高梯度电选机.doc

高梯度电选的基本原理及其应用摘 要： 近些年电选技术已得到广泛应用。本文介绍了高梯度电选机的基本原理、研究应用现状以及发展前景。Abstract：This paper gives a introduction of the basic principle of high gradient electrostatic Separation , and summary the research state of this technology. In the end of this paper, it also have a description of development tendency of it.关键词： 电选 介电分选 微细粒矿物分选 高梯度电选Keyword: electrostatic separation dielectric separation high gradient electrostatic Separation矿物电选【1】是根据各种矿物具有不同的电学性质，在矿物经过电场时，利用作用在这些矿物上的电场力以及机械力的差异来分选的一种选矿方法。本文将重点介绍电选方法中的介电分选原理及在此基础上发展起来的一种新电选方法高梯度电选。1、基本原理（1）矿物的电性质矿物的电性质1是电选的依据。所谓矿物电性质是指矿物的电阻、介电常数、比导电度以及整流性等，它们是判断能否采用电选的依据。 介电常数是指带有介电质的电容与不带介电质(指真空或空气)的电容之比，在相同的电压下，如果在电容器两极之间放人介电质后，则电容器之电容必然会增加。介电常数可用下式表示:=Ck/C0式中 Ck矿物或物料的电容，F; C0空气的电容，F。介电常数值的大小是目前衡量和判定矿物能否采用电选分离的重要判据，介电常数越大，表示其导电性越好，反之则表示其导电性差。一般情况下，介电常数大于12者，属于导体，用常规电选可作为导体分出，低于12者，若两种矿物的介电常数仍然有较大差别，则可采用摩擦电选而使之分开，否则，难以用常规电选方法分选。大多数矿物属于半导体矿物。（2）介电分选原理矿物介电分选【2】是利用矿物处在介质电场内的电性差异而分离矿物的方法。 在由电极【3】和介电液体构成的介质电场内，不同成分、构造、形态、表面特征的矿物颗粒，由于它们的电性差别，在一定的场强、频率和介质作用的条件下，不同的矿物对工作电极可以产生特定的吸引排斥或规律分布的运动，由此，可对不同的矿物以至矿物亚种取得分离。（如图1）图1 鼓筒式介电分选机简图4低介电常数矿粒；6高介电常数矿粒介电分选一般是在液体介质或空气介质中进行的，两种介电常数不同的矿粒或物料，在非均匀电场中，如果某种矿粒的介电常数大于液体介电常数，则该种矿粒被吸引，反之，介电常数小于液体者则被排斥，从而使之分开。 矿物的电性差异是矿物介电分选的内在依据，这包括与实物的极化状态和微观电子过程有关的物理量以及其宏观电性如介电系数、电阻率、荷电性的差别等。（3）高梯度电选 高梯度电选【1】是在介电分选原理的基础上发展起来的一种新方法，它主要是针对微细粒矿物的分选。类似于高梯度强磁选，是从提高电场梯度出发，采用介电体纤维【7】在电场中被极化而产生极化力，从而以提高电场梯度。在介电液体中放人介电体(非导体)纤维或小球，此种介电体受到电场极化后，在其表面产生极不均匀的电场，从而增加了非均匀电场的作用力。当其中一种矿粒的介电常数大于液体介电常数时，粒子被吸向电场强度及梯度最大区域，反之则被排斥而进人低的电场区域，两种矿粒的运动轨迹也不同，故能使之分开。非导体的球形物体置于绝缘介质流体中并处于非均匀电场的作用下，当保持平衡时所受到的介电泳力为：Fe=12 V (E2) （1）式中 Fe介电泳力，N； 极化率V 物体体积，m3； 电场梯度，也就是用gradE表之E所加的外电场强度。其余单位符号同前。如物体也像磁性物体那样，有各向异性，则为张量，无法计算。但对球形物体，极化率为： =3L(m-L)(m+2L) (2)公式(2)仅对稀释的悬浮液是正确的。将值、球形体积V=34r3代入（1）式，整理后得出球形矿粒在液体中平移的介电泳力为： Fe=2r3(m-L)(m+2L)(E2) (3)式中 r球体半径，m，_L分别为非导体流体介质和颗粒的绝对介电常数。 (E2)为颗粒所在的特定位置上假如颗粒不在时的电场力。 因为Fe是电场强度平方的梯度的函数，它与电极极性无关并且在交流电场的作用下不改变方向。电场强度E越大，梯度也越大，介电泳力也越大，且F由丝极的形状和大小来决定，并由电场强度即母体极化后所产生的梯度而定。分选效率随着悬浮颗粒尺寸的减小而减小。任何电场，不论是均匀电场抑或非均匀电场都对带电物体施加一个力;然而非均匀电场的特性是对小的中性物体施加一个有质动力。(图2)用简图比较了在空气中的中性物体和带电物体在均匀电场和非均匀电场中的行为。图2 中性物体和带电物体在均匀电场（a）和非均匀电场（b）中行为的比较1- 带电物体沿电力线运动；2- 中性物体仅仅被极化；3- 带电物体沿电力线运动；4- 中性物体被极化后被推向电场最强的区域（电极荷正电或负电无关紧要）（4）电介质 建立电场梯度最简单的方法是在均匀电场所占据的空间引入介电体(如陶瓷珠)。电力线向介电体聚集并在它附近产生非均匀电场。电场的非均匀性仅在电介质的邻近比较大，在离开电介质实际上约为其直径大小的距离处非均匀性趋于零。电场梯度只由电介质元产生而且其最大值在介质表面。介质的半径越小，则梯度的最大值越高。因此，产生高梯度的方法是利用纤维介质(曲率半径小的介质元)。所以，高梯度特别适于处理细颗粒。高梯度电选比湿式高压电选更易于使电场梯度达到最大值。能处理胶体颗粒的那种很细的高梯度电介质(随意排列的纤维)结构对于很高的流速也能适应。电介质能吸附几倍于它自己重量的固体颗粒并能在冲洗阶段立即将它们排除。由光滑的球状陶瓷钙钦矿、玻璃珠或棒等组成电介质，分选导电物料是很有效的。这些电介质使颗粒优先捕集在接触点上，从而可以防止它们在电极间架桥使高压电场短路。如果电介质的介电常数过小，则矿浆可以用经济上容许且可能达到的速度高压给人。在一定的电介质分布形式和电场强度下，高梯度电选装置的性能由通过电介质的矿浆流速决定。因此，分选过程有个极限速度。矿浆在电场中的停留时间只是矿浆流速和电介质层轴向厚度的函数。电介质层厚度竟然可以确保均匀的流速分布。高梯度电选装置的总处理能力近似与流过电介质的横截面积成正比。 介电过滤器能受到很充分地清洗，首先去掉励电电流，然后充分有力地反冲洗，使得珠、球或棒激烈地搅动，这不仅可以释放被吸附的物料而且还可以防止电介质珠聚集和互吸的趋向。在各种高梯度电选机中，都使用了各种不同类型的电介质，包括珠、球、棒、纤维、齿板、格栅、针、板等等。电介质的选择应使其最适于被分选物料的特性。在选择电介质时应考虑下列原则: 1)最大的电场梯度; 2)容积平均电场梯度; 3)单位捕集区容积的捕集表面积， 4)电介质的孔隙率和流体的渗透性; 5)电介质的介电常数; 6)电介质的尺寸(只要电介质的尺寸超过颗粒的尺寸，电力就增加); 7)电介质的耐蚀性。图3周期式高梯度电选机A平行板式; B圆筒；1流速控制阀; 2给料阀门;3清洗阀门; 4分选罐及介质;5 电极; 6清洗阀门; 7给料阀门; 8直流电源及电场控制; 9自控装置。图3为周期式高梯度电选机【7】的简图。它是实验室型装置，用于分离固体和过滤非导电的液体。该装置的基本部分是大量的细纤维介质，可以是各种纤维和筛网。当采用强电场时，沿纤维介质的边缘能产生非常大的吸引力。分选罐以及实际上构成过滤床的电介质处在两个电极之间。随着电场的建立及阀1、4和5的打开，携带被选颗粒的液流流过分选罐。大于液体介电常数的颗粒（PL)被电介质吸引，而那些介电常数小于液体的颗粒（PL)不受阻碍地通过。由于高梯度电选机所用电介质的空隙率很大，通常约95%，所以压降相当低。当电介质饱和时，关闭阀1和5，打开阀2和3，切断电场，颗粒便很容易从电介质上冲洗下来。对于任何给定的固-液或固-固系统，周期分选时间和分选效率可由实验室型的试验确定。为了确保分选装置的良好性能和高捕集率，在电介质过饱和前就应终止分选过程，这也就有可能得到最佳的流速和确定的操作电压。当单循环不能得到快速分选时，就需要多循环处理。对于高梯度电选，在周期式的装置中，电介质是静止的;在连续式的装置中，电介质是运动的。在连续装置的某种特殊结构中，电介质也可以是静止的，而一对电极相对于给矿点运动。在周期式的装置中，冲洗期间移去电场，而在连续装置中则保留电场。2、研究应用现状及其发展趋势电选是在高压电场中利用矿物的电性差异使矿物分离的一种选别方法，它是细粒矿物分选的主要选矿方法之一。目前电选广泛应用【6】于有色、黑色、稀有金属矿石的精选;非金属矿石和粉煤的分选;陶瓷、玻璃原料和建筑材料的提纯江厂及生活废料的回收;农业上谷物、种子、食品的精选;矿石和其他物料的分级等。目前周期式高梯度电选设备已发展成为连续式高梯度电选机，且已在石油精炼，金属和植物油工业上应用【1】，在选矿、化工、废物处理等方面有广泛应用的前途，其处理粒度可达微米级，甚至胶体粒子也能用此设备分离。具体应用【7】及其发展趋势如下：1. 金属加工工业从金属加工液体中排除金属细粒。例如在金属轧制过程中，循环轧制油的污染，会使加工件形成过大的针孔，所以必须清除金属细粒。2. 石油工业从精炼油流中排除细粒Ca。例如从倾析油中排除FCC催化剂以生产低灰份的柴油炭黑原料。3. 化学工业用于从蒸馏液流中排除固体颗粒，其中的悬浮的固体引起固定床催化反应器堵塞。在这种液流中的粒状物料(如焦炭颗粒、催化剂细粒、腐蚀产物)是容易被分出的。沉积在高介电颗粒上的弱介电细粒的回收也包括在这个项目内;4. 矿物精矿的处理钦铁矿锡石、二氧化钦适合于这种方法。假如液体价格不过高，则是一种经济的方法。提高贵金属精矿品位(用低品位原料生产极高品位的物料)是另一个例子;5. 从粉碎煤、溶剂精炼煤和液化煤中排除灰份是潜在的极广泛的应用领域;6. 废料回收工业： (1)回收工业金刚石; (2)处理废水废液以回收介电物料。介电过滤可以用于回收被微小颗粒污染的石油产品。例如用于水力流体和输送油方面; (3)已经着色和含大量固体的工业试验油的再生;7. 食品和金属工业; 8医药和化妆品工艺;9. 生物学的应用；10. 液流处理悬浮的或者溶解的介电颗粒适于用介电过滤法处理。低介电常数的悬浮颗粒的分选可以利用电种和介电絮凝来完成; 11.食品工业分选食油和工业油的例子是，过滤镍或铜的加氢催化剂或者过滤脱色剂，如漂白粘土或活性炭。3、结语由于高梯度电选机的电场梯度特性，从而可以产生很大的电场力来捕集矿物，在处理微细粒矿物甚至胶体粒子上面得到了迅速发展，并将在未来进一步得到广泛的应用，是一种很有前景的电选方法.参考文献【1】 谢广元等.选矿学M.徐州：中国矿业大学出版社，2001【2】 矿物教研室矿物介电小组.矿物介电分选仪及其研究J.成都地质学院学报.1974.(1):69-84【3】 叶黔元,张流生,付丽珠.电选机电机结构对电场影响的研究分析J.江西冶金.1988.(1):27-29【4】 杨锡明.电晕电极放电特性评价J.工业安全与防尘.1990.(2):5-6【5】 HR马诺