第八章 电 选（2017）解析

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889214820V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，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：f1f4mgcos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：f1f3+mgcosf4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：f3mgcos+f4脱落滚筒成为半导体产品非导体颗粒受力情况为：f3mgcos+f4仍吸在辊筒上，用刷子刷下成为非导体产品,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,DXJ320X900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，35根电晕电极，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,YD4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；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23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，若混在一起分选，势必影响分选效果。电选的有效分选粒度为0.12mm，现在分选粒度下限已降到2030m。2.物料的加温矿粒含有水分时，会使非导体矿物的导电性提高，容易混进导体产品中，严重影响分选效果。为此，预先加热是非常重要的。加温干燥的目的是除去矿物的表面水分，恢复不同矿物的固有电性，并使物料松散。3.矿石表面处理表面处理是指采用各种药剂对矿物表面进行处理，以改善电选效果。表面处理包括两方面:一是表面污染物的清理，二是用药剂对矿粒进行表面改性。,第五节电选工业应用,一、黑色金属矿物的电选铁矿的电选局限于铁矿的精选。国内尚无电选铁精矿的实例，国外用电选降低铁精矿中SO2和磷矿物含量，提高铁精矿品位。1.降低SiO2含量，提高铁精矿品位最典型的是加拿大瓦布什选矿厂的铁矿石电选。原矿（赤铁矿）经破碎、磨矿，粒度小于0.56mm后重选。重选所得铁精矿进行干燥后，进行电选，最终铁精矿杂质很低，称之为超纯铁精矿。所用电选机为美国卡普科型高压电选机。工艺流程见图。,2铁精矿电选降磷,瑞典北部的马姆贝里耶特选矿厂是铁精矿降磷的典型。该厂早在1972年就采用电选处理铁精矿，以降低其中的磷含量，其流程见图。该厂原矿同样为赤铁矿，年处理能