铁矿石电选新工艺新技术摩擦电选工艺理论Word文档下载推荐.docx
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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,而鼓简直径却达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。
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。
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。
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。
B
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。
a
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,可采用下述简单计算法。
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:
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.
b
平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:
χ———距电晕极中心距离,m;
ι———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
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。
C
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。
D
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%其简单线路如图6所示。
在按地极表面所反映出电流的大小及分布,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。
显然20千伏时的电流比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。
二)矿粒在电晕电场中获得的电荷
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。
(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。
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。
镜面吸力F2
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。
非均匀电场的作用力F3
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。
D
离心力Fc
在鼓筒式电选机上进行分选时,离心力Fc直接与转鼓的转速有关,这是除电力而外,影响分选效果最为突出的机械力,以下式表示:
Fc———离心力,N;
m———矿粒质量,kg;
V———鼓筒线速度,m/s;
R———鼓筒半径,m.
E
重力Fg
Fg=mg
(13)
m———物体(矿物)质量,kg;
g———重力加速度9.8m/s2
矿粒在鼓筒式电选机上分选时,所受到的重力,其径向和切向分力是随转动角度而改变的,如开始给到鼓筒上时,重力方向完全与鼓面垂直,俟转动后,径向和切向分力不断变化,当转到180°
时,方向正好与给入时完全相反。
除上述五种力之外,还有分子间的作用力,矿粒与鼓面的摩擦力和空气阻力,但相对于上述各种力来说都很小,可不予考虑,只有分选细粒级时,分子间的作用力则必须要考虑。
根据矿粒在鼓面上所受电力和机械力的情况导电性好的矿粒,其关系式为:
F1+FC>F2+Fg
(14)
故矿粒会在图1.17之AB范围内落下。
导电性差的非导体矿粒,其关系式为:
F1+F2>Fc+Fg
(15)
从而会在CD范围内落下。
导电性中等的中矿,其关系式为:
Fc+Fg>F1+F2
(16)
从而会在BC范围内落下。
分选电压、鼓筒转速及电极结构三者的交互效应是非常显著的,如果电极结构形式确定后,则电压和转速相互影响又非常突出,实质上是上述关系式中的电力F1F2及离心力Fc的问题,即如何选择和配合好的关键问题。
(四)矿粒在自由落下电选机中所受到的各种作用力
除鼓筒式外,此种自由落下式电选机是使用较多的一种电选设备。
给矿乃先经接触碰撞和摩擦或则与给矿槽直接摩擦而获得电荷,然后进入此设备中进行分选图10.
如果忽略空气摩擦效应和邻近颗粒间的库仑力的影响,则矿粒只受到电力和重力的作用,则
电力
Fe=QE
(17)
重力
(18)
符号与单位均同前述。
从上图10可知,矿粒摩擦带电后,由于进入电场后而受到电力而沿X轴向运动;
受到重力而沿Y轴下落,故上述两方程可以写成为
t———-时间,so负号表示下落方向。
且
Q=Σσs
(21)
σs———由于摩擦接触带电后在矿粒上的表面电荷密度,C/m2.显然矿粒的初速度和位移为零,由于电力而产生沿X轴线上的移动,将19式积分后得:
在一般情况下,此种电选机的处理粒度为中等粒级,即48~60网目,根据粒度、密度则可求出矿粒的m值,从而可求得Q/m≈9×
10-6.库仑/公斤.此种电选机的电场强度E为4×
105伏/米,代入22式得
X=1.8t2
(24)
落下高度取0.5米已足够,则从24及25可求得X=0.18米.X值乃离中心线(落下时的位置)距离,从而求得整个设备的横向宽度为0.36米左右。
故在分选此等粒度时,设备的高为0.5米,宽0.36米,即可满足要求,而分选细粒则应适当改变。