细粒电选是当前国内外引起重视和研究的重要问题,特别是小于0.1毫米的细粒物料,经过世界各国学者的研究后,已经取得了显著的进展。一种是干式电选,另一种是采用湿式方法。
一、干式回旋电选机
这种电选机构造乃近乎一椭圆的闭合环形,而管之切面为矩形,图1其构造简图。图中1处送入热风,3处给入物料,2为调节阀门。物料沿管道随热风而流动,在管道4处安装有电晕极,5为接地极,进入管道的细粒物料在BC这一段带电。不论导体或非导体矿粒在电晕场中获得电荷后,由于电性质不同,导体矿粒吸附之电荷立即经接地极6而传走,随气流带动至8处排出,介乎两者之间的中矿则与空气循环再行分选。根据选别的矿物所带电荷和转变所需的时间不同,电极尺寸(指BC和CD之长)也可以改变。
图1 回旋电选机
1.热风管道连接口;2.调节阀门;3.物料给入口;4.电晕电极;
5.接地极;6、7.静电极;8、9.排矿孔;10.分隔板
如利用此种电选机分选由于摩擦而带电的矿物,则不必安装电晕极4,只是利用矿粒与管道壁摩擦,在管壁内再衬以其他材料,以利于矿粒带电,而只需在6,7处安装静电极,分选带有正负电荷的两种矿物。采用的电压可达50千伏,分选粒度小于5微米,分选的效果比较好,目前尚未构成生产系列产品。
二、湿式介电分选机
这种电选机的分选是在介电液体中进行,而不同于本篇前述各种干式分选。其原理乃是介电体矿粒在非均匀电场中极化而产生不同的运动。当分选的固体粒子的介电常数小于介电液体的介电常数时,则电场对粒子产生斥力,反之大于液体的介电常数时则产生吸力。
根据理论公式,产生的电力(又称有质动力)为:
式中 F ——电力,N;
εm,εL——矿物及介电液体的介电常数;
当(1)中的r3,E及gradE为常数时,则F仅仅与εm 及εL 有关。
当εm>εL 时,F>0,电极吸引矿粒;
当εm<εL 时,F<0电极排斥矿粒。
且当εL=0.365εm ,F达到极限值(此乃根据实测而得出)。[next]
由于这种分选是非均匀电场,且在液体中进行,细粒矿在介质中的运动必然与介电泳力、静电力、扩散或渗透压力、重力和粘滞阻力等有关,但由于这是一种粒群运动,且这些力暂时还无法测定和计算,因此只考虑电力的作用。
介电液体常采用四氯化碳和甲醇的混合物,也有采用煤油和硝基苯的混合物,根据需要而配制成不同介电常数的介电液体。可按下式求得平均值。
式中 ε1 ——第一种介电液体的介电常数;
ε2 ——第二种介电流人体的介电常数。
如果要求的εL值比两者的平均值大或小,则可适当增加或减少第一种介电液体的量,以调节合适的εL值。
此种电选机采用的电源不同于一般电选机,而是采用2~5千伏的交流电源,也可用直流电源。
1. 鼓筒式介电分选机
此为美国研制的一种介电分选机,在鼓筒上安装有很多细丝,与之对应的为一筛板网,通电后则在鼓筒与筛板之间形成非均匀电场,且鼓筒之2/3浸入介电液体中,其构造如图2所示。
图2 鼓筒式介电分选机简图
1.给矿;2.转鼓电极;3.筛网电极;4.低落介电常数矿粒;5.介电常数为K的中间介电液体;
6.高介电常数矿粒;7.分隔板关键位置;●——离介电常数矿柱(>K);○——低介电常数矿粒(﹤K)
给料从鼓筒之上部给入到鼓面后,由转鼓带动到介电液体中,此时矿粒进入筛子与转鼓间所形成的电场作用区,由于非均匀电场的作用,介电常数大于液体的矿粒吸在转筒上面,而介电常数低于液体的却被排斥而通过筛孔落到左边,吸在鼓筒丝极上的矿粒则随转鼓转动,一俟近于离开筛板之分隔板关键位置时,即落下至右边的槽中,因为该点的场强变小,且受到液体阻力和重力影响,故能排下。
根据美国矿业局报导,对28种复杂矿的分选表明,效果很好,但生产能力很低,是其突出的弱点。
2. 高梯度电选
此为近几年的研究成果,乃介电分选上的进展,也是针对微细粒难选物料而研制的一种新设备。类似于高梯度强磁选,是从提高电场梯度出发,采用介电体纤维在电场中被极化而产生极化力,从而以提高电场梯度,而此介电体纤维就完全类似于高梯度磁选中的钢毛介质。[next]
非导体的球形物体置于绝缘介质流体中并处于非均匀电场的作用下,当保持平衡时所受到的介电泳力为:
式中 Fe ——介电泳力,N;
X ——极化率;
V ——物体体积,m3;
——电场梯度,也可用gradE表之。
其余单位符号同前。
如物体也像磁性物体那样,有各向异性则a为张量,无法可计算,但对球形物体,极化率为:
将x值、球形体积代入(3)式,整理后得出球形矿粒在液体中平移的介电泳力为:
式中 r、E、εm 、εL 等符号及单位同前。
显然Fe与电场强度及梯度直接相关,电场强度E越大,梯度也越大,介电泳力也越大,且Fe由丝极的形状和大小来决定,并由电场强度即母体极化后所产生的梯度而定。图3为周期式高梯度电选机构造简图。分选罐中所用介电体为玻璃纤维、球或棒形钛酸盐(如钛酸钡等)、陶瓷纤维等,加于分选罐中,罐中装有绝缘的介电液体。
图3 周期式高梯度电选机
A.平行板式;B.圆筒式
1.流速控制阀门;2.给矿阀门;3.清洗阀门;4.分选罐及介质;
5.电极;6.清洗阀门;7.给矿阀门;
8.直流电源和电场控制;9.自控装置;10.至阀门
两极板通上电源后,介电体纤维被极化,两端出现了正负电荷,形成梯度很高的单元电场,从而产生很大的电力,捕集矿粒,而捕集矿粒所产生的聚电效应又建立了新的捕集点,研究表明,电力Fe可超过重力的50到150倍,在电场中捕集的切面积超过纤维介质半径的100倍,但只限于介电体纤维或球体的表面,当等于或大开纤维或球体直径时,介电体的非均匀性趋近于零。只要中断电源,被捕集在纤维或球体表面的矿粒能立即冲洗掉,因此新方法具有很大的优越性。
现此种设备已发展成为连续式高梯度电选机,且已在石油精炼、金属和植物油工业上应用,在选矿、化工、废物处理等方面有广泛应用的前途,其处理粒度可达微米级,甚至胶体粒子也能用此设备分离。