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1、第八章电选 本章的基本内容 1 矿物的电性 2 颗粒带电方式 3 电选基本原理 4 电选设备 5 影响电选的因素本章重点及难点 1 矿物电性质2 矿物带电方式3 电选基本原理 电选的定义及基本条件 1 定义 电选是基于被分离物料在电性质上的差别 在电选机电场中受到的电场力和机械力 重力 离心力等 的作用不同 从而具有不同的运动状态而实现分选的一种物理选矿方法 2 基本条件 1 内因 矿物之间的电性差别 2 外因 电选机提供电场和使物料颗粒带电 第一节矿物的电性 一 矿物电性 导体矿物 在电场中吸附电子以后 电子能在其颗粒表面自由移动 或者在高压静电场中受到电极感应后 能产生可以自由移动的正负电
2、荷 非导体矿物 在电晕电场中吸附电荷以后 电荷不能在其表面自由移动或传导 在高压静电场中正负电荷只是中心发生偏离 不能被移走 一旦离开电场 矿物立即恢复原状 对外不表现正负电性 定义 介质在外加电场中会产生感应电荷而削弱电场 原外加电场强度 真空中 与加入介质后电场强度比值 即为该介质的相对介电常数又称相对电容率 以 表示介电常数 在无限大的均匀电介质中 电场强度减小为真空中场强的1 倍 即 2 矿物的介电常数 1 导体矿物的介电常数 2 非导体矿物的介电常数 1 3 半导体矿物的 介于中间 4 真空 空气 的介电常数最小 1 E 在真空中的电场强度 E1 在电介质中的电场强度 3 矿物的比导
3、电度 定义 比导电度指某种矿物由非导体转变成导体所需的电位差 临界电压 与石墨的临界电压 2800V 之比 石墨是良导体 电子流入或流出石墨所需要的电位差最低 国际上习惯以它作为标准 将各种矿物所需最低电压与它相比较 此比值即定义为比导电度例如 磁铁矿成为导体的临界电压为7800V 则其比导电度为2 79 即是石墨临界电压的2 79倍 比导电度是衡量物料导电性的一个标志 比导电度越高 导电性越差 4 矿物的整流性 在测定矿物的比导电度时发现 石英只有高压电极带正电且电位差为8892 14820V时 才表现为导体 而方解石只有高压电极带负电且电位差为10920V时 才表现为导体 高压电极带正电时
4、为非导体 磁铁矿在高压电极带正负电时均可表现为导体 定义 矿物表现出的与高压电极极性相关的电性质称作整流性 规定 1 高压电极带负电时 只获得正电荷的矿物叫正整流性矿物 如方解石 锆石 金红石 2 高压电极带正电时 只获得负电荷的矿物叫负整流性矿物 如石英 电气石 3 不论电极正负 均能获得电荷的矿物叫全整流矿物 如磁铁矿 钛铁矿等 5 矿物电性可选性特点 1 根据矿物的电导率可以判断对两种矿物用电选法的可能性 二者的电导率差别越大 越容易分离 2 两种矿物的介电常数相差越大 越容易分离 3 根据矿物的比导电度可以确定电选时采用的最低分选电压 4 根据矿物的整流性可以确定高压电极的极性 6 举
5、例 石英与金红石的电性质对比 分选石英和金红石时 高压电极必须为负极 使石英呈现非导体性质 金红石呈现导体性质 进而达到两者分离的目的 二 矿物带电方式 1 直接传导带电当矿粒直接和电极接触时 导电性好的矿粒就获得同电极极性相同的电荷 从而被电极排斥 而导电性差的矿粒 则只能被电极极化而产生束缚电荷 靠近电极一端产生与电极相反的电荷 从而被电极吸引 利用矿粒的导电性差异在电极上表现不同的行为 可达到分离的目的 a 矿粒与带电电极接触带电 b 矿粒与带电电极接触带电后的行为1 带电电极 2 接地极 3 导体矿粒 4 非导体矿粒 矿粒与带电电极接触带电 2 感应带电 矿粒不与带电体或电极接触 在电
6、场中受感应作用带电 1 导电性好的矿粒在靠近电极的一端产生和电极极性相反的电荷 另一端产生相同的电荷 矿粒上的这种电荷是可以移走的 如移走的电荷和电极极性相同 则剩下的电荷便和电极极性相反 从而矿粒被电极吸引 2 导电性差的矿粒虽处在同样条件 却只能被电极极化 其电荷不能被移走 因而不能被电极所吸引 二者运动轨迹产生差异 即可进行分离 矿粒感应带电 a 两种不同电性的矿粒置于带电电场中的情况 b 矿粒与带电电极接触带电后的行为1 带电电极 2 接地极 3 导体矿粒 4 非导体矿粒 电晕现象 3 电晕带电 1 电晕场的形成 在电晕电场中 在两个曲率半径相差很大的丝电极和平板电极上 通以足够高的电
7、压 在高电压作用下 丝电极附近的电场强度将大大超过平板电极 因此 丝电极周围空气被击穿 正电荷迅速飞向高压负电极 负电荷迅速飞向接地正电极 形成电晕电流 从而在整个电晕场空间充满荷电体 电晕现象 2 矿粒电晕分离 在电晕放电电场中 不同性质的矿粒因吸附空气离子而得符号相同 但数量不同的电荷 因而受到不同的电力作用 产生不同的运动轨迹 从而可以实现分离 电晕电场带电 a 矿粒电晕电场中荷电 b 矿粒荷电后的情况1 带负电电晕极 2 接地极 3 导体矿粒 4 非导体矿粒 5 镜面吸力 4 摩擦带电 定义 摩擦带电是通过接触 碰撞 摩擦的方法使矿粒带电 不同性质的矿粒互相摩擦或者与给料设备表面摩擦
8、从而使不同性质的矿粒带上符号相反 数量足够的电荷 这种带电方式叫摩擦带电 经摩擦带电的矿粒通过电场时 将分别被正 负电极吸引 从而实现分选 5 复合电场中带电 所谓复合电场是指电晕电场与静电场相结合的电场 复合电极的形式一种是电晕电极在前 静电极在后 另一种则是电晕极与静电极混装在一起 图为两种电极结构示意图 电晕极与静电极混装强化了静电场的作用 对导体加强了静电极的吸引力 对非导体加强了斥力 使之吸于鼓面 第二节电选基本原理 一 电选机电晕 静电场形成 当高压直流负电通至电晕极和静电极后 由于电晕极直径很小 其附近形成很高的电场强度 于是电晕极向鼓筒方向放出大量高速运动的电子 这些电子撞击空
9、气分子使之电离 正离子飞向负极 负离子飞向鼓筒产生电晕放电 这样 靠近鼓筒一边的空间都带负电荷 静电极则只产生高压静电场而不放电 二 矿粒在电选机鼓面上的受力分析 颗粒进入电场后 既受到各种电场力的作用 又受到各种机械力的作用 电场力主要有库仑力f1 镜面吸力f3 机械力主要有离心力f4和重力 矿粒在电场中受力情况f1 库仑力 f2 非均匀电场力 可忽略 f3 镜面吸力 f4 离心力 mgcos 重力分力 1 矿粒电场受力情况 1 库仑力矿粒在电场中获得电荷后 立即受到库仑力的作用 库仑力大小为 f1 QE对导体矿粒而言 库仑力为静电极对它的吸引力 对非导体矿粒而言 则为斥力 2 镜面吸力对非
10、导体矿粒而言 表面荷有大量电荷而不能传走 剩余电荷 必然与金属构件的鼓筒发生感应 而对应地感应出正电荷 从而吸在鼓筒表面 镜面吸力以下式表示 f3 QR2 r2 3 机械力 矿粒在鼓筒上受到的离心力为 f4 mv2 R 重力为 mgcos 1 在AB区 电场区 导体颗粒所受库仑力为斥力 受力情况为 f1 f4 mgcos 矿粒被抛出成为导体产品半导体和非导体所受库仑力为吸力 受力情况为 f1 f3 mgcos f4矿粒被吸引在滚筒上 2 在BCD区 电场外区 半导体颗粒受力情况 f3 mgcos f4脱落滚筒成为半导体产品非导体颗粒受力情况为 f3 mgcos f4仍吸在辊筒上 用刷子刷下成为
11、非导体产品 矿粒在电场中受力情况f1 库仑力 f2 非均匀电场力 可忽略 f3 镜面吸力 f4 离心力 mgcos 重力分力 2 不同电场区受力分析 三 分选过程 入选物料均匀地给到鼓筒表面上并随之进入电场 开始时导体和非导体矿粒都吸附负电荷 导体矿粒很快把负电荷通过鼓筒进行传导放电 同时又从辊筒上荷正电 成为带正电荷矿粒 图a 导体矿粒带正电荷受到鼓筒排斥 再加上矿粒本身重力和离心力的作用 使它脱离鼓筒落下而成为导体产品 非导体矿粒所获负电荷很难转移 受到鼓筒的吸引而紧贴于鼓筒表面 随鼓筒转动至电场背面刷子刷下成为非导体产品 中等导电颗粒则在中间落下成为半导体中矿 图b 电选过程示意图 第三
12、节电选机 一 电选机分类按矿物带电方式分为 传导带电电选机 摩擦电选机 介电分选机 热电粘附电选机 按电场特性分为 静电场电选机 电晕电场电选机 复合电场电选机 按设备结构形式特征可分为 鼓筒式电选机 室式电选机 溜板式电选机 皮带式电选机 圆盘式电选机等 目前普遍采用的是以结构特征为主 结合其他特性的分类方法 二 鼓筒式电选机无论是采用静电极或电晕电极 当它们单独使用时 其分选效果都不好 目前国内生产的几乎全是复合电场的鼓筒式电选机 因此下面主要介绍复合电场电选机 1 DXJ型高压电选机 DXJ 320X900型高压电选机结构如图所示 电极采用栅状弧形电极 有1根静电电极 3 5根电晕电极
13、静电电极正好安装在第二根电晕电极上 根据分选的矿物和要求不同 电极不仅能沿水平位置调节 而且可沿鼓面圆弧上下调节 给矿装置由给矿斗 闸门 给矿辊 电磁振动给矿器等组成 毛刷的作用是从鼓面上强制刷下被吸住的非导体矿物 分矿板的位置可调节 以适应产出精 中 尾矿的要求 2 YD型鼓筒式电选机 YD 4型鼓筒式电选机的结构如图所示 这类电选机与其他鼓筒式电选机的不同之处主要是电极结构 电晕电极不采用普通的镍铬电阻丝 而是采用厚度仅为0 lmm的薄钢片 也称为刀片电极 安装7片刀片电极 其电晕结构如图所示 YD型点选机电极结构1 给矿 2 电晕电极 3 静电电极 4 转鼓 5 毛刷 6 分矿板 7 导
14、体矿 8 中矿 9 非导体矿 YD 4型鼓筒式电选机结构图 3 美国卡普科高压电选机 美国卡普科公司生产的鼓筒式电选机的电极结构比较特殊 静电电极与电晕电极结合在一起 可从电极向鼓筒表面产生束状电晕放电 高压电源可用正电或负电 电压最高可达40kV 电极结构见图 三 其它型式电选机 1 摩擦电选机物料进入摩擦荷电之前 先加温到120 200 然后进入给矿槽中 使之互相摩擦并与槽底接触碰撞 从而各自获得正负电荷 将已带电荷的物料给到鼓筒式摩擦电选机中进行分选 采用的静电极可以带高压负电或正电 鼓筒式介电分选机简图1 给矿 2 转鼓电极 3 筛网电极 4 低介电矿粒 5 介电常数为K的中介电液体
15、6 高介电矿粒 7 分隔板位置 高介电矿粒 K 低介电矿粒 K 2 鼓筒式介电分选机 鼓筒式介电分选机结构如图 鼓筒2 3浸入介电液体中 在鼓筒上安装有很多细丝 与之对应的为一筛板网 通电后在鼓筒与筛板间形成非均匀电场 给料从鼓筒的上部给人鼓面后 由转鼓带动到介电液体中 此时矿粒进入筛子与转鼓所形成的电场中 由于非均匀电场的作用 介电常数大于液体介电常数的矿粒吸在转筒上面 随鼓筒转动离开电场后落在右边槽中 介电常数小于液体介电常数的却被排斥而通过筛孔落人左边槽中 该机分选效果很好 但生产能力低 第四节影响电选效果的因素 影响电选的因素很多 可概括为两大类 一是电选机本身的各种因素 二是物料的各
16、种性质 一 电选机的结构参数1 电极结构及其位置电极结构指的是电晕电极根数 位置和偏极的大小等 1 一般来说 单根电晕电极和一根静电电极选矿时导体矿物的回收率比较高 但是精矿品位低 分选效率很低 2 电晕电极根数多 只对提高精矿品位有利 而对导体的回收率不利 3 电晕电极与鼓筒的中垂线夹角影响电晕场位置 极距影响电场的强弱 最佳的电极夹角和距离一般由实验确定 2 鼓筒转速鼓筒转速的大小直接影响入选物料在电场区的停留时间 转速的大小与物料粒度有关 粒度大 要求转速慢 粒度小 要求转速快 当转速慢时 矿粒通过电场时获得的电荷比较多 对非导体来说 就能产生较大的镜面吸力 从而不易脱离鼓筒 分选作业的要求不同 转速也应当不同 3 分矿板的位置分矿板的位置也直接影响精矿的质量和数量 因此 应根据作业要求 选择适当位置 若要求非导体矿物很纯 则鼓筒下分离非导体矿粒的分矿板应当向鼓筒倾斜 使中矿多一些返回再选 反之 如要求导体矿物很纯 则分离导体矿粒的分矿板应当更偏离鼓筒 多余的中矿返回再选 二 物料的性质 1 物料的粒度组成电选要求窄级别分选 即粒度越均匀越好 粗细粒有不同的分选条件 若混在一起分
