电选技术的现状与进展

电选技术的现状与进展 资环 1203 马球林 摘要 摘要 对电选的发展沿革进行了较详细地评述 着重叙述了选矿中的各种电选 法的实践应用 分析了电选法的传统工业应用 还介绍了电选法的一些新用途 和潜在的应用前景 一 一 电选的概述电选的概述 电选是利用各种矿物及物料电性质不同而进行分选的一种物理选矿方法 电选在工业上的应用始于1908年 此后在相当长的时期内进展不大 直到 20世纪50年代末期 才有了新的发展 得到了更为广泛的应用 电选的有效处 理粒度通常为0 1 2mm 但对片状或密度小的物料如云母 石墨 煤等 其最大 处理粒度则可达5mm左右 而湿式高梯度电选机的处理粒度则可下降到微米级别 1 在大多数情况下 电选都是在高压电场中进行的 除少数采用高压交流电 源外 绝大多数均用高压直流电源 将负点输到电极 个别情况才采用正电 目前电选广泛用于下列诸方面 有色和稀有金属矿的分选 这两种类型的矿物常先经重选或其他选矿方 法 除去大量的脉石矿物或围岩 得到一定品位的粗精矿 然后电选 或与磁 选配合精选 使各种有用的矿物彼此分开 黑色金属矿的分选 少数铁矿 锰矿及铬矿直接采用电选 大部分仅在 精选过程应用电选 电选对除去铁精矿 锰矿及铬矿中的硅酸盐类矿物有特殊 的效果 砂金矿的精选 砂金矿也是先经重选 得出重矿物 通常包括黄金 磁 铁矿 钛铁矿及少量石英等 将此重矿物用磁选与电选配合进行精选 当用磁 选除去磁性矿物后 再用电选精选黄金 可以得到品位很高 富集比很大的黄 金精矿 比一般选矿方法或混汞法要优越得多 非金属矿物的分选 此类矿物包括石墨 石棉 金刚石 磷灰石 煤 钾盐 石英及长石的分选或精选 国外应用电选分离这些矿物者较多 各种固体物料或废料中回收铁金属 即从各类切削加工的废料 塑料中 回收非铁金属 从火力发电厂及其他烟囱灰中回收煤及燃烧产生的铝硅酸盐的 球形颗粒及粉煤灰 此外 电选还用于农业中选中 茶叶与茶杆的分选等 电选之所以不断地为人们所重视 生产实践证明它有以下的优点 耗电少 生产费用低 选别效果好 精矿品位高 回收率高 电选机本身结构简单 要 求加工精度不高 易操作和维修且安全可靠 仅供电系较为复杂 电选机占地 面积少 电选为干式选矿方法 利于缺水和严寒地区采用 使用范围广 除能 选分有色金属 稀有金属和非金属外 对黑色金属及放射性矿物也开始在生产 上得到应用 二 二 电选机的发展电选机的发展 2 2 1 1 电选的作业参数电选的作业参数 2 2 1 1 1 1 介电常数介电常数 介电常数以符号 表示 愈大者表示矿物的导电性愈好 反之则导电性 差 一般情况下 10至12以上者属于导体 能利用通常的高压电选分开 而 低于此数值者则难以采用常规的电选法分选 当然大多数矿物主要属于半导体 矿物 2 2 1 1 2 2矿物的电阻矿物的电阻 通常电选中矿物的电阻是指当矿物粒度d 1mm时的电阻 即欧姆值 这可采 用各种方法测定其电阻值 由于大多数矿物均为粒度比较小的矿粒 故只能测 出颗粒状的电阻 而大块矿物则可做成一定形状的样品测出其电阻 这样测出 的电阻比较准确 而粉末状者较难准确 选矿中的大多数矿物 即使属于导电 性较好的矿物 也还是属于半导体性质 至于导电性较差的矿物则更无疑义了 近几年的研究进一步表明 半导体的N型是电子导体占优势 而半导体的P型属 于电子孔隙导体 少数属于N和P型导体 2 2 1 1 3 3矿物的比导电度矿物的比导电度 根据上述矿物电阻的大小 决定电子在其表面流动的难易程度 此外 根 据实验还得出 电子流入或流出矿粒的难易 还与矿粒和电极间的接触界面电 阻有关 而界面电阻又与矿粒和电极的接触面和点的电位差有关 电位差小 电子不能流入或流出导电性差的矿粒 只有在电位差很大时 电子才能流人或 流出 即获得电子或损失电子而带负电或正电 在高压电场中非导体和导体颗 粒在电场中表现出的运动轨迹也不相同 人们利用此种原理在电极上通以不同 电压以测定各种矿物的偏离情况 2 2 1 1 4 4矿物的整流性矿物的整流性 人们在实际测定矿物的比导电度时发现 有些矿物只有当高压电极带负电 时才作为导体分出 而另一种矿物则只有高压电极带正电时才作为导体分出 这样在电选中给我们提供了一个进一步使矿物分选的选择条件 例如 当偏转 电极带负电时 石英属非导体 从鼓筒的后方排出 但当电极改为正电时 石 英却成为导体从前方排出 显然 由于电极所带电的符号不同 同种矿粒成为 导体或非导体有别 而不论电极带电符号如何 均能成为导体从鼓筒的前方分 出 如磁铁矿 钛铁矿等等 矿物所表现出的这种性质 叫整流性 由此规定 1 只获得负电的矿物 叫负整流性 此时的电极应带正电 如石英 锆 英石等 2 只获得正电的矿物叫正整流性 此时的电极应带负电 如方解石等 3 不论电极带正电或负电 矿粒均能获得电荷 此种性质叫全整流性 如磁铁矿 锡石等 根据前述矿物介电常数的大小 电阻的大小 可以大致确定矿物用电选分 离的可能性 根据矿粒的比导电度 可大致确定其分选电压 当然此种电压乃 是最低电压 还可通过查表以了解矿物的整流性 然后确定电极采用正电或负 电 但在实际中往往都采用负电进行分选 而很少采用正电 因为采用正电时 对高压电源的绝缘程度要求更高 且并未带来更好的效果 2 22 2 电选机的种类电选机的种类 当前电选的应用范围正在不断扩大 这是由于电选不产生废水和带来环境 污染 理论研究更加深入 对原有电选设备正在不断地改进 提高处理能力和 分选效率 电选机的种类多达几十种 但在分类上则各不相同 有的按电场的 特征分类 有的按结构型式分类 有的按给矿方式分类 也有按分选粗粒或细 粒分类 按矿物带电方法分为接触传导带电电选机和电晕带电电选机以及摩擦 带电电选机 按结构特征分为鼓筒式电选机 带式电选机 圆盘式电选机和摇 床式电选机以及振动槽式电选机 按分选粒度的粗细可分为粗粒电选机和细粒 电选机 在国内外生产中90 以上使用的为鼓筒式电选机 小直径者也称为锟式 之为自由落下式及筛板式电选机 其他形式使用并不普遍 目前世界各国研究 出的其他形式电选机的种类也很多 比如自由落下式电选机 电场摇床 回旋 电选机和板式电选机等 三 三 电选技术的应用现状电选技术的应用现状 估计会从传统的矿种上扩大到某些化工类矿物及其他物料的分选 例如钾 盐 岩盐以及磷灰石等的分选 因为这些产品的需求量越来越大 故用电选处 理的量也会随之而增加 此外在农业 粮食加工及矿种上也有应用和扩大的趋 势 浙江台州等地的废旧物质工业和塑料工业正在形成一种产业 他们在回收 非铁金属及塑料方面 大量采用电选的可能性也日益提到议事日程上来 电选 适用于大多数矿物的分选 一些实验室试验已经获得成功 但是 分选细粒矿 物和分选两种以上导电性相近的矿物比较困难 同时在技术和设备方面也存在 一些问题 在过去几十年里 所有这些问题妨碍了电选法的推广应用 虽然对 不同种类的矿物的电选进行了很多研究 但是应用静电选的选矿厂主要局限于 钾盐选矿 特别是在德国 含钛海滨砂矿和其它伴生的重矿物 氧化锡矿石 镜铁矿 磷酸盐矿石和金刚石 但是 食品和药物的净化 废料和工业废弃物 的回收 固体的静电沉积 电聚结 电驱动溶剂萃取和细粒悬浮液的电过滤也 应用电分离技术 3 13 1 钾矿石的电选钾矿石的电选 目前 世界上每年约有3000万t钾矿石用电选法处理 该法开始应用于20世 纪40年代 在接触带电时 氯化钾和氯化钠带有不同的电荷 这种电选方法对 温度和湿度很敏感 在电选过程中一般应用不同种类的一元羧酸 但是 采用 有机物质 无机物质或酸与酸酐混合物作为调整剂 在矿石干燥前 将药剂以 干粉末 溶液或蒸汽形式添加到磨细的物料中 药剂的用量为150 2009 t 虽然电选过程获得了成功 但是 对接触带电的机理还了解得不清楚 估 计与表面阳离子空穴键合的分子可能对NaCl晶体接触带电起到感应活化作用 NaCl可能从水杨酸分子中俘获质子 形成俘获有H 0 离子的空穴和半自由的水 杨酸离子 后者将过剩的电子注入到其它分子中 3 23 2 铁矿石的电选铁矿石的电选 高压电选是被铁选矿所接受的选矿方法 电选法与其它方法联合是一个十 分经济有效的方法 重选 浮选和静电选法联合可处理氧化铁燧岩 3 33 3 含钛砂矿及其他重矿物的电选含钛砂矿及其他重矿物的电选 近几十年来钛矿石和其它相关的重矿物的电选得到改进 电选精矿回收率 和质量都得到提高 电晕电选机和板式传导感应电选机在海滨砂矿选矿中已得 到广泛应用 电选机的设计已得到改进 电极设计 给料装置和高压控制系统 使得过程回路得到简化 循环负荷降低 分选效率提高 3 43 4 磷酸盐矿物的电选磷酸盐矿物的电选 沉积型磷酸盐矿床是世界上最具有经济价值的矿床 也是磷酸盐原料的主 要产地 石英和方解石是沉积型矿床的主要杂质矿物 磷酸盐矿石的电选是以 伴生的不同种矿物获得不同的电荷为依据 最近 磷酸盐矿石的干式摩擦电选 已成为浮选的替代方法 在这种情况下 可用V型静电分选机从磷酸盐矿物中分 离出粒度大于75um的粗粒二氧化硅 该电选机的处理能力为20t h 在特殊加 热条件下预热磷酸盐矿石 给料温度为80 100 3 53 5 锡和钨矿物的电选锡和钨矿物的电选 20世纪初锡石受到电选工程师的注意 在钨矿石电选时 除了需要将钨矿 物与伴生的锡石分离外 用高压电选机还成功地将硫化物与白钨矿和黑钨矿一 白钨矿分离开 在这两种情况下 白钨矿成为非导体矿物而硫化矿物和黑钨矿 物具有导体矿物行为 因此可用电选有效地分离它们 3 63 6 金刚石的电选金刚石的电选 南非金刚石研究实验室于1948年就发明了用电选法回收金刚石 并于1952 年建立工业车间 已知在稍稍除去水分后金刚石是导电性很差的物质 砂矿 砾石和金伯利岩管是金刚石工业资源 与金刚石伴生的杂质矿物有石英 石榴 石 橄榄石和其它脉石矿物 3 73 7 煤的电选煤的电选 有关试验结果表明 在合适的条件下 用摩擦静电选可以有效地除去不同 种类的硫化矿物和硅酸盐杂质矿物 对于100 1000 m粒度的物料 在低的相 对湿度条件下 30 用电晕电选机可使硫化矿物和灰分杂质含量降到所希望 的值 应用不同的处理方法 特别是调节相对湿度以及加热原料或加热周围大 气 对电选是有好处的 还研究了以下改进电选的措施 用油处理原料 调节 原料的水分 在低氧环境下用NH3 来改变黄铁矿和产生灰分颗粒的导电率 在 干的氮硫化床摩擦带电介质中添加芳香类药剂 选择性分离煤素质 电选是一种很有效的物理选矿方法 且有与其他物理和化学选矿方法所难 以比拟的特点 加之它不产生污染 因此越来越显示出其优越性 日益为人们 所重视 各种资料和事实都已表明 必然会更加发展 电选设备的改进和效率的提高 原有电选设备的处理量和分选效果仍然不 太理想 现在对电选产品的质量要求更高 因此 原有的电选设备已不能适应 形势的要求 为此 提高台时的处理能力和一次分选效果仍然引起人们重视的 问题 世界各国对此进行了不少研究 已经取得了可喜的成果 如鼓筒式电选 机每小时处理能力已达到了35 50t 有了很大进展 参考文献参考文献 1 朱俊士著 矿矿试验研究与产业化 M 北京 冶金工业出版社 2004 2 张宗华 选矿电磁学 M 北京 冶金工业出版社 1988 3 东北工学