Файл: Олофинский Н.Ф. Трибоадгезионная сепарация.pdf

го и того Же вещества одинакового веса, но различ­ ной формы ведут себя в сепараторе не одинаково.

Практически форма частиц часто отличается от шарообразной. Поверхности соприкасающихся тел имеют неровности, вследствие чего могут меняться площади их контакта. Кроме того, пз-за сильно раз­ витой поверхности порошков, общая величина заряда

частиц оказывается до­ вольно значительной, что существенно сказывается на величине адгезии.

Влияние формы частиц на адгезию характеризу­ ется коэффициентом сферичности х, определяемым по изменению скорости осаждения частиц данной формы в неподвижной среде по сравнению со скоростью осаждения шарообразных частиц |[22]. Зависимость

Для частиц неправильной формы имеет место уве­ личение силы адгезии за счет увеличения площади контакта, особенно для сравнительно крупных частиц (диаметром >88 мкм) [22], что объясняется их боль­ шей массой и большей силой прижима по сравнению с силой прижима частиц меньших размеров. Сила адгезии плоских частиц (длина и ширина которых намного превышают толщину) больше, чем у частиц шарообразных, а сила адгезии .частиц игольчатой формы больше, чем у частиц пластинчатой формы. Объясняется это большей площадью контакта частиц с поверхностью.

М а т е р и а л и с о с т о я н и е п о в е р х н о с т и . Адгезия частиц к поверхности в значительной степе-

20

Ни зависит от материала, состояния и физическій свойств соприкасающихся поверхностей. Даже при тесном соприкосновении твердых тел (из-за шерохо­ ватостей и неровностей поверхности) адгезия их обычно мала вследствие незначительности истинной площади контакта, составляющей небольшую долю от кажущейся площади соприкосновения.

Установлено, что повышение чистоты обработки чугунной и стальной поверхностей (выше 10-го клас­ са) |{22] увеличивает адгезию. 'При меньшей чистоте обработки силы адгезии вначале уменьшаются, а за­ тем увеличиваются. Это состояние поверхности можно

к оплавленной стеклянной поверхности или к метал­ лической поверхности, обработанной по 13-му классу чистоты. В этом случае площадь контакта рассчиты­ вается по формуле Герца [22]

где р — давление в месте контакта, гс/см2; b — отно­ сительная влажность сепарируемого материала, %.

Второй вид (рис. 5, б) — на подложке имеются микрошероховатости, высота выступов которых на­ много меньше размеров частиц. При этом истинная площадь контакта частиц с поверхностью, а следова­ тельно, и сила адгезии уменьшаются.

Третий вид (рис. 5, в) — силы адгезии возрастают вследствие увеличения площади истинного контакта с макровыступами подложки (величина выступов и размер частицы примерно одинаковы).

В реальных условиях возможны разные варианты адгезии частиц к плоской поверхности. Из-за слож­ ности учета шероховатости поверхности, степень ее при расчете сил адгезии в настоящее время не учи­ тывается.

Состояние поверхности характеризуется также чи­ стотой, т. е. отсутствием на подложке или частицах адсорбированных посторонних веществ, влаги и др. Последние могут изменять не только молекулярную, но и электрическую составляющие силы адгезии. Так, если поверхность сепарируемого материала обрабо-

30

тать поверхностно-активным веществом, то можно уменьшить или увеличить поверхностную проводи­ мость материала н тем самым изменить величину его заряда, а следовательно, н силу адгезии [48, 49]. Во­ просы эти в литературе освещены недостаточно.

Рис. 6. Зависимость величины за­

жающей газовой среды является наиболее существен­ ным фактором, влияющим на формирование контакт­ ного и электролитического механизма заряжания ча­ стиц, а следовательно, и на величину адгезии

[48—52].

Относительная влажность воздуха влияет на по­ верхностную проводимость твердых частиц. Так, на­ пример, при относительной влажности более 60% электропроводность твердого вещества велика, и за­ ряжание поверхности при контактной электризации не происходит, так как влага способствует утечке за­ рядов и снижению кулоновских сил, а следовательно, и адгезии. Адгезия тонких частиц в этом случае обус­ ловливается только лишь капиллярными силами.

Изменение электропроводности диэлектрика при переходе от вакуума к среде насыщенной водным па­

адсорбции паров воды на поверхности кварцевой пла­ стинки электропроводность увеличивается с ІО-17 до 10-11 ом-1-см"1, а величина заряда уменьшается и снижается, следовательно, сила адгезии. Зависимость величины заряда частиц кварца (после отжига при температуре 210° С) от относительной влажности воз­ духа показана на рис. 6 [53].

31

Установлено, что при относительной влажности воздуха более 55% величина заряда резко падает, а при изменении влажности от 15 до 55% — остается примерно одинаковой. Уменьшение заряда можно объяснить тем, что с повышением влажности увели­ чивается поверхностная проводимость частиц, а на­ личие пленочной влаги снижает возможность контакт­ ного заряжания. В результате этого вследствие умень­ шения величины заряда снижается сила адгезии. В то же время при значительном повышении относи­ тельной влажности (>60%) с увеличением толщины слоя влаги адгезия увеличивается, так как проявля­ ется действие капиллярных сил, возникающих на по­ верхности контактов частицы и подложки пли между частицами, обусловливающее их слипание, а следо­ вательно, и ухудшение эффективности процесса сепа­ рации. Применять трибоадгезпонную сепарацию мож­ но только для воздушно-сухих материалов, так как малейшее изменение поверхностной влажности мо­ жет существенно изменить электрические свойства порошков.

температуру нагрева окружающей среды н контакти­ рующих материалов.

Л. Лёб [35] рассматривает увеличение контактной разности потенциалов и электризацию частиц при на­ греве с точки зрения зонной теории твердого тела. В металлах при повышении их температуры увеличи­ вается движение валентных электронов, которые при этом заполняют вакантные уровни энергетических зон. Поверхностная плотность заряда частиц возрас­ тает. Если кинетическая энергия теплового движения будет достаточно велика, электроны способны прео­ долеть потенциальный барьер, обусловленный силами кулоновского притяжения, и покинуть поверхность вещества. Соприкасающиеся поверхности окажутся заряженными электричеством противоположного зна­ ка. У проводников и диэлектриков с повышением тем­ пературы нагрева проводимость также увеличивается и на поверхности их частиц может накопиться значи­ тельный по величине заряд.

Контактная разность потенциалов UK, обусловлен-

32

Температура ttaepeda,9G

Рис. 7. Зависимость величины заряда частиц фос­

пая разностью работ выхода ДИ7=срЛ—срв систем ме­ талл — металл, металл — полупроводник или диэлек­ трик (при одинаковых температурах поверхностей), численно равна этой разности, деленной на величину заряда электрона <?,

разность потенциалов, обусловленная явлением Зее­ бека, составляет ~ 0,1% UK-

Из сказанного следует, что нагрев является од­ ним из основных факторов электризации при контак­ те различных материалов. Во всех случаях для обес­ печения перехода электронов или ионов с одной поверхности на другую необходимо, чтобы кинетиче­ ская энергия теплового движения была достаточна для преодоления сил взаимодействия электронов или ионов с их поверхностью.

На рис. 7 показана зависимость величины заряда частиц фосфатного вещества разной крупности от

Рис. 8. Зависимость заряда, образующегося при тре­ нии о кварцевую трубку кварцевых (а) и микроклиновых (б) частиц, от их размера:

/-—ч а с т и ц ы в ы с у ш е н ы н а в о з д у х е ; 2 — ч а с т и ц ы н а г р е т ы д о 105°С

температуры предварительного нагрева. Исследова­ ниями установлена целесообразность использования оптимальной температуры нагрева (120—160°С),прн электростатической сепарации фосфоритных руд [50].

Аналогичными исследованиями термической обра­ ботки хлоридов [70] показано, что при нагреве смеси сильвина и галита до 400—450°С и последующем охлаждением их до 120—140°С при интенсивном перемешивании смеси достигается оптимальная раз­ ница в величинах зарядов, в результате чего обеспе­ чивается высокая эффективность их электросепара­ ции.

Зависимость зарядов кварцевых и микроклиновых частиц от температуры показана на рис. 8. Заряды нагретых кварцевых частиц больше, чем ненагретых. С уменьшением размеров частиц заряд увеличивает­ ся. Нагрев кварцевых частиц до 105°С сопровождает­ ся удалением конденсационной влаги и уменьшени­ ем удельного сопротивления вещества (с 10s до ІО3 Мом) [22]. Это способствует переносу электронов и повышению контактной разности потенциалов, а сле­ довательно, и адгезии.

Повышение температуры вызывает внутреннюю ионизацию, по-разному влияющую на величину двон-

34

Höfo слоя и могущую изменить его знак, снижая тем самым исходный заряд частиц, например микроклина.

Рис. 9. Изменение заряда образца из боросиликатиого стекла при качении его

величины зарядов частиц зависят от скорости каче­