Электрические сепараторы

Машины, в которых осуществляется электрическое обогащение, называются электрическими сепараторами.

По характеру электрического поля, в котором производится обогащение, различают электростатические сепараторы, коронные электрические сепараторы и коронно-электростатические сепараторы (обогащение осуществляется последовательно в поле коронного разряда и в электростатическом поле).

По конструктивным особенностям различают роликовые, барабанные, ленточные, пластинчатые и другие сепараторы.

В электростатических сепараторах электрический заряд сообщается минеральным частицам контактом с заряженным металлическим электродом, частично — трением. В результате частицы-проводники приобретают заряд, одноименный с зарядом электрода и отталкиваются от него; у частиц-диэлектриков вследствие поляризации на стороне контакта с электродом возникает разноименный заряд и частицы притягиваются к электроду. Результаты разделения в электростатических сепараторах улучшаются, если частицам обогащаемого материала предварительно сообщить заряд противоположного по отношению к электроду знака. С этой целью применяют, например, ионизацию с помощью заостренного электрода, при которой диэлектрики дополнительно заряжаются ионами и затем притягиваются к электроду.

Примером электростатического сепаратора может служить роликовый двухкаскадный сепаратор (рис. 90). Сепаратор включает установленные друг над другом вращающиеся заземленные цилиндрические электроды А (диаметр ролика 75 мм, длина 2400 мм) и противопоставленные им, также вращающиеся цилиндрические электроды В (диаметр 25 мм), В первичной зоне разделения против заземленного ролика А поставлены два неподвижных проволочных электрода С (стержни диаметром 5 мм). На электроды В и С подается высокое напряжение. Потенциал электродов В изменяется в пределах 5—18 кВ, электродов С — 3—6 кВ. Ток между электродами В и А составляет 5 мА. Частота вращения электродов 35—60 об/мин, производительность сепаратора 2—5 т/ч. В первой стадии выделяется первая отклоняющаяся фракция, затем — вторая и т. д. При отделении на таком сепараторе вермикулита от кианита и пироксена получен вермикулитовый концентрат с содержанием 96,5% вермикулита при извлечении его 92,4%. Перед обогащением исходный продукт нагревали до 120° С.

При обогащении хромитовых песков (гравитационный концентрат) получен концентрат с содержанием хрома более 41% при извлечении его до 98%.

В коронных электрических сепараторах электрический заряд сообщается минеральным частицам в результате адсорбции ионов воздуха, движущихся от коронирующего электрода к осадительному. Заряд ионизации минеральных частиц по знаку противоположен заряду осадительного электрода. Соприкасаясь с осадительным электродом, частицы-проводники отдают ему свой заряд, быстро разряжаются и попадают в приемник, а диэлектрики удерживаются на поверхности барабана электрическими силами и затем снимаются щетками в другой приемник. Коронирующие электроды обычно изготовляют в виде тонкой проволоки, а осадительные — в виде металлических цилиндров, плоскостей и пр.

Примером коронного электрического сепаратора является показанный на рис. 91 лабораторный барабанный сепаратор. Он состоит из пустотелого металлического барабана 1 с электронагревательными трубками (заземленный осадительный электрод), коронирующего многопроволочного электрода 2, укрепленного на изоляторе 3, бункера-питателя 4, приемника 5 с тремя отделениями, щеток 6, держателя коронирующих электродов 7, наклонного лотка 8, шиберов 9. Положение коронирующих электродов может изменяться в горизонтальном и вертикальном направлении. Попадая на осадительный электрод и перемещаясь вместо с барабаном, частицы вначале заряжаются в результате контакта с осадительным электродом. Попадая затем в поле коронного разряда между коронирующими электродами 2 и заземленным электродом 1, где образуется поток заряженных ионов воздуха, частицы заряжаются за счет адсорбции ионов. Заряд ионизации минералов по знаку противоположен заряду барабана. Проводники быстро разряжаются на заземленный барабан, не притягиваются к поверхности осадительного электрода и разгружаются в отделение I приемника 5. Диэлектрики притягиваются к поверхности осадительного электрода и щеткой 6 снимаются в отделение III приемника 5; в отделение II этого приемника попадает промпродукт (сростки, а также некоторые проводники и диэлектрики). Шиберами 9 регулируется выход каждого продукта.

В коронно-электростатических сепараторах материал обогащается последовательно в поле коронного разряда и в электростатическом поле. Коронно-электростатические сепараторы отличаются от коронных наличием отклоняющего электрода и создаваемого им статического поля, что способствует расширению веера разделяемых частиц и повышению эффективности обогащения.

Примером коронно - электростатического сепаратора может служить получивший достаточно широкое распространение сепаратор ЭКС-1250 (электрический комбинированный сепаратор с рабочей длиной осадительного электрода 1250 мм). Сепаратор включает (рис. 92) бункер с электрическим подогревателем 1, барабанный питатель 2, станину 3 и два расположенных один над другим идентичных каскада с заземленным осадительным электродом 4, щеточным устройством 5 и отсекателями 6, отклоняющим 7 и коронирующим 8 электродами, укрепленными в специальных держателях. Отклоняющий (диаметр 25 мм) и коронирующий (диаметр 0,4 мм) электроды расположены параллельно осадительному (диаметр 130 мм). Расстояние между электродами 20—50 мм.

На электроды подается постоянный ток высокого напряжения. Обогащаемый продукт равномерно направляется барабанным питателем на вращающийся осадительный электрод, сбрасывается с него в поле коронного разряда и приобретает заряд противоположного по отношению к осадительному электроду знака. В результате все частицы отбрасываются к осадительному электроду; проводники отдают приобретенный заряд ионизации, заряжаются одноименным с электродом знаком и отталкиваются от него, а диэлектрики притягиваются к осадительному электроду, удерживаются на нем, выносятся из поля короны и снимаются щеточным устройством в отсек непроводников. Отталкиваясь от осадительного электрода, частицы-проводники попадают в электростатическое поле между осадительным и отклоняющим электродами, где испытывают притяжение противоположно заряженного отклоняющего электрода, еще больше отклоняются от осадительного электрода и дополнительно разделяются по величине заряда с выделением промпродукта (в него попадают проводники с недостаточным для отклонения зарядом, часть плохо закрепившихся на поверхности осадительного электрода диэлектриков и пр.). Продукты верхнего каскада (проводники, диэлектрики, промпродукт) отсекателями могут направляться на нижний каскад для перечистки. На нижнем осадительном электроде также получается три продукта.

Производительность сепаратора 1—3 т/ч, расход электроэнергии 1,5—1,6 кВт ч/т. Производительность существенно возрастает при повышении частоты вращения осадительного электрода до 500 об/мин, что связано с интенсификацией процессов зарядки и разрядки частиц. Одновременно улучшаются технологические показатели обогащения, причем разделению может подвергаться более тонкий материал (например, рутил и лейкоксен крупностью —70 +30 мкм).

Из электрических сепараторов наибольшее распространение получают коронно-электростатические.

При доводке на коронно-электростатических сепараторах цирконо-пирохлорового гравитационного концентрата, содержащего около 12% пятиокиси ниобия и 12—27% двуокиси циркона, получен пирохлоровый концентрат с содержанием пятиокиси ниобия 45—54% при извлечении ого 89—93% и цирконовый концентрат с содержанием двуокиси циркония 17—32% при его извлечении 79—89%. Гравитационный концентрат перед электрическим обогащением обрабатывался катионным поверхностно-активным реагентом при расходе 1—2 кг/т.

При промышленном отделении на коронно-электростатических сепараторах кварца от полевого шпата содержание кварца в непроводниковой фракции по сравнению с исходным материалом увеличилось с 95,6% до 98% при извлечении его около 85%; потери кварца в проводниковой фракции (полевой шпат), выбрасываемой в отвал, около 15%.

Обогащая на коронно-электростатических сепараторах железный концентрат (гематит-спекулярит), полученный на винтовых сепараторах (хвосты последних подвергаются магнитному обогащению), можно повысить содержание железа с 63 до 69%.

В настоящее время разработана конструкция многосекционных сепараторов СЭС-1000 и СЭС-2000, позволяющая из типовых секций монтировать агрегаты для обогащения материала по любой схеме с необходимым числом перечисток (рис. 93).

Условиями эффективной работы электрических сепараторов являются: существенное различие электропроводности разделяемых минералов (может быть увеличена искусственно), низкая влажность обогащаемого материала, равномерное поступление материала и его загрузка тонким слоем, предварительное обеспыливание обогащаемого материала и узкая его классификация по крупности (особенно для крупного материала), соблюдение технологического режима (расстояние между электродами, приложенное напряжение и др.). Правильность ведения процесса контролируется минералогическим экспресс-анализом.

При работе сепаратора регулируется ширина щели для подачи материала, величина напряжения, частота вращения осадительного электрода, положение шиберов-отсекателей.

Электрические сепараторы работают под высоким напряжением, поэтому для безопасности персонала должна быть обеспечена электрическая защита от высокого напряжения (в соответствии с электротехническими правилами и нормами на высоковольтные установки). Все металлические части машин должны быть заземлены, возможность прикосновения к частям сепараторов, находящимся под высоким напряжением, должна быть исключена. Высокое напряжение включают после проверки исправности сепаратора, при работе вхолостую. Электросепараторное отделенно должно быть оборудовано вентиляцией для удаления вредных газов, в частности окислов азота, образующихся при работе высоковольтной установки, а также противопожарными средствами.

Категорически запрещается ремонт и чистка оборудования во время его работы; периодическая чистка деталей сепараторов от пыли должна проводиться после выключения тока, остановки сепаратора и его разрядки ручным или автоматическим разрядником.