Inti dari metode pengayaan listrik

Metode pengayaan listrik didasarkan pada perbedaan sifat listrik dari mineral yang dipisahkan. Berbeda dalam konduktivitas listrik, permitivitas dielektrik, potensial kontak, triboelektrik, piroelektrik atau efek piezoelektrik, mereka memperoleh nilai atau tanda muatan yang berbeda selama pengisian dan, sebagai akibatnya, lintasan gerakan yang berbeda dalam medan listrik, memberikan pemisahan partikel sesuai untuk sifat listrik mereka atau pemisahan listrik mineral.

Partikel bahan yang dipisahkan dapat diisi melalui kontak dengan elektroda bermuatan, ionisasi di medan listrik dari pelepasan korona, elektrifikasi oleh gesekan, perubahan suhu, tekanan, dan metode lainnya. Pilihan metode pengisian partikel memberikan perbedaan terbesar dalam sifat listrik dari mineral utama yang akan dipisahkan, dan dengan demikian efisiensi maksimum pemisahan listrik.

Setiap partikel mineral bermuatan selama pemisahan dalam medan listrik dipengaruhi oleh:

gaya Coulomb listrik F e, karena gaya tarik partikel ke elektroda yang bermuatan berlawanan dan gaya tolak menolaknya dari elektroda yang bermuatan sama baik dalam medan seragam maupun tidak seragam. Pengaruh Ulang pada lintasan gerak partikel secara praktis diratakan hanya di bidang polaritas variabel karena kelembaman mekanis partikel;

kekuatan bayangan cermin F 3 , karena interaksi muatan sisa partikel dan muatan induktif yang sama yang disebabkan oleh muatan ini pada permukaan elektroda. Gaya diarahkan ke elektroda. Secara absolut, itu jauh lebih sedikit Ulang dan efeknya hanya terlihat di dekat elektroda atau bersentuhan dengannya;

gaya gerak ponderomotive F n karena perbedaan antara nilai permitivitas partikel ε h dan Rabu ε dimana pemisahan terjadi. Ini cenderung mendorong partikel ke bagian medan yang lebih lemah jika ε h< ε s, dan sebaliknya tarik kembali pada ε h > ε Dengan. Kekuatan memanifestasikan dirinya hanya dalam bidang yang tidak homogen, termasuk, berbeda dengan F eh, dan di bidang polaritas variabel. Ini sangat kecil di udara dibandingkan dengan F e dan mencapai nilai tinggi dalam cairan dengan konstanta dielektrik tinggi;

kekuatan mekanik, yang utama adalah gaya tarik gravitasi, F Gaya sentrifugal G F u kekuatan resistensi medium F s.

Kekuatan adhesi molekul partikel antara mereka sendiri dan dengan elektroda, gaya gesekan antara partikel dan elektroda untuk partikel yang lebih besar dari 0,1 mm, serta gaya inersia yang bekerja pada tahap akhir pemisahan, relatif kecil dan biasanya tidak diambil. memperhitungkan.

Pemisahan partikel bermuatan berbeda terjadi sebagai akibat dari aksi gaya listrik dan mekanik pada partikel tersebut dalam area kerja pemisah. Rasio gaya dan efisiensi pemisahan dalam hal ini akan tergantung pada perbedaan sifat listrik dari mineral yang dipisahkan, perubahan kekuatan medan listrik dalam waktu (konstan atau variabel) dan ruang (homogen atau variabel), adanya muatan yang bergerak. pembawa (ion, elektron), jenis media pemisah (gas atau cair) dan sifat pergerakan material di ruang kerja pemisah listrik.

Pada separator dengan elektroda transpor tipe drum melengkung (Gbr. 6.1, sebuah) proses pemisahan mineral terjadi di udara.

Beras. 6.1 Diagram vektor gaya-gaya yang bekerja pada partikel dalam separator: a, b- elektrostatik drum; di- elektrostatik datar; G- ruang elektrostatik; d- dielektrik; satu- partikel bermuatan positif; 2- partikel bermuatan negatif

Medan elektrostatik atau listrik yang tidak homogen dengan polaritas konstan dengan kekuatan hingga 10 kV/cm dibuat antara drum dan elektroda kedua atau sistem elektroda yang berjarak darinya pada jarak tertentu. kekuatan listrik F e akan menekan partikel drum yang memiliki tanda muatan berlawanan dengan polaritas drum, dan menolak partikel bermuatan serupa darinya. Kekuatan pencerminan F 3 , diarahkan ke pusat drum, menjaga partikel di permukaannya. Gaya sentrifugal F c , sebaliknya, ia cenderung melepaskan partikel dari permukaan. Gaya gravitasi F r bekerja vertikal ke bawah, komponennya bergantung pada sudut rotasi drum. kekuatan pendorong F P

diarahkan dari pusat drum, karena konstanta dielektrik mineral lebih besar daripada udara, dan konsentrasi garis gaya medan meningkat menuju elektroda kedua. Namun, kekuatannya F P , seperti kekuatan perlawanan lingkungan udara F dengan untuk partikel granular di area kerja separator, relatif kecil dan dapat diabaikan.

Gaya resultan F, yang menentukan lintasan partikel dalam medan listrik pemisah, adalah jumlah vektor dari gaya interaksi utama:

Pada separator dengan elektroda transpor datar (Gbr. 6.1, di) antara itu dan elektroda kedua yang terletak di atas atau sistem elektroda, medan listrik atau elektrostatik dengan kekuatan 2- 4 kV/cm Gaya resultan F, yang menentukan lintasan partikel yang terpisah, adalah jumlah dari gaya listrik F uh , kekuatan bayangan cermin F h , dan gaya gravitasi F G , menyebabkan pergerakan partikel di sepanjang bidang dan secara signifikan mempengaruhi pemisahan mineral yang berbeda tajam bentuknya:

Oleh pasukan F Dengan dan F P , seperti pada kasus pertama, dapat diabaikan.

Dalam pemisah ruang (Gbr. 6.1, G) medan elektrostatik dengan polaritas konstan dengan kekuatan 2 - 4 kV / cm dibuat di antara elektroda pelat. Pemisahan partikel dengan muatan berbeda dilakukan dalam proses jatuh bebasnya di antara elektroda. Dalam hal ini, pergerakan partikel dalam arah horizontal ditentukan terutama oleh gaya listrik F uh , menyebabkan tarikan partikel ke elektroda yang bermuatan berlawanan dan tolakannya dari elektroda dengan nama yang sama. Kekuatan F 3 mulai muncul hanya ketika partikel mendekati salah satunya, oleh karena itu, seperti gaya F P , praktis tidak mempengaruhi pemisahan mereka. Dalam arah vertikal, gaya gravitasi multi arah akan bekerja pada setiap partikel F G dan resistansi sedang F P.

Pemisahan mineral dalam cairan non-konduktif dalam pemisah dielektrik (Gbr. 6.1, e) terjadi dalam medan listrik yang sangat tidak homogen dengan polaritas variabel dengan kekuatan hingga 5 kV/cm. Gaya penentu proses di bawah kondisi ini adalah gaya ponderomotive F n. Di bawah aksinya, partikel dengan permitivitas 2 , lebih besar s, ditarik ke daerah medan kekuatan terbesar di dekat elektroda dengan jari-jari kelengkungan kecil, sedangkan partikel dengan 2, lebih kecil s, didorong keluar dari daerah ini. Dari gaya mekanik mempengaruhi pemisahan partikel, gaya gravitasi F G dan hambatan media seperti pada vertikal Fc, serta horizontal F" dengan arah.

pengayaan listrik adalah proses pemisahan partikel kering dari mineral, yang didasarkan pada perbedaan sifat listrik dari komponen yang dipisahkan.

Sifat-sifat ini meliputi: konduktivitas listrik; konstanta dielektrik; potensi kontak; efek triboelektrik, dll.

Ini digunakan untuk menyelesaikan konsentrat kasar berlian dan bijih logam langka: titanium-zirkonium; tantalum-niobium; timah-tungsten; tanah jarang (monasit-xenotime). Kurang umum adalah pemisahan listrik bijih hematit, pemisahan kuarsa dan feldspar; pengayaan bijih kalium (sylvinite), ekstraksi vermikulit dan beberapa mineral non-logam lainnya.

Untuk pertama kalinya, pemisahan listrik diusulkan pada tahun 1870 di AS untuk membersihkan serat kapas dari biji dan didasarkan pada perbedaan tingkat pengisian ulang. Pada tahun 1901, pemisah listrik drum dirancang di AS, berdasarkan perbedaan konduktivitas listrik partikel, dan digunakan untuk memperkaya bijih seng. Pada tahun 1936, ilmuwan Soviet N.F. Olofinsky, S.P. Zhibrovsky, P.M. Ryvkin dan E.M. Balabanov menemukan pemisah mahkota. Pada tahun 1952, elektroseparasi triboadhesive diusulkan, dan pada tahun 1961, pemisahan dielektrik berkelanjutan diusulkan. Produksi serial pemisah listrik dimulai pada tahun 1971.

Inti dari pemisahan listrik terdiri dari interaksi medan listrik dan partikel mineral dengan muatan tertentu. Di bawah aksi medan listrik, lintasan pergerakan partikel mineral berubah tergantung pada sifat listriknya.

Tahap paling penting dari pemisahan listrik- ini pengisian partikel (elektrifikasi). Ini dapat dilakukan dengan membuat muatan berlebih dari satu tanda pada partikel, atau dengan membuat muatan dari tanda yang berbeda di ujung partikel yang berlawanan.

Ada beberapa cara untuk mengisi partikel. Metode ini dipilih tergantung pada sifat listrik mineral yang paling kontras.

pada gambar. 9.3 menunjukkan skema pengisian partikel menggunakan pelepasan korona. Yang terakhir terjadi sebagai akibat dari kerusakan parsial udara antara korona (jarum atas) dan elektroda pengumpul (bidang bawah). Antara elektroda ini ada potensi tinggi 30-40 kV.

Mahkota adalah sejumlah besar ion udara yang diendapkan pada semua partikel (dalam skema P dan NP).

Ketika partikel menyentuh elektroda bawah, partikel berperilaku berbeda: konduktor (di sebelah kanan) dengan cepat melepaskan muatan ke elektroda, menerima muatan dengan tanda yang berbeda darinya, mis. "+". Ada gaya tolak dari partikel-partikel ini, yang mengubah lintasan gerakan mereka. Non-konduktor tidak dapat melepaskan muatannya dan karena itu tertarik ke elektroda yang lebih rendah.

Mekanisme pengisian partikel yang dipertimbangkan paling sering digunakan dalam industri.

pada gambar. 9.4 menunjukkan diagram pemisah drum elektrostatik korona yang paling umum.

Elektroda defleksi ditambahkan di sini, dirancang untuk defleksi tambahan dari fraksi konduktif yang dijatuhkan dari permukaan drum.

Untuk meningkatkan kontras sifat listrik dari mineral yang dipisahkan, bahan sumber terkadang dipanaskan di dalam hopper dan feeder.

Tergantung pada metode pembentukan muatan pada partikel dan transfernya dalam proses pemisahan listrik, ada:

elektrostatik,

mahkota,

Dielektrik.

Pada pemisahan elektrostatik pemisahan dilakukan dalam medan elektrostatik, partikel diisi dengan metode kontak atau induksi. Pemisahan oleh konduktivitas listrik terjadi ketika partikel bersentuhan dengan elektroda (misalnya, permukaan bermuatan drum; dalam hal ini, partikel konduktif menerima muatan yang sama dan ditolak dari drum, sedangkan yang non-konduktif adalah tidak dikenakan biaya).

Pembentukan muatan yang berlawanan dimungkinkan selama penyemprotan, benturan atau gesekan partikel pada permukaan peralatan ( pemisahan triboelektrik ). Polarisasi selektif dari komponen campuran dimungkinkan ketika partikel yang dipanaskan bersentuhan dengan permukaan dingin dari drum bermuatan ( pemisahan piroelektrik ).

Pemisahan mahkota dilakukan di bidang pelepasan korona, partikel dibebankan oleh ionisasi. Pelepasan korona dibuat di udara antara titik atau elektroda kawat dan elektroda yang diarde, seperti drum; dalam hal ini, partikel konduktif memberikan muatannya ke elektroda pembumian (pengendapan).

Pemisahan dielektrik dilakukan karena gaya ponderomotive dalam medan listrik; dalam hal ini, partikel dengan permitivitas berbeda bergerak di sepanjang lintasan yang berbeda.

Seiring dengan pemisahan listrik, klasifikasi listrik digunakan, yang didasarkan pada perilaku yang berbeda dari partikel yang berbeda dalam ukuran dalam medan listrik.

Klasifikasi listrik sangat efektif dalam menghilangkan debu dari bahan, karena debu hampir seluruhnya tertahan oleh medan listrik (misalnya, klasifikasi mika, asbes, pasir bangunan, garam, berbagai bubuk).

Pemisahan listrik digunakan untuk pengayaan bahan curah butiran dengan ukuran partikel 0,05 sampai 3 mm, pengayaan yang dengan metode lain tidak efektif atau tidak layak secara ekonomi. Metode listrik biasanya digunakan dalam kombinasi dengan metode lain (magnetik, gravitasi, flotasi).

Metode pengayaan listrik didasarkan pada perbedaan sifat listrik mineral, yaitu perbedaan konduktivitas listrik dan konstanta dielektrik.

Dalam banyak zat ada mikropartikel bermuatan gratis. Sebuah partikel bebas berbeda dari partikel "terikat" dalam hal ia dapat bergerak jauh di bawah aksi gaya kecil yang sewenang-wenang. Untuk partikel bermuatan, ini berarti bahwa ia harus bergerak di bawah aksi medan listrik yang lemah secara sewenang-wenang. Inilah tepatnya yang diamati, misalnya, dalam logam: listrik dalam kawat logam disebabkan oleh tegangan kecil sewenang-wenang diterapkan pada ujungnya. Hal ini menunjukkan adanya partikel bermuatan bebas dalam logam.

Secara karakteristik, pembawa bebas hanya di dalam konduktor, yaitu, mereka tidak dapat dengan bebas melampaui batasnya.

Konduktor adalah logam, cairan elektrolit. Dalam logam, elektron adalah pembawa; dalam cairan elektrolit, ion adalah pembawa (mereka dapat memiliki muatan positif dan negatif).

Di bawah aksi medan listrik eksternal, pembawa positif bergerak di sepanjang medan, dan pembawa negatif bergerak melawan medan. Ini mengarah pada munculnya arus yang diarahkan di sepanjang medan.

Gerakan pembawa muatan yang teratur, yang mengarah pada transfer muatan, disebut arus listrik dalam suatu zat. Arus listrik terjadi di bawah pengaruh medan listrik. Sifat suatu zat untuk menghantarkan arus listrik disebut konduktivitas listrik.

Menurut konduktivitas listrik, semua mineral dibagi menjadi tiga kelompok:

1. Konduktor dengan konduktivitas listrik 10 2 - 10 3 S/m

Siemens (Cm) - konduktivitas konduktor seperti itu di mana arus 1A mengalir pada tegangan di ujung konduktor 1V.

2. Semikonduktor dengan konduktivitas listrik 10 - 10 -8 S/m

3. Nonkonduktor (dielektrik) dengan konduktivitas listrik

< 10 -8 См/м

Misalnya, grafit, semua mineral sulfida adalah konduktor yang baik. Wolframite (Fe, Mn) WO 4 (10 -2 -10 -7) dan kasiterit SnO 4 (10 -2 -10 2 atau 10 -14 -10 -12) memiliki konduktivitas listrik sedang, dan mineral silikat dan karbonat menghantarkan listrik dengan sangat baik. buruk.

Metode listrik digunakan dalam pengayaan titanium-zirkonium, titanium-niobium, konsentrat kolektif timah-tungsten, serta dalam pengayaan fosfor, batu bara, belerang, asbes, dan banyak mineral lainnya, yang pengolahannya dengan metode lain (gravitasi , flotasi, magnet) tidak efektif.

Esensi fisik dari proses pemisahan listrik adalah interaksi medan listrik dan partikel mineral dengan muatan tertentu.

Dalam medan listrik, partikel bermuatan bergerak di sepanjang berbagai lintasan di bawah aksi gaya listrik dan mekanik.

Properti ini digunakan untuk memisahkan butiran mineral dalam peralatan yang disebut pemisah listrik.

Gaya listrik yang bekerja pada partikel mineral sebanding dengan besarnya muatan dan kuat medan listrik, karena:

dimana permitivitas sama dengan ,

E adalah tegangan di lingkungan yang diberikan.

Gaya mekanik sebanding dengan massa:

Gravitasi:

Gaya sentrifugal:

Pada partikel kecil kekuatan listrik lebih mekanis, dan untuk partikel besar, yang mekanis lebih unggul dari yang elektrik, yang membatasi ukuran partikel bahan yang lebih kecil dari 3 mm, diperkaya dengan pemisah listrik.

Medan listrik muncul di ruang di sekitar partikel bermuatan listrik atau di antara dua partikel bermuatan.

Menggunakan sifat listrik mineral selama pengayaan, jenis pemisahan berikut digunakan: konduktivitas listrik (Gbr. 14.8), konstanta dielektrik, efek triboelektrostatik dan piroelektrik.

Beras. 14.8 Pemisah konduktivitas

sebuah. pemisah elektrostatik; b. Pemisah korona listrik;

di. Mahkota - pemisah elektrostatik

1- bunker; 2 - gendang; 3 - sikat untuk menghilangkan fraksi konduktif; 4, 5, 6 - penerima untuk produk; 7 - elektroda; 8 - pemotong; 9 - elektroda korona; 10 - membelokkan elektroda.