铁矿石电选新工艺新技术摩擦电选工艺理论.docx

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铁矿石电选新工艺新技术摩擦电选工艺理论

铁矿石电选新工艺新技术-摩擦电选工艺理论

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。

（一）电场

   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。

   A 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。

这种放电是粟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：

   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.

   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：

   式中 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。

   B 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。

   C 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：

   式中  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）

   式中 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               Fg=mg                               （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

   式中 t———-时间,so负号表示下落方向。

   且               Q=Σσs                                 （21）

   式中 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。