矿物通过各种方法荷电后,在电场中进行分选,主要是由于矿粒所受各种电力和机械力不同,从而产生的运动轨迹也不同,使之能彼此分开。电选过程的理论主要涉及三方面的问题:第一是产生适合电选要求的电场;第二是如何使矿粒获得一定量的电荷;第三是获得电荷后受到各种电力及机械力并使之配合好而达到分选。
电选实践中用得最为广泛的是高压电晕电场及静电场,且绝大部分是非均匀电场,而鼓筒式电选机又是使用最为普遍且具有代表性的一种。
一、影响电晕放电的因素
电晕放电是一种自持放电,电选要求稳定地放电,即不随时间而变化的直流放电,负电极使用最广泛。这种放电是采用直径很小而曲率又很大的电晕极,使之带高压负电或正电,另一极则为接地极,它与带电极相反,其直径很大而曲率很小。正负极距离(称之为极距)很小,常为60~70毫米,这样配合后,很容易产生电晕放电。现在世界各国广泛使用的鼓筒式电选机,其电晕丝的直径仅仅只有0.2~0.5毫米,而鼓筒直径却达250~350毫米,两者直径之比为1:1250或1:1750,显然两者之差极大,如接地极为平面极时,则相差更大。
从选矿的角度来说,要求这种持续放电稳定可靠,即靠近鼓筒或各种接地极之空间产生稳定的空间体电荷,切忌产生火花放电,这主要是由于火花放电时使空间体电荷紊乱,实际中也反复证明,产生火花放电时,选矿指标一定要下降。电晕放电时,其最为突出的影响因素有电源电压、极距以及空气湿度。
电压:在相同条件下,电压越高,在接地极(鼓筒面或平面)上的电晕电流也越大,其关系曲线如图1所示。
图1 电压与电晕电流关系曲线
极距:极距也是严重影响电晕放电电流的重要因素,在相同的电压下,极距越小,电流越大,亦即电流随极距的增加而减小,其关系曲线如图2所示。
图2 极距对电晕电流分布的影响
电选时并不能采用太小的极距,虽然它容易产生电晕放电,但一俟电源电压不稳定及给矿中含有少量铁质时,则极易产生火花放电,以致破坏正常的电选。生产中常采用60~70毫米极距,实验室则常用50毫米的。
空气湿度:空气湿度也是影响电晕放电的因素,在相同的电压下,空气湿度越大,电流越小,这主要是湿度增加,空气分子不易为电子所电离之故。
图3是不同空气湿度时,电压与电流的关系曲线。
图3 不同空气湿度电压与电流关系曲线
1.湿度为12g/m3; 2.温度为29g/m3; 3.湿度为75g/m3; 4.湿度为120g/m3
电晕放电时,在电极表面产生浅紫色的光辉,像露水珠一样,同时放出臭氧,并发出像漏气样的丝丝响声,从毫安或微安表上可读出电晕电流的大小,或者还可从鼓筒表面上测出电晕电流的分布。总之,电压越高,这些现象和情况则越为明显。[next]
二、电晕放电电场的计算
电选中电晕电场的计算是比较复杂的,且无准确的公式可用,这是由于极距很小,同时涉及影响放电的因素比较多,目前只有标准的圆筒形,即带电电极正好在圆筒的中心这种形式;另一种是电晕极与平面极配合的形式可计算,其他形式则无法计算。
1.圆筒形电场强度及放电电流的计算
此种形式的起始电晕放电电场强度的计算,可采用下述简但计算法。
式中 EK ——圆筒形电晕放电的起始场强,kV/m;
δ ——空气相对密度,在标准气压,温度25℃时等于1;
r0 ——电晕放电电极半径,m
如采用更精确的计算方法,则用下式
式中 E ——电场强度,kV/m;
r0 ——电晕放电电极半径,m;
I ——线电流密度,mA/m;
K ——离子迁移率,m2/V•s。
圆筒形中电晕极放电电流的计算:
式中 R ——圆筒内径,m
u ——加于圆筒中心电晕极电压,kV;
uk ——电晕放电起始电压,kV。
2.来面极与电晕极的电场强度及放电电流的计算
此种形式乃放电电极为尖削极或丝极,接地极为平面极,电场强度的计算公式为:
式中 x ——距电晕极中心距离,m;
l ——为两极之间的距离,m;
其他符号同前。
平面极与电晕极配合时,电流I的计算公式为
其配置形式如图4所示。
上述各种公式中,除圆筒形的计算符合实际外,其余都属于一些经验公式,而常用电选机的场强及电流是难以算出的,故都采用测定的方法来确定。
图4 平面极与电晕极配置图
1.电晕极;2.平面极[next]
三、探极法测定电场强度
探极法是在待测的点上引入一探测电极,其电源乃另外一高压电源,当改变加到探测电极上的高压电压时,则探测电极上的电流就会改变,作出此探测电极的伏安特性曲线后,并将此曲线的直线部分延长而使之与横坐标相交,此交点的电位值,即为测点的电位。图5 即为探极法的伏安特性曲线。求出电压后,即可由前述公式计算出场强。
图5 探极法测定伏安特性曲线
四、电晕电流的测定
电晕极对接地极放电,必然在鼓面上或平面极以及其他形式的接地极上产生微电流,此种电流以的大小、分布状态则与电选实际有着很重要的关系。因为它关系着矿粒在此区域内荷电量的多少,在这种极距很小的状态下,根本无法算出,只有靠测定的方法来解决。
测定的方法是在接地极的表面贴上一铜箔,并使之与接地极绝缘,再将此箔片与微安电流表相连接,然后使电晕极带高压电,则从电极发出的电子会落到铜箔上而反映在电流表上,读出此电流之大小,即为该鼓面或平面上该点电流之大小,再转动接地极,则可测出这根或几根电晕极对地极的整个分布曲线,如此类推,则可测出各种电极结构形式的电流分布曲线1其简单线路如图6所示。
图6 测量接地极鼓面电晕电流分布装置图
1.鼓筒;2.铜箔;3.绝缘纸;4.微安表
在接地极表面所反映的大小及分布,与电极间的电压、极距、电极结构形式、空气湿度,采用电晕极直径的大小等,都密切相关。电压相同,小极距的电晕电流大,反之则小;同一极距,电压越高,电晕电流越大,反之则小。电压越高,电晕电流在鼓面上的分布范围也越大。图7为极距相同,电压不同,一根电晕极放电时,电晕电流在鼓面上的分布曲线。
图7 电压不同,极距相同时的电晕电流分布曲线
显然20千伏时的电流以比12千伏的电流要高出好几倍(中心最高点),而作用区域也明显地增大一些,电压越高,这种情况更为突出。
电极结构不同,则在相同电压和相同极距时,其在接地极表面上的电晕电流分布也大不相同。图8为两种不同形式的电极结构所测出的曲线。上图之A种电极结构由于有静电极,电晕电流(鼓面)减弱,B种电极结构则使电晕电场作用区域减小,这些对我们测定一个电极是否合理适用,有重要意义。
图8 不同电极结构时,电晕电流在鼓面上的分面曲线
1.电晕极;2.静电极;3.接地极