(二)矿粒在电晕电场中获得的电荷
球形矿粒在电晕电场中所获得的电荷,通常以下式表示:
式中 r———矿粒半径,
ε0———空气介电常数,F/m,
e———离子电荷,等于1.6×10-19C;
n———电晕电场内离子浓度,即每m3离子数;
K———离子迁移率,m2/V•s,在1个标准大气压时,K为1~2×104m2/V•s,相当于15~
30m2/s
t———放电时间,s。
如采用电场中离子浓度n=1014离子数/米3,从上述公式,令t=10-3,10-2及10-1秒,则可求得矿粒相应的荷电量为极大值Qmax的6%,45%及90%。
矿粒在电晕场中荷电达到极大电荷值Qmax所需的时间关系。
对小于2毫米至0.1毫米的粗粒矿物,要求在电晕场中能荷以较大的电荷值(Qmax)(至少为50%Qmax),这是由于矿粒比较大,在鼓筒式电选机上所受的离心力及重力分力也大,特别是对非导体矿粒而言,则尤为重要,如不从电晕场中吸附较多的电荷以及由此而产生较大的镜面吸力,则必然由于离心力及重力过大而混入导体产品中,影响分选效果;但对导体而言,则不受影响,因为只要能及早地将吸附之电荷通过接地极而传走。
对小于0.1毫米的矿粒而言,由于其粒度小,质量也小,在同等荷电条件下,则比表面电荷大,但如果在鼓筒式电选机的同等转速下(与粗粒相等),则其离心力几乎要小1000倍,如果像分选粗粒一样,也荷以很大的电量,则产生的镜面吸力会更大,这对导体矿粒而言,必然会带来相反的结果,特别是细粒(小于0.1毫米)的分子间的作用力很大,则会极难从细粒群中分出,因此分选细粒要求的荷电量远远比粗粒要小得多,即荷电的时间也要短一些。
根据上述粗粒和细粒的性质和特点,特别是要求荷电量的不同,为此必须采用不同的电极结构以适应于上述情况。此外还必须在操作条件上有明显的不同,主要是电压及产生离心力的转速上,粗粒要求电压高,转速小,细粒要求电压低,转速高。[next]
(三)矿粒在电场中所受到的各种电力和机械力的作用
矿粒在电晕场中获得电荷后,同时受到各种电力和机械力的作用,导体与非导体的运动轨迹不同,从而得以分开。由于鼓筒式电选机具有典型性且广泛为各国使用,故仍以此说明。图9为矿粒在鼓筒不同位置上所受各种电力和机械力的图形。
A 库仑力F1
矿粒在电场中获得电荷后,立即受到库仑力的作用,如果是导体矿粒在高压静电场中受到感应后而带电,同样受到库仑力的作用。库仑力用下式表示:
F1=QE (8)
式中 F1———作用干矿粒上的库仑力,N;
Q———矿粒在电场中所获得的电荷,C;
E———电场强度,V/m或kV/m..
对导体矿粒而言,为静电极对它的吸引力,其方向乃朝着带电电极;对非导体而言,则为斥力,方向乃朝向接地极,恰与导体相反。
B 镜面吸力F2
镜面吸力是矿粒在电晕电场中吸附电荷后,由此而与鼓面感应产生的电力,以下式表示:
式中 Q(R)———矿粒剩余电荷,C;
r———矿粒中心与接地极之间的距离,m.
镜面吸力是使导体与非导体分开最为重要的电力,矿粒在电晕场中吸附电荷后,除去经接地极(转鼓)传走少部分外,绝大部分电荷则与鼓筒之表面相对应位置感应而产生吸引力,此感应电荷与剩余电荷大小相等,而符号相反;导体矿粒之电荷剩余极少或等于零,而非导体则几乎不能传走,故紧吸于鼓面,方向朝向鼓面。[next]
C 非均匀电场的作用力F3
此力又称之为有质动力,其大小以下式表之:
式中 r———矿粒半径,m;
ε0, εa———分别表示真空及空气的介电常数,F/m;
εd———介质的介电常数;
εm———矿粒的介电常数,F/m;
E———电场强度;
gradE———电场梯度。
当εm<εd时,矿粒被排斥到较弱的电场中,反之当εm>εd时,则矿粒被吸向电场强度大的区域。由于电选均在空气中进行,因此εd=1,则上式10可写成
电场强度及梯度愈大,F3愈大;愈靠近电晕极则gradE愈大,根据测定,愈靠近接地极,梯度很小,加之分选之粒度本来已很小,则r3更小,两者之乘积就更小,故可忽略不计。为此真正起作用者则为F1及F2两种电力。