеблется от 1,5 до 2 т/ч.

Работа сепаратора регулируется изменением разности потенциалов, скорости вращения барабана и положения делительных перегородок.

Электросепарация применяется при обогащении техногенного сырья (ТБО, отработанные демеркуризированные ртутные лампы, металлосодержащие пластмассовые отходы, электронный лом, электрокабельный лом, вольфрамовые спирали, стеклобой, металлы и пластмассы), а также, как мы уже упоминали, полимерная пленка и бумага. Преимущественная крупность разделяемого техногенного сырья — от 100 до 1 мм. Желательна классификация материала в узких пределах крупности.