Файл: Олофинский Н.Ф. Трибоадгезионная сепарация.pdf

При трибоадгезиомной сепарации решающее зна­ чение имеет сила зеркального отображения. Варьи­ руя различными факторами, влияющими на величи-

Рис. 13. Векторная диаграмма сил, действующих на частицу на поверхности барабана

ну заряда частиц, можно добиться увеличения на несколько порядков электрической составляющей силы адгезии (по сравнению с молекулярной составляющей или другими силами адгезии, имеющими место при сепарации).

Векторная диаграмма этих сил показана на рис. 13. Минимальное значение их равнодействующей бу­ дет в точке X. Частицы, не оторвавшиеся в этом мес­ те, удерживаются на поверхности барабана и снима­ ются с него щеткой или скребком.

Для отрыва частицы от барабана необходимо, что­ бы сумма всех сил, действующих на нее, была боль­ ше нуля. Воздействуя на составляющие силы адге­ зии, можно добиться широкого использования три­ боадгезионной сепарации в обогатительной практике.

3.КОНТАКТНАЯ ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ЧАСТИЦ

ОТВЕРДЫЕ ПОВЕРХНОСТИ

Контактное заряжание является важным фактором электризации тонкодисперсных частиц сепарируемых"

44.

материалов. Трибоз'аряды, возникающие при кон­ такте частиц с твердой поверхностью (подложки) или друг с другом, существенно влияют на величину ад­ гезии, а следовательно, и на повышение эффективнос­ ти сепарации.

Расчет зарядов сложен, так как зависит от таких факторов, как гранулометрический состав и форма частиц, их влажность, степень загрязненности по­ верхности частиц посторонними веществами и адсор­ бированными атомами газов и др.

Все проведенные исследования, носящие в основ­ ном качественный характер, позволяют лишь прибли­ женно оценивать величины, которые определяют силы адгезии. В реальных условиях, на величину заряда частицы, а следовательно, и на силу адгезии влияют физико-химические свойства контактирующих тел, состояние их поверхности, окружающая среда, темпе­ ратура, скорость отрыва частиц от подложки и дру­ гие трудно учитываемые факторы. В связи с этим ве­ личины зарядов определяются экспериментальным пу­ тем.

Целью зарядки как однородных, так и разнород­ ных частиц минералов является создание на них мак­ симальных по величине и желательно различных по знаку зарядов. Важную роль при этом играет не аб­ солютная величина зарядов, а их разница, обусловли­ вающая эффективное разделение.

Контактная электризация обеспечивает гораздо большую разницу в величинах зарядов, чем электри­ зация в поле короны, хотя по абсолютной величине заряды в первом случае значительно меньше.

Так, например, при контактной электризации эф­ фективность селективного разделения полевого шпата и кварца, характеризующихся почти одинаковыми электрофизическими свойствами, значительно выше, чем при других способах зарядки (ионный ток корон­ ного разряда; поверхность, находящаяся под потен­ циалом высокого напряжения; облучение ультрафио­ летовыми или инфракрасными лучами; пьезоэффект

идр.) [48].

Уметаллических частиц величина заряда повыша­ ется пропорционально квадрату их радиуса [4, 35].

Распространить это положение на частицы полупро­

45

водников и диэлектриков, характеризующихся в ос­ новном произвольной формой, нельзя.

Существенное влияние на величину заряда имеет влажность материала. Обычно сепарация проводится при относительной влажности воздуха 55—60% [35]. При большей влажности частицы покрываются плен­ кой влаги, предотвращающей возможность увеличе­ ния заряда вследствие контакта, и силы адгезии уве­ личиваются под действием капиллярных сил, сни­ жающих сыпучесть материала. Заряжание таких ма­ териалов не идентично во времени.

На величину заряда также значительно влияет степень загрязнения поверхности частиц. В этом слу­ чае заряжание возможно как под действием поверх­ ностно-активных веществ (изменение физико-химиче­ ских свойств материалов), так и вследствие измене­ ния механизма заряжания (электролитическое заряжание).

Одним из основных факторов, от которого сущест­ венно зависит степень электризации частиц при кон­ такте, является их нагрев. При нагреве в большей части случаев достигается изменение электрофизиче­ ских свойств частиц минералов (поверхностная или объемная проводимость, диэлектрическая проницае­ мость) и одновременно разрушение поверхностной пленки влаги, что позволяет твердой частице заря­ жаться при непосредственном контакте ее с подлож­ кой.

Увеличению трпбозарядов способствует также виб­ рация, применяемая при перемещении частиц по пло­ скости питателя, что повышает число контактов ча­ стиц с твердой поверхностью.

Установлено [47], что заряженная частица, неза­ висимо от знака ее заряда, прочно удерживается на поверхности заземленного барабана.

Как уже указывалось, рассчитывать величины трибозарядов тонкодисперсных частиц, а следовательно, и силы взаимодействия электрической составляющей адгезии очень сложно, поэтому их учитывают косвен­ но — по выходу удерживаемой фракции сепарируемо­ го материала. Цель зарядки — образование на клас­ сифицируемых частицах однородных минералов за­ рядов максимально различных по величине и (жела-

46

телыю) противоположных по знаку. При этом важна не абсолютная величина зарядов, а разница их для отдельных классов крупности.

Известно несколько способов зарядки частиц ми­ нералов мельче 100—150 мкм.

3 а р я ж а н ие в но ни ом т о к е к о р о н н о г о р а з р я д а . В этом случае количество ионов, адсорби­ рованных на поверхности частицы, или ее заряд в зоне коронного разряда, зависят от величины тока короны времени нахождения частицы в зоне разряда, ее раз­ меров, формы, влажности, вещественного состава и др.

Для эффективной классификации частиц необхо­ димо однозначное соответствие между их размером (или массой) и зарядом. Так как в природе абсолют­ но нейтральных тел нет и классифицированные части­ цы, поступающие в зону коронного разряда, несут на себе трибоэлектрические заряды обоих знаков, кине­ тика зарядки частиц зависит от многих факторов и в основном происходит в соответствии с теорией Потенье. Время, за которое частицы могут получить мак­ симальный заряд находясь в зоне коронного разря­ да, составляет не более 1 с [55].

К числу недостатков рассматриваемого способа зарядки относятся необходимость применения источ­ ников высокого напряжения (десятки киловольт), ма­ лая концентрация частиц заряжаемого материала и зависимость величины заряда от траектории частицы в зоне коронного разряда.

ный способ, однако применять его целесообразно в основном при зарядке частиц проводников. Частицы, попав на металлическую пластину, соединенную с ис­ точником высокого напряжения, мгновенно достига­ ют заряда максимальной величины. Знак заряда сов­ падает со знаком потенциала.

Время заряжания частиц полупроводников зависит от электрического сопротивления материала частицы. Перенос заряда у частиц диэлектрика осуществляется только в точке контакта. Для эффективной зарядки частиц диэлектриков необходимо устройство, обеспе-

47

чиваіощее соприкосновение с зарядной пластиной всех точек частицы. Осуществить это весьма сложно, так как классифицируемые частицы в основном имеют неправильную форму.

Т р и б о з а р я д к а с п о м о щ ь ю в и б р о л о т к а. Заряжание частиц при их механическом трении друг о друга или ударе о поверхность известно давно, од­ нако природа этого явления и закономерности трибо­ зарядки до сих пор не ясны.

Трпбозаряды, образующиеся па частицах при их распылении, ударе и трении о поверхности, достигают значительных величин [55]. Трпбозаряд можно увели­ чить также подогревом плоскости трепня или вибра­ циями. Последние более эффективны, чем перемеще­ ние частиц по неподвижной плоскости трения, зигза­ гообразным желобам и др. Величины зарядов, полу­ чаемых частицами при движении по вибролотку, зависят от скорости их перемещения и амплитуды виб­ рации лотка, которая регулируется напряжением, по­ даваемым на электромагнит вибратора, и зазором между якорем катушки вибратора и нижней поверх­ ностью лотка. Оптимальная длина лотка 400 мм. При большей длине величина заряда почти не изменяется. Угол наклона лотка к горизонтали 30—35°. При ин­ тенсивной вибрации отдельные частицы перекатыва­ ются и взвешиваются в воздухе в течение большей части вибрационного цикла. При этом обеспечивается величина зарядов, достаточная для сепарации. При ударе о твердую поверхность также возможно увели­ чение площади контакта и разрушение поверхностных пленок.

Электризация трением (трибоэлектрнческий эф­ фект) наблюдается главным образом у диэлектриков. Изолированные металлы также электризуются при трении [1]. Плотность зарядов на разделенных по­ верхностях определяется физическими свойствами последних и окружающей средой.

При трении диэлектрики и полупроводники с большей диэлектрической проницаемостью заряжа­ ются положительно [54]. Плотность заряда граничных слоев пропорциональна разности диэлектрических проницаемостей соприкасающихся веществ. Заряды у диэлектриков больше, чем у металлов.

43

Объясняется это повышенной подвижностью элек­ тронов проводников.

Л. Лёб [35], анализируя работы Генри, Боудена и Тейбора, рассматривает трибоэлектризацию, с одной стороны, как общий нагрев всей подвергаемой тре­ нию поверхности, а с другой — как сильный локаль­ ный нагрев отдельных неоднородностей. Оба эти процесса зависят от свойств вещества и состоя­ ния поверхности. Очевидно, что у твердых веществ, температура в области отдельных неоднородностей которых может быть очень высока, возможна терми­ ческая эмиссия электронов, в результате чего нагре­ тая поверхность заряжается положительно.

В этом случае нагретая поверхность имеет более высокую плотность зарядов. В- результате в единицу времени с нагретой поверхности на холодную будет переходить большее число ионов, чем в обратном направлении, что приведет к электризации. Таким об­ разом, заряжание за счет высокой разности темпера­ тур, обусловленной несимметричным трением, нали­ чием разности потенциалов и зарядов насыщения, вызванных термической миграцией ионов, довольно правдоподобно, хотя и требует дополнительных ис­ следований.

Нами установлено, что с увеличением амплитуды вибрации (от 1 до 8 мм) величина зарядов частиц повышается до определенного предела, после которо­ го практически не меняется [47]. При перемещении по вибролотку материала величина зарядов мелких частиц оказывается больше, чем крупных, так как при одной и той же длине вибролотка число контактов мелких частиц с его поверхностью больше. Увеличе­ ние заряда мелких частиц сопровождается возраста­ нием силы адгезии, в связи с чем мелкие частицы луч­ ше удерживаются на поверхности барабана сепара­ тора.

Выход фракции, удерживаемой на поверхности барабана при предварительной зарядке частиц с по­ мощью вибролотка (рис. 14, кривая 3), в три раза больше выхода частиц, заряжаемых трением друг о друга или о лоток (кривая 2), и в пять—семь раз больше выхода незаряженных частиц (кривая 1), по­ ступающих из бункера непосредственно на барабан.

Значительно влияет па зарядку частиц материал лотка. Первоначально исследовались подложки лотка из алюминия, стали марки Ст. 3, бело/і жести и ла-

Рнс. 14. Сравнительный выход удерживаемых фракций касситеритового продукта в зависимости от температуры

туни. Лучшие результаты получены при применении белой жести и стали марки Ст. 3.

Для устранения влияния внешних электрических воздействий на трибозарядку частиц и обеспечения униполярности их зарядов поверхность лотка зазем­ лялась. Следует отметить, что одноименно заряженные частицы не слипаются, благодаря чему улучшаются условия их сепарации. При применении подложки лотка из непроводящих материалов могут возникать при трении о них сепарируемых частиц значительные статические заряды, нарушающие стабильность про­ цесса.

Д р у г и е с п о с о б ы з а р я ж а н и я . Причинами возникновения электрических зарядов на определен­ ных частицах могут быть механические напряжения. Возникающие при этом пьезоэлектрические заряды обусловливаются присутствием диполей в составе кристаллической решетки. При сжатии кристалла ди­ поли сближаются и их суммарный электрический мо­ мент изменяется. Это приводит к появлению зарядов на поверхности кристаллов.

Другим способом заряжания может быть облуче-

50

фракцию. Распущенные же волокна асбеста, вследст­ вие особенностей своей формы н малой площади кон­ такта с подложкой барабана, не удерживаются на последнем п попадают в приемник для падающей фракции [6, 47].

Пробы барита и касситерита, представленные утолщенио-таблетчатыми обломками кристаллов с раковистым изломом, также характеризуются развет­ вленной поверхностью мелких частиц (за счет трещи­

различных материалов поверхности лотка и барабана сепаратора установлено, что большие по величине трибозаряды получаются при применении подложки из стали марки Ст. 3 или белой жести.

Таким образом, очевидно, что при сепарации раз­ нообразных тоикодисперсных материалов можно эф­ фективно регулировать различия в силах адгезии, обеспечивающих широкое применение нового и весь­ ма эффективного трибоадгезионного процесса сепа­ рации.

Для предотвращения искажения процесса все час­ ти сепаратора (барабан, корпус, питатель, бункер, вибролоток и др.) заземляются.

III.МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

На трибоадгезионных сепараторах можно разде­ лять материалы по вещественному составу или круп­ ности. В одних случаях можно применять одну из этих операций, в других, например при обработке низших сортов асбеста или его отходов, — обе опера­ ции.

Процессу сепарации обычно предшествует подго­ товка питания, включающая сушку, классификацию, додрабливание до желательной крупности, отделение крупных примесей и др.

Наличие посторонних примесей вызывает засоре­ ние питателя и полное или частичное прекращение поступления материала в сепаратор. Материал, пред­

52