CC BY
135
ТЕХНИЧЕСКИЕ~ХЖРА
|| „
Р Ом х 100
■ТЕ»™™ щвщгА-тчЕСКИПропеРАТйШВ исследования
_гельность
Крупность исходно
Диаметр осадитель
I осадительно:
[ество секции
пяемая
Потреб
и (В)х то
регенерации со-
позвол]
ома рриала, мм 7
його электрода, мм стрирует воз—
о ^^тжшсть
очистки со01£1х и
Ус1ан3оВка,огп1р4,0}зво
1,5 м /ч,з2ри1 мйогс
плуатаЦи ниях
осадрffjре^ыераеииPOдOв)бИБпе шё
а очисти-
и
-ав
моЩ!ость отра аота'йнВоР^р^одыРв с*оответств1
анспорт; ,
а качество очищенно
время, мин.
змер длина ™ирин
Рис. 7. Диаграмма взаимосвязи токовых и тем - ысота пературных параметров при проведении электрорегенерации ШС постоянным током (высота слоя=25 мм; статическая нагруз- управ ка=0,07кг/см2)
тора,
тельн
сорбентов_____Ак-
ниями ПДК ппя ппя
ы,тивность после электрорегенерации в режимах переменного или
венных водоемов. использоШась си окисли те^лУйЮ и бента Г 2700
кг постоянного то-
Т аки/9 70эбра зом
пения, сохраняется______тельная а00квация
ус^И/ЮРот
10взйов15;* во,
те2ь^’оеl
■иН1*1И ^1
*320
ь
йноН экс
о2
со
ооруже
и1 с требова рыбохозяйст
На установке стУм0 терме з20°1ераци
22ермоокис
позволяет по
есБшукавонраеБа рудных луяариаиовые активные шунги
Расчеты показали экономическую эффективность термоокислительной регенерации. Эконо-ческий эффект использования шунгитового сорбента в 5-ти цик-
При электрорегенерации температура задается начальной силой тока и напряжением. Период регенерации сокращается в 0-10 раз и носит характер авторегуляции. Химический состав сорбента сохраняется неизменным.
вые сорбционные материалы, рактеризующиеся различной ристой структурой и содер-ем углерода, и пригодные, даря возможности регенерации, для многократного ис-
ния при сорбционной очистке.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Крылов И.О., Ануфриева С.И. - ВИМС. Крылова А.В. - РХТУ.
© А.И. Месеняшин, Н.А. Логачева, 2003
УЛ К 621.928
А.И. Месеняшин, Н.А. Логачева
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ СЕПАРАЦИЯ РУЛНОГО И ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ
а Последние годы повысился и^ерес к электростатической Итерации и, соответственно спрос на электростатические сепараторы. Это экологически чистый процесс, который не загрязняет окружающую среду химическими реагентами, не потребляет воды и может быть использован в районах с ограниченными водными ресурсами. Электростатические сепарато-
ры просты в эксплуатации и не имеют быстроизнашивающихся дорогостоящих деталей, мощность электрического оборудования сепараторов небольшая
[1-5].
С учетом особенностей этого процесса и оборудования для его осуществления прикладные работы велись в следующих направлениях: создание электросепараторов различной производи-
тельности для доводки редкоме-талльных концентратов; разработка технологии и создание электросепараторов для выделения металлов из вторичного сырья (отходов и устаревших деталей электро- и радиоаппаратуры, кабеля и т. д.); регенерации материалов - диэлектриков (например, пластмасс) при их вторичном использовании; глубокой очистки металлических порошков от окислов и неметаллических частиц, и наоборот глубокой очистки неметаллических частиц от проводящих частиц; обогащения неметаллорудного сырья (полевых шпатов, кварца, волластонита, слюды), классификация материалов по крупности и форме.
Оборудование для электростатической сепарации
Наибольшим спросом продолжают пользоваться барабанные сепараторы. Разработано несколько их модификаций (таблица).
Сепараторы 3ЭБ-32/50 имеют длину барабана (осадительного электрода) 500 мм и диаметр 320 мм. Большой диаметр барабана дает возможность устанавливать различные конструкции высоковольтных электродов (корони-рующих, отклоняющих) и электродов очистки (рисунок). Такая конструкция позволяет увеличить производительность сепараторов и повысить технологические показатели за счет широкого веера сепарируемого материала. Производительность сепараторов зависит от крупности сепарируемых частиц и требований к качеству концентратов. Конструкция сепараторов предусматривает трехкратную сепарацию, имеются модификации с возможностью нагрева материала и электрической очистки барабана. Потребляемая мощность без учета нагревательных устройств - 3 кВт.
В настоящее время освоено производство нового типоразмера электростатического сепаратора 2ЭБ-32/150 (таблица) с длиной барабана 1,5 м (конст-
нашел применение для доводки черновых концентратов руд редких и цветных металлов. Технологическая секция сепараторов содержит два блока сепарации, установленных друг под другом, что позволяет осуществлять перечистку сепарируемого материала.
Набор высоковольтных электродов различной конструкции позволяет создавать поле коронного разряда, электростатическое поле и их комбинацию.
На базе сепаратора 2ЭБ-32/150 разработан сепаратор для обогащения волластонитовых руд, а именно для отделения от частиц волластонита, частиц кальцита и кварца. Этот сепаратор может быть также использован для получения высококачественного полевошпатового сырья.
В комплект с технологической секцией барабанных сепараторов входит также пульт управления, который выполняется автономно и устанавливается в удобном для обслуживания месте. Высоковольтные установки смонтированы внутри пульта управления.
Разработано несколько модификаций принципиально новых трубчатых сепараторов. Сепараторы представляют собой конструкцию с рядом полых труб, внутри которых монтируются высоковольтные электроды. Эти сепараторы имеют в единице объема значительно более высокую производительность, чем барабанные, так как площадь осадительных электродов у трубчатых сепараторов в десятки раз больше по сравнению с барабанными [3].
В связи с тем, что подача материала в зону сепарации может осуществляться как самотеком, так и в потоке воздуха, на трубчатых сепараторах возможно осуществлять сепарацию частиц крупностью менее 50 мкм. В частности, совместно с фирмой Карпко и с Виржинским политехническим институтом (США) предложен сепаратор для обогащения угольной мелочи крупностью 30-40 мкм.
Трубчатые сепараторы могут быть использованы для сепара-
Электростатический сепаратор 3ЭБ-32/50
ции в зависимости от проводимости частиц, величин трибоза-ряда, а также для классификации частиц.
Элекoросепарация техногенного и вторичного сырья.
Одним из источников получения цветных и редких металлов является устаревшая и бракованная электрическая и радиоэлектронная аппаратура. В такой аппаратуре содержится золото, платина, серебро, ниобий, цирконий, молибден, вольфрам, медь, олово и другие металлы.
При переработке дробленого лома и отходов электро - и радиоаппаратуры разделяют материалы, имеющие контрастные и стабильные электрические свойства - проводники и непроводники. Поэтому электросепарация является эффективным методом сепарации такого лома и занимает одно из ведущих мест при извлечении из этого сырья различных металлов.
Подготовительными операциями перед сепарацией является дробление и классификация материала. Верхний класс крупности зависит от типа материала и составляет 5 или 3 и 2 мм. Сепараторы для этих целей поставлялись как в Россию, СНГ так и в другие страны, в частности в Японию.
При сепарации измельченного лома радиоэлектронной аппаратуры на сепараторах 3ЭБ-32/50 был получен концентрат с массовой долей металлов более 99,5 % при извлечении 90 %. В исходном продукте массовая доля цветных и редких металлов составляла 23-70 %.
Отходы телефонного кабеля с резиновой изоляцией и медными жилами измельчались в молотковой дробилке до крупности менее
3,0 мм, в результате чего осуществлялось отделение меди от резины. В проводниковом продукте массовая доля меди составляла 90-94 % при извлечении 90-95 %. В непроводниковом продукте массовая доля резины превышала 99,9 % при извлечении 05-90 %. Массовая доля металла в исходном продукте составляла 10-67 % и существенно не влияла на извлечение меди в проводниковый
руктор Бизяев О. Ю.). Сепаратор
пpoдyкт и Ha coдepжaниe peзины в нeпpoвoдникoвoм пpoдyктe.
В peзyльтaтe пepepaбoтки су-xиx oтxoдoв aбpaзивнoгo npo^-вoдcтвa из смєси aбpaзивoв и мeтaлличecкoгo пopoшкa выде-лєн металлический пopoшoк с мaccoвoй дoлeй металла бoлee 92,З % пpи извлєчєнии бoлee 99 %. Металлический пopoшoк ^ед-ставляет coбoй сплів peдкиx и цвeтныx мeтaллoв.
Пepepaбoткa ^^^pbix видoв мeтaлличecкиx пopoшкoв, в част-нocти из жapoпpoчныx cплaвoв, нє мoжeт пpoизвoдитьcя в вoз-дyшнoй cpeдe. Для пpeдoтвpaщe-ния o^oneH^ и aдcopбции на иx пoвepxнocти Н2О, Н2, CO nepepa-бoткa тaкиx пopoшкoв ocyщecтв-ляєтся в cpeдe инepтныx гaзoв. Bыявлeнo, что cpeдa из смєси apгoнa и гелия oбecпeчивaeт в 10
- 20 paз бoльший тoк кopoннoгo paзpядa, чем вoздyшнaя cpeдa.
Это пoзвoляeт oтдeлять oo металлически пopoшкoв частицы пoлyпpoвoдники (oкcиды, вoзгo-ны и т. д.), то есть частицы co cpaвнитeльнo выcoкoй элeктpo-пpoвoдимocтью. Из иcxoднoй массы фанул пpи выxoдe oчи-щeннoгo пpoдyктa 9б-90 % удается выделить дo 90 % nocTOpoHH!x нeмeтaлличecкиx включений и снизить mx coдepжaниe дo 20 -30 частиц на 1 кг ^pomra.
Элeкopoceпapaция pyд и peд-киx цвeoныx мeoaллoв
Tpaдициoннoй oблacтью np!-менения элeктpoceпapaтopoв является дoвoдкa гpyбыx танцен-тpaтoв. Для титaнo-циpкoниeвoй гpyппы минepaлoв, пиpoxлopa, лoпapитa, raccm'epma, гpaнaтa, шеелита, cтaвpoлитa, вoльфpa-мита и нeкoтopыx дpyгиx мине-paлoв элeктpoceпapaция истопь-зуєтся нeпocpeдcтвeннo nocne гpaвитaции и пepeд мaгнитнoй ceпapaциeй.
В то же вpeмя имеется np! мep иcпoльзoвaния cenapaTOpa 3ЭБ-32/50 для нeпocpeдcтвeннo-гo oбoгaщeния pyды с выcoким coдepжaниeм мoлибдeнитa.
Элeкopoceпapaция неметал-лopyдныx мaoepиaлoв
Paзpaбoтaнa тexнoлoгия no oбoгaщeнию вoллacтoнитoвыx pyд cyxим мeтoдoм oбoгaщeния. Cxeмa oбoгaщeния пpeдycмaтpи-вает чeтыpe пpиeмa элeктpocтa-
тичес^й ceпapaции с пoмoщью aппapaтoв 2ЭБ-32/150. Пpичeм ceпapaция ocyщecтвляeтcя в элeктpocтaтичecкoм none 6ipi-бaнныx ceпapaтopoв. ^и этoм два пpиeмa пpeдycмaтpивaeтcя для oтдeлeния кальцита и два ^иема для oтдeлeния квapцa. Пoдгoтoвкa измeльчeннoй pyды к элeктpocтaтичecкoй ceпapaции пpeдycмaтpивaeт пpeдвapитeль-ный нaгpeв pyды дo 1б0 °C и тpибoзapядкy. Tpибoзapядкa та-кoй pyды пoзвoляeт зapядить частицы кальцита пoлoжитeль-ным зapядoм, а частицы квapцa -oтpицaтeльным. Частицы вoллa-cтoнитa также зapяжaютcя oтpи-цaтeльнo, ho величина ж зapядa меньше, чем y raap^.
Разделение кaлиeвыx и на-тpиeвыx пoлeвыx шпaтoв и o^e-ление квapцa так же ocyщecтвля-ется на бapaбaнныx cenapaTOpax в элeктpocтaтичecкoм peжимe. В зaвиcимocти oo мecтopoждeний ycлoвия пoдгoтoвки мaтepиaлa пepeд ceпapaциeй мoгyт меняться. Tипoвым peжимoм является измельчение pyды дo -1,0 мм и на^ев дo 120 °C.
nocne нaгpeвa и тpибoзa-pядки квapц в элeктpocтaтичe-с^м none oтклoняeтcя к nono-житeльнoмy элeктpoдy, калиевый пoлeвoй шпат - к oтpицa-тeльнoмy, а нaтpиeвый пoлeвoй шпат пpaктичecки не oтклoня-ется. Иccлeдoвaния пoкaзaли,
что уз^й классификации мате-pиaлa не тpeбyeтcя; в cenap! pyeмoм мaтepиaлe класса 0,0-
1,0 мм дoпycкaeтcя coдepжaниe частиц paзмepoм 0,1 мм дo 10 %. Режим элeктpoceпapaции пoдбиpaeтcя таким oбpaзoм, чтo oтвaльныe xвocты не o6pi-зуются, и нapядy с выcoкoкa-лиевыми пpoдyктaми ^лучает-ся бoлee дeшeвoe сьфье для cтeкoльнoй и кepaмичecкoй пpoмышлeннocти.
В 90-x гoдax пpoдoлжaлocь пpимeнeниe тexнoлoгии толуче-ния cвepxчиcтoгo raap^, ис-пoльзyeмoгo в элeктpoннoй пpoмышлeннocти. Иcxoднaя квapцeвaя кpyпкa кpyпнocтью 0,1-0,З мм coдepжит весьма низкую (менее тысячный дoлeй пpoцeнтoв) дoлю pyдныx мине-paлoв - pyтилa, сфена, эпидoтa, слюды, poгoвoй oбмaнки, oyp-
малина и дp. Пpи ceпapaции с пoмoщью annapaoa ЗЭБ-32/30, кpoмe этиx минepaлoв, удаляется также annapaoypHoe жeлeзo и вoлoкнa из paзличныx тканей, внeceнныx в ^упку. nocne элeктpoceпapaции мaccoвaя дo-ля пpимeceй снижается дo (0,02
- 0,4) х 10-3 % ^и выxoдe ^h-цeнтpaтa бoлee 97 %.
Классификация no ^y^oc^ и фopмe
Натоплен бoльшoй oпыт сепа-paции слюд ^уставита, биoтитa, вepмикyлитa), oтличaющиxcя oo дpyгиx минepaлoв фopмoй и ди-элeктpичecкoй пpoницaeмocтью.
Пpи этoм peшaютcя задачи как oчиcтки пoлeвыx шпатов и raap^ oo слюд, так и пoлyчeния cлюдяныx, в чacтнocти вepмикy-литoвыx кoнцeнтpaтoв. В зави-cимocти oo вида cыpья и тpeбo-ваний к качеству кoнцeнтpaтoв иcпoльзyютcя бapaбaнныe, каскадные и тpyбчaтыe элeктpoce-пapaтopы. В бapaбaнныx cenapaTOpax пpимeняeтcя как чepeдyю-щаяся пoляpнocть кopoниpyющиx элeктpoдoв, так и peзкo нepaв-нoмepнoe элeктpocтaтичecкoe none.
Для paccмaтpивaeмoй цели пpeдcтaвляeтcя пepcпeктивным нoвый тpyбчaтый элeктpocтaти-ческий клaccификaтop с цен-тpaльным кopoниpyющим элек-тpoдoм и oтклoняющим элeктpo-дoм в виде вpaщaющиxcя тpyбoк. Этoт annapao пoзвoляeт извлечь 00 % слюды из массы cвepxчиc-того квapцa пpи пoтepяx raap^ не бoлee З %. В клaccификaтope иcпoльзyютcя как элeктpичecкиe силы, так и элeктpичecкий вeтep, издаваемый тoкoм кopoннoгo paзpядa.
Teopия элeкopocoaoичecкoй ceпapaции
Boзмoжнocти элeктpocтaти-чecкoй ceпapaции oпpeдeляютcя вeличинoй и нaпpaвлeниeм элек-тpичecкиx сил, дeйcтвyющиx на частицы с paзличными cвoйcтвa-ми. В cвoю oчepeдь эти силы зависят oo величин и знатов зapя-дoв частиц.
Tpaдициoнным набавлением тeopeтичecкиx иccлeдoвaний в Mexaнoбpe является анализ движения частиц с учетом npo-вoдимocти, диэлeктpичecкoй пpoницaeмocти и фopмы [1].
Отметим, что ранее в теории электростатической сепарации было принято рассматривать идеальные проводники и диэлектрики.
За последние несколько лет сотрудниками Механобра опубликованы работы [6, 7], в которых рассмотрено движение по-лупроводящих частиц в неравномерных полях. У таких частиц величины зарядов зависят от времени установления, то есть определяются их проводимостью, предысторией движения и их скоростью. Впервые показано, что движение реальных частиц в неравномерном поле может иметь сложные траектории, в том числе колебательные. Не-учет величин проводимостей и скоростей движения частиц приводит к неправильному определению не только величины, но и знака пондеромоторных
сил. Траектория движения может быть определена на ПК с помощью стандартных программ решения дифференциальных уравнений.
Примечательно, что потребности электростатической сепарации привели к развитию теорий, представляющих интерес для других областей. Например, можно предполагать, что явление колебаний частиц в электростатическом поле будет использовано в технике, хотя и в меньшем масштабе, чем механические и электромагнитные колебания.
Еще любопытный пример. Исследования зарядки сростков [0], в частности оболочек, позволили создать современную физическую модель шаровой молнии и объяснить природу некоторых неопознанных летающих объектов [9].
Все это объясняется тем, что при электростатической сепарации приходится иметь дело не с идеальными, а с созданными природой веществами.
Развивалась теория электростатической сепарации частиц, контактирующих с осадительным электродом, то есть применительно к барабанным и трубчатым сепараторам.
Показано, что знак заряда частиц зависит от соотношения величин проводимостей частицы у1 и среды у2 и их диэлектрических проницаемостей, соответственно 81 и 82, а именно от величины у182 - у2е1. При этом у2 = ]/Е0, где ] - плотность тока коронного разряда, Е0 - напряженность внешнего поля. То есть, регулируя величины ] и Е0 можно изменять как величину, так и знак заряда частиц.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Месеняшин А.И. Электрическая сепарация в сильных полях // - М.; Недра, 1970. 175 с.
2. Физические основы электрической сепарации / под ред. В. И Ревнивцева // - М.; 1903. 270 с.
3. Разработка и создание электрических сепараторов для разделения частиц с отличающейся электропроводимостью / А. И. Месеняшин, В.В. Ермаков, Л.В. Иванова и др. // Совершенствование процессов электросепарации и конструкций электросепараторов: Междувед. сб. науч. тр./ «Ме-ханобр».-Л. -1907. - С. 69-77
4. Ревнивцев В.И, Месеняшин А.И, Ермаков В.В. Утилизация лома и отходов электро - и радиоаппаратуры с помощью электросепараторов // Там же. - С. 121-124
5. Месеняшин А.И. Электростатическая сепарация // Обогащение руд. -1995, ■№ 1-2, -С. 94-90
6. Kremer E.B., Mesenyashin A.I. Spherical Particle with Conductive and Dielectric Properties in Non Uniform Electric Field // Development in Applied Electrostatics: Proceeding of '97 1CAES. Shanghai. Shanghai Popular Science Press, 1997. P. 89-94
7. Кремер Е.Б., Месеняшин А.И. Выражение для пондеромоторных сил, действующих на проводящий шар // Обогащение руд. -1998, -№ 3. -С. 21-24.
8. Месеняшин А.И. Динамика электросепарации сростков при контакте с электродом // физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. -1985. №87-92.
9. Mesenyashin A. The Physical Nature of Ball Lightning // Astronomy and Geophysics, 1999, v40, №1, с. 1.17-1.19.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ----------------------------------------------------
Месеняшин А.И, Логачева Н.А. - ОАО «Механобр-техника», г. Санкт-Петербург.
