4.5. Электродинамическая сепарация
Электродинамическая сепарация - комбинированный процесс магнитного обогащения, основанный на использовании различий в магнитной восприимчивости обогащаемых материалов (извлечение ферромагнитных компонентов) или в их электрической проводимости (извлечение диа- и парамагнитных компонентов).
Основная область применения электродинамической сепарации - извлечение из потока твердых отходов цветных металлов, а также разделение цветных металлов по видам. Преимущественная крупность извлекаемых компонентов +40 (+50) мм.
Присутствующие в твердых бытовых отходах (ТБО) цветные металлы являются одним из основных ценных компонентов, их содержание составляет около 0,7%.
По физическим свойствам цветные металлы относятся к неферромагнитным электропроводным веществам, поэтому при изменении пронизывающего их магнитного потока в них возникают вихревые токи, которые являются индукционными и возрастают с увеличением скорости изменения магнитного потока. В отличие от электрического тока в проводах вихревые токи замыкаются непосредственно в проводящей массе, образуя вихреобразные контуры. Эффектом взаимодействия контуров тока с породившим их магнитным потоком является выталкивание неферромагнитных металлов из магнитного поля (из зоны сепарации). В процессе электродинамической сепарации, таким образом, используется силовое взаимодействие магнитного поля и индуцированных в проводниках вихревых токов.
4.6. Сепарация твердых материалов по коэффициенту трения
Обогащение по трению основано на различии в величине коэффициентов трения. Различают коэффициент трения скольжения и коэффициент качения, причем первый больше второго. Куски кубической и округленной многогранной формы быстро двигаются по наклонной плоскости, тогда как плоские куски в этих же условиях скользят медленнее.
Обогащение по трению применяется для тех полезных ископаемых, у которых разница в коэффициентах трения значительна.
Наглядным примером может служить разделение асбеста и змеевиковой породы или отделение угля от сланца. При движении по наклонной плоскости змеевик или уголь значительно опережают асбест или сланец и эффективно отделяются.
Движение рудных кусков происходит под действием силы тяжести. Если на плоскости, наклоненной под углом α, находятся две частицы a и b с различным коэффициентом трения, то для каждой из них можно определить соотношение сил при весе зерна P и коэффициенте трения ƒ.
Сила, движущая частицу по наклонной плоскости P·sinα, равна силе трения F, направленной противоположно:
,
следовательно:
,
или при установившемся движении
.
При начальной скорости движения u частицы в конце пути скорость ее движения выразится как:
v = u + g0t.
Обозначая длину пути по наклонной плоскости через l, получим:
,
или
,
откуда:
и, подставляя в уравнение скорости, получим:
.
Если начальная скорость равна нулю, то скорость движения частицы в конце пути на плоскости составит:
.
Эта скорость будет меньше для частицы, обладающей большим коэффициентом трения, и, наоборот, будет большей для частицы, обладающей меньшим коэффициентом трения. Следовательно, в момент достижения конца наклонной плоскости обе частицы с разными коэффициентами трения будут иметь разные скорости движения (рис.4.32).
Рис.4.32. Схема движения зерен по наклонной плоскости
Благодаря этой разнице после схода с плоскости на некотором уровне А-А (рис.4.33) произойдет отделение одной частицы от другой.
Рис.4.33 Схема падения зерен с наклонной плоскости
После схода с наклонной плоскости каждая частица будет двигаться дальше по наклону к горизонту. При падении по параболе с временем t, необходимым для достижения плоскости А-А, расстояние Н составит:
,
тогда:
,
за это время в горизонтальном направлении частица пройдет путь
.
Путь L для каждой частицы будет различным, так как скорости v различны. Следовательно, уголь отделится от сланца и змеевик от асбеста.
Угол трения скольжения для крупного каменного угля колеблется в пределах от 20˚ до 60˚. В зависимости от крупности частиц угол наклона изменяется. Для частиц от 16 до 9,5 мм угол будет колебаться от 21˚ до 27˚37′. Для угля крупностью 4,8÷3,2 мм - угол наклона 28˚.
Содержание влаги в материале оказывает влияние на изменение угла наклона, так как влага изменяет коэффициент трения.
На рис.4.34 представлены три типа аппаратов обогащения. На рис.4.34,а показан путь движения частиц по трем наклонным плоскостям, на рис.4.34,б - наклонная плоскость с роликами и на рис.4.34,в - барабанный сепаратор, разделяющий по трению при вращении.
При движении частиц винтообразно по наклонной плоскости развивается также помимо указанных выше сил, центробежная сила.
За последнее время на ряде фабрик с успехом внедряется мокрый спиральный сепаратор (рис.4.35), предназначенный для обогащения тонких шламов. Спираль изготовляется из чугунных отливок секционно или из резины. На рисунке обозначено: 1 - трубка для подачи смывной воды; 2 - трубка для подачи пульпы; 3 - трубки для вывода концентратов; 4 - удаление отходов («хвостов»).
Рис.4.34. Схема аппаратов для обогащения по трению
Рис.4.35. Спиральный сепаратор для обогащения материала по трению
В спиральном сепараторе используется центробежная сила тяжести.
Минералы разделяются в водном потоке по удельным весам. При движении минералов по наклонной поверхности проявляется также сила трения о днище желоба. Более легкие и крупные зерна располагаются во внешней части потока, тогда как тяжелые и мелкие зерна (концентрат) продвигаются во внутренней части потока и выводятся через воронки и трубки в приемники для концентрата.
Такими аппаратами можно из тонких шламов выделить касситерит, вольфрамит, хромит, золото и другие тяжелые по удельному весу минеральные частицы.