A essência dos métodos de enriquecimento elétrico
Os métodos de enriquecimento elétrico são baseados na diferença nas propriedades elétricas dos minerais separados. Diferindo em condutividade elétrica, permissividade dielétrica, potencial de contato, efeito triboelétrico, piroelétrico ou piezoelétrico, eles adquirem um valor ou sinal de carga diferente durante o carregamento e, como resultado, uma trajetória diferente de movimento em um campo elétrico, proporcionando separação de partículas de acordo com às suas propriedades elétricas ou separação elétrica de minerais.
As partículas do material separado podem ser carregadas por contato com um eletrodo carregado, ionização no campo elétrico de uma descarga corona, eletrificação por atrito, mudanças de temperatura, pressão e outros métodos. A escolha do método de carregamento de partículas fornece a maior diferença nas propriedades elétricas dos principais minerais a serem separados e, portanto, a máxima eficiência da separação elétrica.
Cada partícula mineral carregada durante a separação em um campo elétrico é afetada por:
força elétrica de Coulomb F e, devido à atração de uma partícula por um eletrodo de carga oposta e sua repulsão de um eletrodo de carga semelhante, tanto em um campo uniforme quanto em um campo não uniforme. Influência R e na trajetória do movimento das partículas é praticamente nivelado apenas em um campo de polaridade variável devido à inércia mecânica das partículas;
força da imagem espelhada F 3 , devido à interação da carga residual da partícula e a carga indutiva igual causada por esta carga na superfície do eletrodo. A força é direcionada para o eletrodo. Em termos absolutos, é muito menos R e e seu efeito é perceptível apenas próximo ao eletrodo ou em contato com ele;
força ponderomotora F n devido à diferença entre os valores da permissividade da partícula ε h e quarta-feira ε onde ocorre a separação. Ele tende a empurrar a partícula para partes mais fracas do campo se ε h< ε s, e vice-versa retrai em ε h > ε com. A força se manifesta apenas em um campo não homogêneo, incluindo, em contraste com Ah, e em campos de polaridade variável. É muito pequeno no ar em comparação com F e e atinge altos valores em líquidos com alta constante dielétrica;
força mecânica, as principais são a força de atração gravitacional, F G força centrífuga F u forças de resistência do meio F s.
As forças de adesão molecular das partículas entre si e com eletrodos, a força de atrito entre as partículas e o eletrodo para partículas maiores que 0,1 mm, bem como as forças de inércia que atuam no estágio final de separação, são relativamente pequenas e geralmente não são levado em conta.
A separação de partículas de carga diferente ocorre como resultado da ação de forças elétricas e mecânicas sobre elas na área de trabalho do separador. A relação de forças e a eficiência de separação neste caso dependerão da diferença nas propriedades elétricas dos minerais separados, mudanças na força do campo elétrico no tempo (constante ou variável) e no espaço (homogêneo ou variável), a presença de portadores de carga em movimento (íons, elétrons), o tipo de meio de separação (gás ou líquido) e a natureza do movimento do material no espaço de trabalho dos separadores elétricos.
Em separadores com um eletrodo de transporte tipo tambor curvo (Fig. 6.1, uma) o processo de separação de minerais ocorre no ar.
Arroz. 6.1. Diagramas vetoriais de forças que atuam sobre partículas em separadores: a, b- tambor eletrostático; dentro- eletrostática plana; G- câmara eletrostática; d- dielétrico; 1- partícula carregada positivamente; 2- partícula carregada negativamente
Um campo eletrostático ou elétrico não homogêneo de polaridade constante com uma força de até 10 kV/cm é criado entre o tambor e o segundo eletrodo ou sistema de eletrodos espaçados dele a alguma distância. força elétrica F e pressionará contra as partículas do tambor que têm um sinal de carga oposto à polaridade do tambor e repelirá partículas com carga semelhante. O poder do espelhamento F 3 , direcionado para o centro do tambor, mantendo as partículas em sua superfície. Força centrífuga F c , pelo contrário, tende a destacar partículas da superfície. Força gravitacional F r atua verticalmente para baixo, seus componentes dependem do ângulo de rotação do tambor. força ponderomotora F P
é direcionado a partir do centro do tambor, pois a constante dielétrica dos minerais é maior que a do ar, e a concentração das linhas de força do campo aumenta em direção ao segundo eletrodo. No entanto, a força F P , bem como a força de resistência do ar F com para partículas granulares na área de trabalho do separador, é relativamente pequeno e pode ser ignorado.
Força resultante F, que determina a trajetória das partículas no campo elétrico do separador, é a soma vetorial das principais forças de interação:
Em separadores com um eletrodo de transporte plano (Fig. 6.1, dentro) entre ele e o segundo eletrodo localizado na parte superior ou um sistema de eletrodos, um campo elétrico ou eletrostático com intensidade de 2- 4 kV/cm Força resultante F, que determina a trajetória das partículas separadas, é a soma da força elétrica F uh , poderes de imagem espelhada F h , e força gravitacional F G , causando o movimento de partículas ao longo do plano e afetando significativamente a separação de minerais que diferem acentuadamente em forma:
Pelas forças F com e F P , como no primeiro caso, pode ser desprezado.
Em separadores de câmara (Fig. 6.1, G) um campo eletrostático de polaridade constante com uma força de 2 - 4 kV / cm é criado entre os eletrodos da placa. A separação de partículas com cargas diferentes é realizada no processo de queda livre entre os eletrodos. Neste caso, o movimento das partículas na direção horizontal é determinado principalmente pela força elétrica F uh , causando a atração de partículas para o eletrodo de carga oposta e sua repulsão do eletrodo de mesmo nome. Força F 3 começa a aparecer apenas quando as partículas se aproximam de uma delas, portanto, como a força F P , praticamente não afeta sua separação. Na direção vertical, as forças multidirecionais da gravidade atuarão em cada partícula F G e resistência média F P.
Separação de minerais em um líquido não condutor em separadores dielétricos (Fig. 6.1, e) ocorre em um campo elétrico nitidamente não homogêneo de polaridade variável com uma força de até 5 kV/cm. A força determinante do processo nestas condições é a força ponderomotriz F s. Sob sua ação, partículas com permissividade ε 2 , maior ε s, são atraídos para a região do campo de maior força próximo ao eletrodo com um pequeno raio de curvatura, enquanto partículas com ε 2, menor ε s, empurrado para fora desta área. Das forças mecânicas afetam a separação das partículas, a força da gravidade F G e a resistência do meio como na vertical Fc, assim como horizontais F" com direção.
Trabalho independente No. 4 Sobre o tema do GTR do grupo de estudantes 14 OCA Khaidarova Malohat. TÓPICO: Tipos raros de enriquecimento. Enriquecimento elétrico. O enriquecimento elétrico é um processo de separação de partículas minerais em um campo elétrico, com base na diferença de suas propriedades elétricas. Os métodos de enriquecimento elétrico são usados para enriquecer minerais não metálicos (carvão, caulim, areia de quartzo, etc.) é baseado em forças mecânicas e elétricas que atuam em vários componentes do material processado (minério) ao movê-los em um campo elétrico. O método de beneficiamento elétrico é comumente usado para refinar outros processos de beneficiamento, e requer material fino (grãos) que variam em tamanho de 2 a 0,1 mm. Uma carga elétrica também pode ser formada em uma partícula mineral pela ação de um campo elétrico sobre ela a uma certa distância.
Ao se mover em um campo elétrico, os grãos minerais recebem cargas, resultando em forças atrativas ou repulsivas que afetam a trajetória das partículas.
Ao agir seletivamente sobre as partículas carregadas de vários minerais, o campo elétrico permite que elas sejam separadas em produtos separados.Para o enriquecimento elétrico, as características mais importantes dos minerais são a condutividade elétrica e a constante dielétrica. A eficiência do enriquecimento elétrico em alguns casos pode ser aumentada aquecendo o minério a uma temperatura de 50°C e acima para secá-lo.
Em particular, descobriu-se que a umidade da superfície não só tem um efeito negativo no processo de enriquecimento, mas, quando mantida dentro de limites ótimos, contribui para um aumento na diferença na condutividade elétrica dos minerais separados e, assim, melhora a seleção. O enriquecimento elétrico é um processo de separação de minerais com base na diferença do valor e do sinal das cargas das partículas minerais que adquirem uma carga elétrica como resultado do atrito com outro corpo; neste caso, corpos diferentes adquirem cargas que diferem em magnitude e sinal.
Quando eletrificadas por atrito devido à transição de elétrons, cargas de atrito (cargas triboelétricas) surgem nas partículas, às vezes atingindo um valor alto. O sinal da carga depende da natureza das partículas e do material da bandeja ao longo do qual elas se movem , bem como no estado de sua superfície, etc. Se diferentes produtos enriquecidos com minerais adquirem sinais diferentes e cargas triboelétricas suficientemente grandes, este produto pode ser dividido em um campo elétrico em frações minerais separadas.
Por exemplo: ao se mover ao longo de uma placa de duralumínio, o quartzo adquire uma grande carga negativa e disteno - menos, após o que a mistura desses minerais pode ser separada em um campo elétrico: o quartzo se desvia em direção ao eletrodo carregado positivamente mais do que o disteno. Quando as partículas são carregadas por meio de contato direto com um eletrodo carregado, as partículas no lado do contato recebem cargas de sinal oposto à carga do eletrodo.
Nesse caso, a carga dielétrica devido à sua polarização não pode ser transferida para o eletrodo e a partícula permanece eletricamente neutra. Ao mesmo tempo, devido à boa condutividade elétrica do condutor, a carga que surgiu é neutralizada, como resultado, o condutor adquire a carga de um eletrodo carregado e é repelido dele como um eletrodo igualmente carregado.
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Os métodos de enriquecimento elétrico são baseados na diferença nas propriedades elétricas dos minerais, ou seja, na diferença na condutividade elétrica e na constante dielétrica.
Em muitas substâncias existem micropartículas de carga livre. Uma partícula livre difere de uma partícula "ligada" na medida em que pode se mover uma longa distância sob a ação de uma força arbitrariamente pequena. Para uma partícula carregada, isso significa que ela deve se mover sob a ação de um campo elétrico arbitrariamente fraco. É exatamente o que se observa, por exemplo, em metais: uma corrente elétrica em um fio metálico é causada por uma tensão arbitrariamente pequena aplicada em suas extremidades. Isso indica a presença de partículas carregadas livres no metal.
Caracteristicamente, os portadores são livres apenas dentro do condutor, ou seja, não podem ir livremente além de sua fronteira.
Condutores são metais, líquidos eletrolíticos. Nos metais, os elétrons são transportadores; nos líquidos eletrolíticos, os íons são transportadores (podem ter uma carga positiva e negativa).
Sob a ação de um campo elétrico externo, os portadores positivos se movem ao longo do campo e os portadores negativos se movem contra o campo. Isso leva ao aparecimento de uma corrente direcionada ao longo do campo.
O movimento ordenado dos portadores de carga, levando à transferência de carga, é chamado de corrente elétrica em uma substância. A corrente elétrica ocorre sob a influência de um campo elétrico. A propriedade de uma substância de conduzir uma corrente elétrica é chamada de condutividade elétrica.
De acordo com a condutividade elétrica, todos os minerais são divididos em três grupos:
1. Condutores com condutividade elétrica 10 2 - 10 3 S/m
Siemens (Cm) - a condutividade de tal condutor em que uma corrente de 1A passa a uma tensão nas extremidades do condutor de 1V.
2. Semicondutores com condutividade elétrica 10 - 10 -8 S/m
3. Não condutores (dielétricos) com condutividade elétrica
< 10 -8 См/м
Por exemplo, grafite, todos os minerais de sulfeto são bons condutores. Wolframita (Fe, Mn) WO 4 (10 -2 -10 -7) e cassiterita SnO 4 (10 -2 -10 2 ou 10 -14 -10 -12) têm condutividade elétrica moderada, e minerais silicatos e carbonatos conduzem eletricidade muito mal.
Os métodos elétricos são usados no enriquecimento de concentrados coletivos de titânio-zircônio, titânio-nióbio, estanho-tungstênio, bem como no enriquecimento de fosforitos, carvão, enxofre, amianto e muitos outros minerais, cujo processamento por outros métodos (gravitacional , flutuação, magnético) não é eficaz.
A essência física do processo de separação elétrica é a interação de um campo elétrico e uma partícula mineral com uma certa carga.
Em um campo elétrico, partículas carregadas se movem ao longo de várias trajetórias sob a ação de forças elétricas e mecânicas.
Esta propriedade é utilizada para separar grãos minerais em aparelhos chamados separadores elétricos.
As forças elétricas que atuam sobre as partículas minerais são proporcionais à magnitude da carga e à intensidade do campo elétrico, uma vez que
onde é a permissividade igual a ,
E é a tensão no ambiente dado.
As forças mecânicas são proporcionais à massa:
Gravidade:
Força centrífuga:
Para partículas pequenas, as forças elétricas são maiores que as mecânicas, e para partículas grandes, as forças mecânicas prevalecem sobre as elétricas, o que limita o tamanho de partícula do material menor que 3 mm, enriquecido em separadores elétricos.
Um campo elétrico surge no espaço ao redor de uma partícula eletricamente carregada ou entre duas partículas carregadas.
Utilizando as propriedades elétricas dos minerais durante o enriquecimento, são utilizados os seguintes tipos de separação: por condutividade elétrica (Fig. 14.8), por constante dielétrica, por efeito triboeletrostático e piroelétrico.
Arroz. 14.8 Separadores de condutividade
uma. Separador eletrostático; b. Separador de coroa elétrico;
dentro. Coroa - separador eletrostático
1- bunker; 2 - tambor; 3 - escova para remoção da fração condutora; 4, 5, 6 - receptores para produtos; 7 - eletrodo; 8 - cortador; 9 - eletrodo corona; 10 - eletrodo defletor.
Esses processos são usados em concentrados de acabamento de metais raros, diamante e outros, mas também podem ser usados no enriquecimento de carvão, minério de manganês, areias de fundição, etc. Esses métodos enriquecem apenas materiais secos de grão fino (com teor de umidade de não mais de 1% para minerais de minério e não mais de 4-5% para carvões).
De acordo com a condutividade da eletricidade, todos os corpos são divididos em condutores, semicondutores e dielétricos - não condutores.
Os métodos elétricos são baseados na diferença no comportamento de partículas carregadas em um campo elétrico ou em um eletrodo carregado.
Se as partículas se movem ao longo de um eletrodo carregado, então as cargas são induzidas na superfície do CI; na voltada para o eletrodo - de sinal oposto, e na mais distante do eletrodo - de mesmo sinal. Uma carga de sinal oposto da partícula condutora passa para o eletrodo, uma carga com o mesmo nome da carga do eletrodo permanece nele e a partícula é repelida do eletrodo. A carga não é transferida do dielétrico e a partícula é atraída para o eletrodo.
Normalmente o eletrodo tem a forma de um tambor giratório aterrado (Fig. 24, a).
Para melhorar a separação e aumentar a trajetória de deflexão das partículas condutoras, é colocado um rolo com uma carga, cujo sinal é oposto ao sinal da carga do tambor. Esse enriquecimento é chamado eletrostático.
A separação será melhorada se, antes de entrar no tambor, as partículas forem carregadas com uma carga oposta ao sinal da carga do tambor.
Nos separadores industriais, os tambores estão localizados um abaixo do outro; em vez de tambores pode haver placas (Fig. 24, b).
Quando as partículas roçam umas contra as outras ou contra alguma superfície específica, por exemplo, a superfície de um transpotador vibratório, partículas de minerais diferentes podem ser carregadas com cargas de sinais diferentes, e ao passarem entre dois tambores ou planos com sinais de carga opostos, elas irá desviar em diferentes direções de acordo com sua carga. Esse tipo de separação, baseada na eletrificação por atrito, é chamada triboelétrica. É de pouca importância prática.
Se dois eletrodos, um no qual tem um pequeno raio de curvatura (ponto, fio fino), e o outro tem um grande raio de curvatura (tambor, plano), impõem uma diferença de potencial significativa de até 30 kv. então uma descarga corona ocorrerá perto do eletrodo fino - ionização do ar. Um fluxo de íons é criado do eletrodo corona para o eletrodo terra: esse fluxo carrega todas as partículas minerais no espaço intereletrodo. As partículas minerais carregadas também se moverão em direção ao eletrodo aterrado e se estabelecerão nele. Como resultado disso, os condutores irão desistir de sua carga, receber a carga do eletrodo e se repelir ou se tornar neutro, enquanto os não condutores permanecerão no eletrodo. O eletrodo corona geralmente é carregado negativamente, pois nesse caso é criada uma tensão de ruptura mais alta.
A carga das partículas depende da força do campo elétrico, do raio das partículas e de sua permissividade. O comportamento das partículas em um eletrodo aterrado depende principalmente de sua condutividade elétrica.
Nos separadores corona, não condutores e semicondutores retêm melhor sua carga ao se moverem em direção ao eletrodo, e a separação ocorre mais claramente nesses separadores do que nos puramente eletrostáticos. Portanto, os separadores de coroa e combinação estão se tornando cada vez mais comuns. Separadores combinados são projetados em Irgiredmet.
O enriquecimento elétrico permite obter carvão de baixo teor de cinzas com tamanho de -2 a 0,05 mm e remover a maior parte do enxofre; wolframita - para separar de estéril, ilmenita, feldspato - de quartzo, cassiterita - de scheelita (obter cassiterita em concentrado até 97%), óxidos de ferro - para separar de areia de quartzo, etc.
Separadores de placas corona, que criam um "vento elétrico" de partículas carregadas, podem ser usados para classificação a seco. A IGDAN desenvolveu classificadores com capacidade de até 30 g por hora.
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Métodos de enriquecimento elétrico são baseadas em diferenças nas propriedades elétricas dos minerais separados e são realizadas sob a influência de um campo elétrico.
Os métodos elétricos são usados para materiais secos a granel pequenos (-5 mm), cujo enriquecimento por outros métodos é difícil ou inaceitável por razões econômicas ou ambientais.
Das muitas propriedades elétricas dos minerais, os separadores industriais são baseados em duas: condutividade elétrica e efeito triboelétrico. Em condições de laboratório, a diferença de permissividade, o efeito piroelétrico, também pode ser usado.
Uma medida da condutividade elétrica de uma substância é a condutividade elétrica específica (l), numericamente igual à condutividade elétrica de um condutor de 1 cm de comprimento com uma seção transversal de 1 cm 2, medida em ohms até o primeiro grau negativo por centímetro para o primeiro grau menos. Dependendo da condutividade elétrica, todos os minerais são convencionalmente divididos em três grupos: condutores, semicondutores e não condutores (dielétricos).
Minerais condutores são caracterizados por alta condutividade elétrica (l = 10 6 ¸10 ohm - 1 × cm - 1). Estes incluem metais nativos, grafite, todos os minerais de sulfeto. Os semicondutores têm uma condutividade elétrica mais baixa (l = 10¸10 - 6 ohm - 1 × cm - 1), incluem hematita, magnetita, granada, etc. Os dielétricos, ao contrário dos condutores, têm uma resistência elétrica muito alta. Sua condutividade elétrica é desprezível (l< 10 - 6 ом - 1 ×см - 1), они практически не проводят электрический ток. К диэлектрикам относится большое число минералов, в том числе алмаз, кварц, слюда, самородная сера и др.
O efeito triboelétrico é o aparecimento de uma carga elétrica na superfície de uma partícula durante sua colisão e atrito com outra partícula ou com as paredes do aparelho.
A separação dielétrica é baseada na diferença nas trajetórias de movimento de partículas com diferentes constantes dielétricas em um campo elétrico não uniforme em um meio dielétrico com uma constante dielétrica intermediária entre as permeabilidades dos minerais separados. Durante a separação piroelétrica, as misturas aquecidas são resfriadas em contato com um tambor frio (eletrodo). Alguns componentes da mistura são polarizados, enquanto outros permanecem sem carga.
A essência do método elétrico de enriquecimento é que partículas com cargas diferentes em um campo elétrico são afetadas por uma força diferente, então elas se movem ao longo de trajetórias diferentes. A principal força que atua nos métodos elétricos é a força de Coulomb:
Onde Qé a carga da partícula, Eé a intensidade do campo.
O processo de separação elétrica pode ser dividido condicionalmente em três etapas: preparação do material para separação, carregamento das partículas e separação das partículas carregadas.
O carregamento (eletrificação) das partículas pode ser realizado de diferentes maneiras: a) a eletrificação de contato é realizada pelo contato direto das partículas minerais com um eletrodo carregado; b) a carga de ionização consiste em expor partículas a íons móveis; a fonte mais comum de íons é a descarga corona; c) carga de partículas devido ao efeito triboelétrico.
Para separar materiais por condutividade elétrica, são utilizados separadores eletrostáticos, corona e corona-eletrostáticos. Por design, os separadores de tambor são mais amplamente utilizados.
Em separadores eletrostáticos de tambor (Fig. 2.21, uma) um campo elétrico é criado entre o tambor de trabalho 1 (que é o eletrodo) e o eletrodo cilíndrico oposto 4. O material é alimentado na área de trabalho pelo alimentador 3. A eletrificação das partículas é realizada devido ao contato com o tambor de trabalho. Os condutores recebem uma carga de mesmo nome que a do tambor e a repelem. Os dielétricos praticamente não são carregados e caem ao longo de uma trajetória determinada por forças mecânicas. As partículas são coletadas em um receptor especial 5, que é dividido por meio de divisórias móveis em compartimentos para condutores (pr), não condutores (np) e partículas com propriedades intermediárias (pp). Na zona superior do separador de coroa (Fig. 2.21, b) todas as partículas (tanto condutoras quanto dielétricas) adquirem a mesma carga, sorvendo íons formados pela descarga corona do eletrodo corona 6. Entrando no eletrodo de trabalho, as partículas condutoras são recarregadas instantaneamente e adquirem a carga do eletrodo de trabalho. Eles são repelidos do tambor e caem no receptor dos condutores. Os dielétricos não descarregam realmente. Devido à carga residual, eles ficam retidos no tambor, são removidos dele usando um dispositivo de limpeza 2.
O separador eletrostático corona mais comum (Fig. 2.21, dentro) difere do eletrodo corona por um eletrodo cilíndrico adicional 4, que é fornecido com a mesma voltagem que o eletrodo corona. (O raio de curvatura do eletrodo cilíndrico é muito maior que o do eletrodo corona, mas menor que o do cilindro de trabalho - eletrodo). em uma distância horizontal maior.
Se a diferença nas condutividades elétricas das partículas for desprezível, a separação nos separadores mencionados não é possível, sendo então utilizado um separador triboeletrostático. Aqui, também, o separador de tambor é mais amplamente utilizado (Figura 2.22). Estruturalmente, este aparelho está muito próximo de um separador eletrostático, mas possui um elemento adicional - um eletrolisador, fabricado na forma de um tambor rotativo ou de uma bandeja vibratória. Aqui, as partículas de minerais esfregam umas contra as outras e contra a superfície do eletrizador. Neste caso, as partículas de diferentes minerais adquirem cargas opostas.
Métodos de enriquecimento elétrico baseados na diferença da constante dielétrica e na pirocarga das partículas (carregamento por aquecimento) não receberam aplicação industrial.
Os métodos de enriquecimento elétrico são relativamente amplamente utilizados no processamento de minérios de metais raros, sendo especialmente promissores em regiões áridas, pois não necessitam de água. Além disso, métodos elétricos podem ser usados para separar materiais por tamanho (classificação elétrica) e para limpar gases de poeira.
