铁矿石电选新工艺新技术摩擦电选工艺理论.docx

1、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

2、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6070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,0.20.5毫米，而鼓简直径却达250350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

3、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6070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

4、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

5、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/Vs. 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 距电晕极中心距离,m; 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

6、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

7、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

8、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

9、，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

10、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

11、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

12、，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

13、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+FCF2+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+F2Fc+Fg (15) 从而会在CD范围内落下。 导电性中等的中矿，其关系式

14、为： Fc+FgF1+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

15、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=s (21) 式中 s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4860网目，根据粒度、密度则可求出矿粒的m值,从而可求得Q/m910-6.库仑/公斤.此种电选机的电场强度E为4105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。