книги / Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых. Обогатительные процессы и аппараты

• избирательной адсорбции неорганических реагентов на поверхности извлекаемых минералов, приводящей к их гидрофилизации, появлению дополнительных носителей заряда — подвижных ионов — и увеличению электропроводности, как, например, при обработке кварца хлоридами калия или натрия;

• образования под действием реагентов на поверхности извлекаемых минералов пленки нового вещества, обладающе­ го другой электропроводностью, например, хорошо проводя­ щей сульфидной пленки на поверхности слабопроводящих малахита или церуссита.

Обработку материала реагентами перед электрической се­ парацией производят сухим способом (парами реагентов, рас­ пылением раствора) или в водной среде с последующими обез­ воживанием и сушкой его, как, например, при доводке флота­ ционных или гравитационных концентратов, когда вспомо­ гательные операции по обезвоживанию технологически оп­ равданы.

Удаление пленок вторичных образований с поверхности разделяемых минералов с целью восстановления их первич­ ных электрических свойств осуществляется обычно промывкой или интенсивной механической оттиркой. Оттирке подверга­ ется, например, поступающий на электрическую сепарацию эв- ксенито-монацитовый концентрат. Гораздо реже применяют химические способы очистки: растворение или выщелачива­ ние загрязняющих поверхность вторичных образований.

При термической обработке различие в электропроводно­ сти достигается за счет неодинакового изменения проводимо­ сти минералов при нагревании. При этом каждой минераль­ ной паре отвечает свой оптимальный интервал температуры, обеспечивающий наибольшую разницу в их электропровод­ ности. Восстановительный или окислительный обжиг, сопро­ вождающийся структурными превращениями минералов и фа­ зовыми изменениями имеющихся в них изоморфных приме­ сей железа, титана, марганца и других металлов, приводит к необратимым изменениям электропроводности минералов, например, лимонита, оливина, смитсонита, эвксенита и др.

8.2.3. Электрические сепараторы и

принципы их работы

Разделение минералов по электропроводности произво­ дится в воздушной среде в неоднородном электрическом поле постоянной полярности в электростатических, коронно-элек­ трических и коронно-электростатических сепараторах преи­ мущественно барабанного типа.

При электрической сепарации в электростатических сепа­ раторах (рис. 8.2, а) исходный материал из бункера 1 подается на заряженный вращающийся барабан 2. При контакте с ним частицы минералов-проводников сразу же приобретают одно­ именный заряд, отталкиваются от него под действием куло­ новских сил и, двигаясь по криволинейной траектории, попа­ дают в приемник 6. Частицы непроводящих минералов, нао­ борот, прилипают под действием сил зеркального отображе­ ния к поверхности барабана и счищаются с него щеткой 3 в приемник 4. Частицы промежуточной электропроводности и сростки минералов-проводников с непроводящими минерала­ ми падают по траектории, определяемой в основном механи­ ческими силами, и попадают в приемник 5. Качество продук­ тов регулируют положением шиберов 8. Для увеличения от­ клонения частиц минералов-проводников и улучшения селек­ тивности сепарации параллельно барабану устанавливается отклоняющий электрод 7 противоположной полярности. По­ вышению эффективности разделения способствует также клас­ сификация материала на узкие классы крупности и увеличе­ ние различия в электропроводности разделяемых минералов в процессе подготовки материала к электрической сепарации.

Рис. 8.2. Схемы электростатического (а), коронно-электрического (о) и ко-

ронно-электростатпческого (в) сепараторов

При электрической сепарации в коронно-электрических сепараторах (рис. 8.2, б) материал из бункера 1 поступает на вращающийся металлический заземленный барабан — осади­ тельный электрод 2 — и транспортируется им в зону действия коронирующего электрода 9, установленного параллельно обра­ зующей осадительного электрода. Коронирующий электрод представляет собой устройство из туго натянутых нихромовых проволок толщиной 0,25—0,40 мм, тонкостенных трубок с врезанными в них лезвиями толщиной 0,1 мм или систему игл, направленных остриями в сторону осадительного элек­ трода. Под действием высокого напряжения (до 50 кВ), пода­ ваемого на коронирующий электрод, вокруг него образуется (за счет частичного пробоя) поле коронного разряда, вызыва­ ющее ионизацию молекул воздуха. Образующиеся ионы, име­ ющие одинаковую полярность с коронирующим электродом, движутся под влиянием электрического поля к осадительному электроду, сталкиваются с минеральными частицами и заря­ жают их. Если частица является проводником, то она легко передает почти весь свой заряд осадительному электроду и центробежной силой сразу же сбрасывается с него в приемник 6. Заряженные в поле коронного разряда частицы непроводя­ щих минералов, наоборот, очень медленно разряжаются на осадительном электроде и, сохраняя значительный заряд, удер­ живаются на нем силами зеркального отображения, выно­ сятся при вращении барабана из зоны действия коронирую­ щего электрода и счищаются щеткой 3 в приемник 4. Чем меньше электропроводность частиц и выше контактное со­ противление между ними и осадительным электродом, тем больше величина остаточного заряда, сила притяжения их к поверхности барабана и тем дальше оказываются они от зоны отрыва частиц с высокой электропроводностью. Частицы с промежуточной электропроводностью разряжаются быстрее непроводящих, но медленнее проводящих частиц и, отрываясь от поверхности осадительного барабана в нижней его части, попадают в приемник 5.

Промышленные коронно-электрические сепараторы (И ГД. Карпко, ФИА, Стартевант и др.) состоят из 2—4 аналогичных секций, расположенных обычно одна над другой и обеспечи­ вающих тем самым возможность перечистки продуктов сепа­ рации.

Коронно-электростатические сепараторы (рис. 8.2, в) от­ личаются от коронно-электрических (см. рис. 8.2, б) наличием дополнительного цилиндрического отклоняющего электрода 10, имеющего одинаковый с коронирующим электродом 9 по­ тенциал, что приводит к созданию параллельно с полем ко­ ронного разряда неравномерного электростатического поля высокой напряженности.

Если частица обладает достаточно хорошей электропро­ водностью, то электрическая сила статического поля будет влиять на увеличение скорости стекания остаточного заряда и более быстрый отрыв частицы от поверхности осадительного электрода. Большему отклонению ее от барабана будет спо­ собствовать пондеромоторная сила, возникающая в неравно­ мерном электростатическом поле и действующая в направле­ нии отклоняющего электрода. В случае плохой электропро­ водности частицы стекание остаточного заряда с нее будет проходить очень медленно и электростатическое поле будет прижимать частицу к осадительному электроду.

Таким образом, содействуя разделению проводящих и не­ проводящих частиц, электростатическое поле может сущест­ венно повысить эффективность электрической сепарации. По­ этому коронно-электростатические сепараторы получили наи­ более широкое распространение в практике обогащения по­ лезных ископаемых.

К барабанным коронно-электростатическим сепараторам относятся ЭКС-1250, ЭКС-3000, СЭС-2000, СЭС-1000; к пла­ стинчатым — сепаратор ПЭСС.

Барабанный сепаратор ЭКС-1250 (рис. 8.3, а) состоит из загрузочного бункера 1 с электрическим подогревателем 2, питателя 3 и двух одинаковых каскадов сепарации. Каждый каскад включает коронирующий 5, отклоняющий 6, осади­ тельный 7 электроды, экранирующую шторку 4, щетку 11, пи­ тающий лоток 12 и отсекатели 8. Корпус 10 сепаратора обшит листовым железом, в нижней части его расположены прием­ ники 9 для продуктов сепарации.

Верхний каскад предназначен для основной операции раз­ деления, нижний — для перечистных операций. Величина за­ грузки нижнего каскада и качество продуктов сепарации ре­ гулируются отсекателями.

Рис. 8.3. Схемы коронно-электростатических сепараторов 'ЭК С -1250 (я). С ЭС -2000 (6) и ПЭСС (в)

Секционный коронно-электростатический сепаратор ба­ рабанного типа СЭС-2000 (рис. 8.3, б) состоит из восьми бло­ ков. Каждый блок представляет собой самостоятельный ра­ бочий аппарат и включает в себя питающий бункер J, коронирующий 2, отклоняющий 3 и осадительный 4 электроды, щет­ ку б и отсекатель 5. Загрузка верхних блоков сепаратора осу­ ществляется при помощи барабанно-щелевых питателей. Ниж­ ние блоки имеют приемные бункера. Преимуществом секци­ онных сепараторов, по сравнению с сепараторами ЭКС, явля­ ется возможность компоновки в одном сепараторе различных технологических схем с получением конечных продуктов обо­ гащения.

Пластинчатый коронно-электростатический сепаратор ПЭСС, разработанный Верхнеднепровским ГМК для доводки коллективного редкометалльного концентрата, собирается из 88 последовательно-параллельно соединенных ячеек. В каж­ дой ячейке (рис. 8.3, в) верхний клинообразный электрод 3 и нижний цилиндрический электрод 4, разделенные изолятором 5. подключаются к разноименным полюсам высоковольтного генератора. Нагретый до температуры 80— 120 °С концентрат поступает через питатель 1 на заземленный пластинчатый элек-

трод 2, по которому попадает в межэлектродное пространст­ во, где минералы-проводники приобретают больший индук­ тивный заряд, чем минералы-диэлектрики, отклоняются к верх­ нему электроду 3 и попадают в приемник 6. Минералы-диэ­ лектрики, наоборот, отклоняются в сторону нижнего электро­ да 4 и попадают в приемник 7 Качество получаемых продук­ тов регулируется отсекателем 8.

8.2.4. Основные Факторы, влпяюшпе на процесс электрической сепараипп

Эффективность процесса электрической сепарации опре­ деляется различием разделяемых минералов в значениях элек­ тропроводности, конструкциях и принципах работы сепара­ тора, особенностями вещественного состава минерального сы­ рья и способом подготовки его к сепарации, технологическим режимом ведения процесса.

Чем больше разница в значениях электропроводности раз­ деляемых минералов, тем значительнее отличаются они ско­ ростью зарядки (на заряженном электроде) и разрядки (на осадительном электроде), величиной остаточных зарядов и траекторией движения в рабочем пространстве сепаратора, тем легче осуществить их разделение. Электрическая сепара­ ция минералов по электропроводности широко применяется при доводке титаноциркониевых, танталониобиевых, оловян­ но-вольфрамовых, алмазсодержащих, магнетитогематитовых концентратов, а также при обогащении гемагитовых (спекуляритовых) и смешанных железных руд.

Качество получаемых продуктов при сепарации зависит от содержания разделяемых минералов в исходном материале. Чем меньше в нем содержание непроводников, тем выше ка­ чество получаемой фракции проводящих минералов, и на­ оборот, при большом содержании непроводников для полу­ чения необходимого качества проводящей фракции требуется несколько перечистных операций. На качество конечных про­ дуктов и эффективность сепарации существенное влияние ока­ зывает также степень постоянства содержания примесей в раз­ деляемых минералах. Например, увеличение содержания вклю­ чений железосодержащих минералов в непроводящем цирко­

не может настолько увеличить его электропроводность, что он начинает переходить в проводящую фракцию. Эффектив­ ность процесса и качество продуктов сепарации ухудшаются при увеличении содержания пылевидных частиц в исходном материале, поэтому перед электросепарацией материал под­ вергается обычно тщательному обеспыливанию.

С увеличением крупности частиц возрастает не только ве­ личина заряда, получаемого в поле коронного разряда или на заряженном барабане, но и центробежная сила, отрывающая их от поверхности барабана. Это затрудняет четкое разделе­ ние зерен при сепарации материала широкого диапазона крупности. Крупная непроводящая частица при этом может оторваться от барабана одновременно с более мелкой прово­ дящей частицей и, наоборот, очень тонкие проводящие части­ цы попадут в непроводящую фракцию. Технологические по­ казатели значительно улучшаются при электросепарации узко классифицированного материала.

С увеличением скорости вращения барабана сепаратора и ростом центробежной силы улучшаются условия для выделе­ ния проводников. Однако чрезмерное ее увеличение может при­ вести к переходу в проводящую фракцию и тех непроводящих частиц, которые не смогут уже удерживаться на барабане си­ лами электрического притяжения. При слишком малой скоро­ сти вращения барабана также наблюдается повышенное засо­ рение проводящей фракции непроводниками, успевающими отдать свой заряд осадительному электроду. В зависимости от исходного материала частота вращения барабана диаме­ тром 140—350 мм изменяется от 30 до 500 об/мин.

Важным параметром регулирования процесса электросе­ парации является напряжение на электродах, с увеличением которого возрастает разница в зарядах проводящих и непро­ водящих частиц и улучшаются результаты их разделения. Ве­ личина напряжения на коронирующем электроде в современ­ ных сепараторах находится в пределах 35—50 кВ, максималь­ ный ток в межэлектродном пространстве — около 50 мА.

Регулировать процесс электросепарации можно также из­ менением расстояния между электродами — уменьшая его, увеличивают ток короны, и наоборот. Расстояние между элек­

тродами устанавливают в процессе отработай режима сепа­ рации и не изменяют, как правило, при работе.

Производительность каждой ячейки сепаратора зависит от длины барабана, изменяющейся в разных сепараторах от 800 до 3000 мм, и скорости его вращения. Увеличивая скорость вращения, можно повысить производительность сепаратора, однако качество продуктов сепарации может ухудшиться.

8.3. Трпбоэлектрпческая сепараипя

8.3.1. Обшая характеристика трибоэлектрической сепараиии

Трибоэлектрическая сепарация основана на использова­ нии трибоэлектрического эффекта и применяется в основном для разделения обладающих низкой электропроводностью ми­ нералов и веществ с диэлектрическими и полупроводниковы­ ми свойствами.

Сущностью явления электризации трением является пере­ ход носителей электрических зарядов от одного контакти­ рующего тела к другому вследствие различной концентрации в них носителей заряда. Возникающий на границе соприкос­ новения тел поток электронов или дырок продолжается до установления их равновесной концентрации и выравнивания потенциалов соприкасающихся тел. Направление перехода но­ сителей зарядов определяется соотношением величин работы выхода электрона контактирующих частиц. При относитель­ но высоком значении работы выхода электроны приобрета­ ются и тело заряжается отрицательно, при низком значении

—электроны теряются и тело заряжается положительно.

8.3.2.Способы электрпзаипп

частно при сепараипп

На практике электризация частиц трением осуществляет­ ся двумя способами:

• многократным соприкосновением всех частиц с поверх­ ностью транспортирующего лотка или наклонной плоскости, выполняющих роль электризатора. Способ контактной элек-

в основном многокаскадные сепараторы барабанного, лотко­ вого, камерного и трубчатого типов. Зарядное устройство в них часто отделено от сепарирующей области.

В сепараторах (СЭП-1, СЭП-2, СЭС-2000С, «Джонсон», ЭСК-2000) барабанного типа (рис. 8.4, а) разделение происхо­ дит в электростатическом неоднородном поле постоянной по­ лярности напряженностью 2—4 кВ/см, создаваемом между металлическим заземленным электродом 1 и цилиндрическим вращающимся (или статическим в виде параллельных дуг) электродом 2, на который подается высокое напряжение (15— 50 кВ).

<sD o V

Проппродукт Концентрат

Рис. 8.4. Схемы многокаскадных трибоэлектрических сепараторов «Джонсон»

(а) и С ТЭ (б)