автореферат диссертации по энергетике, 05.14.12, диссертация на тему:Разработка научных основ электрической сепарации по проводимости

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

КРИВОВ СЕРГЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ ПО ПРОВОДИМОСТИ

Специальность 05.14.12 - Техника высоких напряжений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

На правах рукописи

ргв о л

Москва

2000г.

Работа выполнена в Московском энергетическом институте

(Техническом Университете) на кафедре Техники и электрофизики высоких напряжений.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Бортник И.М.

доктор технических наук, профессор Переводчиков В. И.

доктор технических наук, профессор Митькин Ю.А.

Ведущее предприятие:

Федеральное государственное унитарное предприятие институт ГИРЕДМЕТ.

Защита диссертации состоится 15 декабря 2000 г. в 13 00 в ауд. Г-200 на заседании Диссертационного совета Д 053.16.07 Московского энергетического института (Технического Университета) по адресу: Москва, Красноказарменная ул., д. 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14 , Ученый Совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан " ^ " 2000 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета к.т.н., доцент

Арцишевский Я.Л.

^14,365,0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Наиболее современным и перспективным методом для обогащения различных видов минерального сырья является электрическая сепарация -эффективный, экологически чистый и наименее энергоемкий разделительный процесс

Электрическая сепарация занимает все более важное место среди методов обогащения, области ее применения весьма разнообразны и продолжают расширяться. Различают несколько методов электрического обогащения, отличающихся по используемым в них физическим силам и методам зарядки частиц. Промышленное использование, благодаря практической важности, получил в основном метод сепарации по электрической проводимости. Накоплен большой практический опыт разделения с помощью этого метода ряда труднообогатимых редкометальных минеральных комплексов.

Однако возможности электрической сепарации далеко не реализованы и ее широкое внедрение в обогатительные процессы сдерживается тем, что конструирование сепараторов, выбор режимов их работы ведется, в основном, на эмпирической основе, на базе технологических опытов без глубокого исследования физических основ процесса.

Отсутствуют теоретические методы и способы выбора режимов работы сепараторов. Нет уверенности, что и уже разработанные процессы протекают оптимальным образом. Значительные трудности возникают с применением электросепарации для новых месторождений из-за большого объема лабораторных и полупромышленных исследований.

Несмотря на значительное количество публикаций и патентной информации, все они посвящены в основном технологическим вопросам сепарации или описанию узлов и конструкций сепараторов. Исследовательские работы из-за неполноты и разрозненности сведений не дают возможности создать научно обоснованную теорию электрической сепарации.

Конечно, общие принципы зарядки и движения частиц сформулированы в соответствующих разделах электродинамики, но без учета конкретных особенностей поведения частиц в процессах электросепарации они не могут быть использованы для практических расчетов. Исследования в этой области без современной теоретической основы, в большинстве случаев, приводят к негативным результатам и искажают объективную оценку возможности этого прогрессивного процесса.

Дальнейший прогресс в области электрической сепарации требует разработки научных основ метода в комплексном сочетании как теоретических, так и экспериментальных исследований, предметом которых должны быть физические процессы, составляющие основу электросепарации по проводимости. Такой фундаментальной основой метода является

зарядка частиц на электродах сепаратора, действие на них электрических сил, обеспечивающих их рациональное движение и разделение в электрическом поле конкретных сепараторов.

Цель и задачи работы. С учетом актуальности проблемы, целью исследований является разработка научных основ электрической сепарации по проводимости и практических рекомендаций, позволяющих на основе новых физических представлений и учете реальных особенностей поведения частиц в электрическом поле, проведение научно-обоснованного выбора параметров конструкций сепараторов и выбора режимов их работы.

Основными задачами, вытекающими из сформулированной цели исследования, являются:

- разработка теоретической модели зарядки частиц в электрическом поле с объемным зарядом при контакте с электродом;

- разработка теоретической модели силового воздействия электрического поля на частицу, находящуюся на электроде и вблизи него, с учетом свойств реальных частиц, в том числе контактного сопротивления;

- проведение анализа электрического поля электродной системы и разработка методики расчета электрического поля сепаратора;

- разработка экспериментальных методик, обеспечивающих комплексный подход к исследованию процесса электросепарации, учитывающий необходимость одновременности определения параметров движения частиц, процесса их зарядки и образования конечных продуктов разделения;

- проведение экспериментальных исследований физических процессов, составляющих основу электросепарации по проводимости, и на их основе выявление особенностей процессов применительно к базовой конструкции пластинчатого электросепаратора;

- разработка методики расчета физических процессов в электросепараторе на основе теоретических разработок с учетом выявленных особенностей;

- на основе проведенных исследований разработка новых принципов, элементов конструкции и обоснование рекомендаций по рациональной организации процесса сепарации на примере ряда месторождений.

Метод исследования. Для выполнения поставленных в работе задач использовались теоретические и экспериментальные методы. Теоретические исследования основывались на использовании основных положений и расчетных уравнений электрофизики и электродинамики. Экспериментальные исследования проводились в широком диапазоне конструктивных и технологических параметров электросепарации с привлечением разных

методов измерения. При обработке экспериментов применялся статистический анализ результатов. — -----------

Таким образом, в отличие от распространенного на практике технологического подхода, использовался комплексный метод, заключающийся г сочетании теоретического анализа и экспериментального исследования основных физических закономерностей, лежащих в основе процесса электросепарации, выявлении общих закономерностей и особенностей процесса и формулировании на этой основе принципов рациональной организации и методик расчета процессов в сепараторе с привлечением расчетов на ЭВМ.

Научная новизна работы:

1. Разработана модель зарядки, силового воздействия и движения частиц минералов в электрическом поле включающая:

- теоретический расчет кинетики зарядки и силового воздействия на частицу, находящуюся на электроде, при различных свойствах частицы и различных значениях переходного сопротивления контакта;

- теоретический расчет силового воздействия на частицу, находящуюся вблизи электрода;

- методику расчета зарядки при скачкообразном движении частиц минералов по зарядному электроду пластинчатого электросепаратора;

Представленные расчеты являются развитием идей изложенных в разделе "Тензор натяжения электрического поля" книги И.Е.Тамма "Осно-аы теории электричества".

2. Разработана комплексная методика экспериментального исследования процессов в элекгросепараторе, включающая возможность одновременного измерения зарядоз частиц, траекторий их движения в сепараторе " результатов разделения на выходе сепаратора, позволяющая всесторонне псслеяо?гт> процесс элек'росепарации в широком диапазоне изменения характеристик частиц, технологических, и конструктивных пзраметуоз сепаратора.

3. Разработаны рекомендации по применению модификации метода эквивалентных разрядов, заключающейся во введении в расчетную схему линейно-зависимых зарядов, позволяющие для данного класса задач позы-сить точность расчета электрического поля сепаратора. Практическая реализация метода позволила выявить особенности структуры электрического поля сепаратора.

4. На основе экспериментального изучения физических явлений, составляющих основу процесса электросепарации по проводимости, выявлены особенности поведения частиц минералов в пластинчатом сепараторе;

- .суммарный заряд частиц минералов при одновременно действующих процессах индукционной зарядки и трибоэлектризации

является их алгебраической суммой, что обеспечивает селективную зарядку частиц;

- движение частиц минералов по зарядному электроду имеет сложный скачкообразный характер;

- при движении в межэлекгродном промежутке частицы минералов испытывают соударения с отклоняющим электродом, приводящие к перезарядке частиц проводников.

5. Обосновано повышение эффективности работы пластинчатого электросепаратора за счет снижения перезарядки частиц проводниковой фракции при ударах об отклоняющий электрод и за счет повышения величины и стабильности зарядов частиц диэлектрической фракции.

Достоверность:

Достоверность полученных в данной работе результатов определяется:

- корректным применением фундаментальных математических методов и законов электродинамики;

- тщательным методическим обоснованием экспериментальных исследований, большим объемом исследований с варьированием влияющих факторов;

- хорошими результатами сопоставления, расчетных и экспериментально определенных величин зарядов и электрических сил;

- соответствием результатов физическим представлениям о наблюдаемых процессах;

- надежной и эффективной работой созданного оборудования.

Практическая значимость и реализация результатов:

1. Разработаны рекомендации по рациональной организации процесса разделения и выбору режимов работы пластинчатых наклонных электросепараторов.

2. Предложен способ, позволяющий повысить эффективность работы сепаратора за счет увеличения выхода проводящих частиц и уменьшения взаимозасорения продуктов, заключающийся во введении в конструкцию сепаратора диэлектрической прокладки.

3. Предложен способ, позволяющий повысить эффективность работы сепаратора за счет увеличения выхода диэлектрических частиц и уменьшения взаимозасорения продуктов, заключающийся во введении в конструкцию сепаратора узла коронной подзарядки.

4. Предложены и обоснованы режимы работы пластинчатого сепаратора нового поколения для эффективного разделения концентратов Лукоя-новского, Тарского и Стремигородского месторождений, позволившие расширить область применения пластинчатых сепараторов при высоком качестве получаемых продуктов разделения.

5. Результаты работы внедрены на ВДГМК г. Вольногорск при модернизации действующих сепараторов.

6. В Бронницкой ГГХЭ при полупромышленной переработке концентратов Тарского месторождения.

7. В ЗАО "Кварц-Аи" при создании промышленной линии по переработке электронного скрапа.

Личный вклад автора выразился в:

- постановке вопросов для исследования, формулировании теоретических задач и проведении аналитических расчетов: решении уравнений неразрывности полного тока и тензора натяжения Максвелла для разработки теории зарядки и силового воздействия электрического поля на частицы на электроде и вблизи него;

-разработке алгоритма усовершенствованного метода расчета поля, проведении расчетов и анализа электрического поля;

-разработке экспериментальных методик, планировании и проведении экспериментальных исследований;

-разработке методик расчета процессов в элекгросепараторе и способов повышения эффективности его работы на основе усовершенствования конструкции электросепараторов;

-разработке конструкций электросепараторов нового поколения.

На защиту выносятся:

1) методика расчета процессов зарядки частиц произвольной формы, эк-вивалентируемой полуэллипсоидом, при контакте с электродом в электрическом поле, включающая аналитические расчетные формулы, с учетом различных случаев проявления контактного сопротивления;

2) методика и аналитические выражения для расче«а силового воздействия элекфического поля на частицы при контакте с электродом и вблизи него;

3) методика расчета зарядки и движения частиц минералов в электрическом поле пластинчатого сепаратора с учетом дискретного характера зарядки при скачкообразном движении;

4) комплексная методика экспериментального исследования процессов в сепараторе;

5) экспериментальные данные об особенностях поведения частиц минералов в пластинчатом сепараторе;

6) способы повышения эффективности работы сепаратора.

Апробация работы: Материалы работы докладывались и обсуждались на совещаниях и семинарах: на заседании научно-технического совета Минцветмета (г. Вольногорск, февраль 1985 г.); на Всесоюзной научно-

технической конференции «Совершенствование техники и технологии электрического обогащения в народном хозяйстве» (г. Свердловск, июль 1986 г.); на совещании разработчиков месторождений Тарское и Лукоянов-ское (1987, 1993 г.) на научных семинарах кафедры Техники и электрофизики высоких напряжений МЭИ (Москва, 1993 г., 1998 г ).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 23 печатные работы, в том числе 7 авторских свидетельств.

Объем и структура работы. Диссертация общим объемом 348 страниц, состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы (170 наименований), содержит 100 рисунков, 37 таблиц, 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, проанализирована степень разработанности темы, указана научная новизна и практическая ценность работы.

Первая глава посвящена обоснованию значимости разработки научных основ для развития метода электрической сепарации по проводимости. На основе известных публикаций дан практический анализ современного состояния в применении метода элекгросепарации. Показано, что в настоящее время в обогатительных процессах широко применяются различные методы электросепарации. Наиболее широкое применение на практике нашел метод разделения минеральных смесей, зерна которых различаются по проводимости, но не разделяются традиционными гравитационным и магнитным способами.

Процесс заключается в создании на основе различий в проводимости, отличающихся по значению и (или) по знаку, электрических зарядов на зернах минеральной смеси с последующим пропусканием заряженных частиц через электрическое поле постоянной полярности и высокой напряженности. В электрическом поле заряженные частицы отклоняются под действием электрических и механических сил в соответствии со значением и знаком их заряда от траектории, характерной для движения незаряженных частиц в отсутствие электрического поля под действием только механических сил (гравитационных, центробежных, сопротивления среды).

В России и за рубежом эти процессы реализованы на ряде промышленных предприятий, в частности, при разделении титаноциркониевых и ряда других редкометальных концентратов.

Практическое применение в промышленности нашли несколько конструкций сепараторов по проводимости: барабанные и пластинчатые.

В нашей стране освоено производство и эксплуатация нескольких типов барабанных сепараторов. Они во многих случаях обеспечивают высокую селективность разделения и позволяют получать хорошие техноло-

гические показатели, хотя сепараторы этого типа обладают рядом недостатков, что сдерживает их широкое применение. Напичие вращающихся со значительной частотой деталей и трущихся частей фи большом количестве одновременно работающих сепараторов, вызыпает эксплуатационные осложнения.

Перспективной конструкцией, лишенной недостатков барабанных сепараторов, является пластинчатый наклонный эх ектросепаратор. Разработана для минералов конкретного Малышевского месторождения конструкция пластинчатого сепаратора многоблочного исполнения, основой которого является конструкция одного блока (рис.1).

Он состоит из загрузочного бункера 1 с питающим устройством, электродной системы 2-4 и приемников 5-6 продусгои разделения Электродная система состоит из зарядного заземленного электрода 2, верхнего отклоняющего электрода 3 и нижнего отклоияюше1 о электрода 4, которые соединены с выводами источника высокого напряжения, зарядный электрод устанавливается под углом по отношению к горизонту большим угла естественного ссыпания сепарируемого материала. Разница в зарядах частиц, согласно литературным данным, создается за с !ет различной скорости их зарядки при движении по зарядному электроду. Разделение происходит в электрическом поле постоянной полярности на вы <оде сепаратора.

Пластинчатый электросепаратор обладает оядом положительных свойств: высокой производительностью и эффективностью разделения; осуществлением в одном аппарате полного цикла основной и перечистной операций; отсутствием вращающихся деталей; высоким межремонтным сроком; простотой обслуживания, настройки и ремонта; малыми энергозатратами и т.д. Однако наряду с явными технико-экономическими преимуществами пластинчатого сепаратора, он является наименее исследованной конструкцией, что позволяет говорить о значительных резервах, возмож-

3

• - проводящие частицы О - диэлектрические

наклонный электросепаратор: 1 - бункер-питатель;

2 - плоский заземленный электрод; 3 - верхний высоковольтный электрод; 4 - нижний высоковольтный электрод; 5 - отсекатели; 6 - бункера приемников продуктов разделения.

Рис. 1. Пластинчатый

частицы

ностях усовершенствования конструкции и его широкого распространения на новые месторождения.

Высокие результаты применения элекгросепарации в обогатительных процессах вызвали появление большого числа публикаций, однако их направленность отражает главным образом технологические вопросы разделения. Предлагаемые режимы работы сепараторов являются итогами длительных технологических подборов без анализа внутренних факторов и теоретического обобщения закономерностей процесса. Теоретическим и физическим основам электросепарации в большинстве работ уделяется незначительное внимание и посвящены им лишь отдельные публикации.

Этих данных недостаточно для научно обоснованного выбора параметров конструкций и режимов работы сепараторов. Отсутствуют надежные способы и теоретические методы выбора режимов работы сепараторов. Кроме того, нет уверенности, что и уже разработанные аппараты, и действующие технологические схемы разделения обеспечивают протекание процесса оптимальным образом. Значительные трудности возникают с применением электросепарации для новых месторождений или нового сырья, для которых приходится заново проводить большой объем лабораторных и полупромышленных исследований.

Совершенствование процесса электрической сепарации, определение возможностей электрических сепараторов может быть сделано лишь на базе научных представлений о физических процессах при разделении частиц минералов. Поэтому главной задачей развития электрической сепарации по проводимости на настоящий момент является разработка научных основ метода и эта задача является целью настоящего исследования.

Конкретные вопросы для решения основной задачи работы сформулированы на основе анализа известных данных о процессах зарядки частиц, силовом воздействии электрического поля на частицы, характере их движения и, в целом, о процессах разделения в электросепараторах.

Предшествующие теоретические подходы к анализу закономерностей зарядки и силового воздействия на частицы в электрическом поле высоковольтных электродов сепаратора показывают, что наибольшие трудности имеют место при определении электрических сил, действующих на частицы на электроде и вблизи него. С определением электрических сил тесно связаны вопросы кинетики зарядки частицы. От того, как будет организован процесс зарядки частиц, зависит силовое воздействие на нее со стороны электрического поля, которое определяет удержание или отрыв частиц с электрода и их дальнейшее движение.

Наиболее ясным вопросом в общей теории о зарядке частиц на электроде является определение предельных зарядов частиц. Различные подходы к решению этих задач ранее рассматривались в работах Ландау Л. Д., Джуварлы Ч. М., Наги-заде А. Т., Попкова В. И., Верещагина И. П., Мир-забекяна Г. 3., Месеняшина А. И. др.

Известно решение задачи о предельном заряде проводящего шарика, помещенного в однородное поле плоского конденсатора:

<7 » = ~г Еа 2 (1)

о

где: Е - напряженность электрического поля, а - радиус шарика.

Для полуэллипсоидальной частицы с полуосями а,Ь,с расположенной на электроде плоскостью среза, предельный заряд определяется выражением:

= лЬсе0Е / ¡1а

где: йа - коэффициент деполяризации эллипсоида, Е - напряженность электрического поля.

Более сложной и наименее исследованной задачей является расчет электрических сил, действующих на частицы на электроде.

Известно выражение для силы, действующей на заряженную до предельного заряда сферическую частицу на электроде:

/7ЗЛ=0,832Ец„р (2)

Числовой коэффициент 0,832 учитывает влияние силы зеркального отображения.

Отрывающая сила, действующая на проводящую полусферическую частицу, заряженную до предельного заряда:

9

Рпрое = '-тге0а2Е

Большое внимание уделяется в литературе расчету кинетики индукционной зарядки. Причем, широкое распространение, особенно в публикациях по электросепарации, получили ошибочные подходы. Это привело, в частности, к попыткам создания методик расчета процесса электросепарации, включающих в себя неверные данные о процессе зарядки, хотя в литературе (Джуварлы Ч. М., Наги-заде А. Т.) и имеется правильное решение задачи о кинетике зарядки при нулевом контактном сопротивлении

Нерешенными остаются и такие важные задачи, как влияние соотношения реальных свойств частиц и величины контактного сопротивления частица-электрод на процесс зарядки.

Таким образом, необходимо рассмотреть решение задач о кинетике зарядки и силовом воздействии на частицы в полном объеме, в том числе с учетом контактного сопротивления и его различных состояний.

Особенность процессов сепарации заключается в том, что в реальных конструкциях происходит одновременное наложение ряда сложных электрофизических явлений: трибоэлектризации, адгезии и т.д., затрудняющих проведение полного теоретического анализа процесса. Поэтому, не умаляя общности исследований, для выявления особенностей поведения частиц экспериментальными методами, дополнения и уточнения теоретических моделей для расчета реальных процессов в сепараторах, следует

ориентироваться на базовую конструкцию сепаратора, в качестве которой выбран пластинчатый наклонный электросепаратор и сложные, трудно-обогатимые редкометальные титаноциркониевые комплексы в качестве базовых для проведения исследований.

Основные выводы данной главы позволили обоснованно сформулировать цель данной работы и поставить задачи ее реализации.

Вторая глава посвящена методической стороне выполнения работы. Сформулированы и обоснованы методы решения поставленных в работе задач. Проведен анализ необходимого и оправданного соотношения теоретических и экспериментальных подходов для разработки научных основ электросепарации по проводимости.

Теоретический раздел посвящен аналитическому анализу наиболее важных вопросов и ключевых процессов электросепарации. Роль теоретических исследований - это базовые расчетные соотношения, определяющие поведение частиц, их зарядку и силы, действующих на частицы на электродах и вблизи них.

Необходимость самостоятельного выделения теоретической части в том, что она имеет более широкое применение, чем только для электросепарации по проводимости, так как это один из самостоятельных вопросов электротехники и электродинамики.

Роль теории в общности базовых моделей, которые входят как основополагающие элементы во все процессы электросепарации, и в том числе в другие приложения, в которых требуется анализ поведения частиц на электродах и вблизи них. Вместе с тем, применение только теоретических подходов к практике конструирования сепараторов напрямую не дает практического результата, т.к. полная физическая картина в реальных конструкциях сепараторов не укладывается в аналитические схемы. Особенности физических факторов, которые в теоретических моделях не учитываются (адгезия, трибоэлектризация, характер движения и т.д.) обосновывают необходимость эксперимента. И обе части в такой постановке важны и равнозначны, т.к. ставится цель доведения до реальных конструкций и практических рекомендаций.

Важная часть отводится эксперименту, направленному на проверку правильности результатов теоретических разработок.

Предметом большей части экспериментальных исследований являются физические процессы, составляющие основу элекгросепарации:

- трибоэлектризация минералов и влияние на нее различных технологических и конструктивных параметров базового элекгросепаратора;

- индукционная зарядка частиц при движении их по электродам сепаратора, с целью выявления особенностей этого процесса, усложняющих его по сравнению с теоретическими моделями;

- механизм взаимодействия двух способов зарядки: трибо и индукционной и обоснование механизма селективной зарядки частиц; _

- поведение частиц в сепараторе в целом, их траектории на различных этапах, по зарядному электроду, на выходе сепаратора и т.д.;

- решение вопросов, связанных с силами адгезии применительно к процессам электросепарации.

Для решения поставленных в работе проблем необходим анализ электрического поля для системы электродов сепаратора, как основного фактора силового воздействия на разделяемые частицы.

Для проведения экспериментальной части исследований разработан экспериментальный комплекс (рис 2), включающий соответствующие методики и стенды

Экспериментальный стенд для реализации комплексной методики исследования зарядки и движения частиц состоит из лабораторного сепаратора (1), электрической части (2) и аппаратуры для исследования траектории движения частиц (3). Основой стенда является сепаратор, который конструктивно выполнен таким образом, чтобы иметь возможность, с одной стороны, в точности воспроизводить режимы работы промышленной конструкции (рис.1), с другой, изменять в широких пределах параметры, например, менять длину, форму, взаимное расположение электродов, устанавливать дополнительные элементы и т.д.

Результатом разделения частиц в сепараторе является распределение материала по секционированному приемнику продуктов. Относительная масса материала, попавшего в каждую секцию, определяет выход материала по секциям приемника продуктов или, так называемый, веер, который совместно с минералогическим анализом содержания минералов в секциях является конечной характеристикой процесса сепарации, интегрально характеризующей поведение частиц в сепараторе.

Рис. 2 Экспериментальный комплекс

Схема измерения заряда предназначена для измерения на выходе сепаратора среднемассового заряда частиц, приобретенного в сепараторе.

В качестве датчика заряда использовался изолированный секционированный приемник продуктов разделения. Такое совмещение функций приемника и датчика позволяет комплексно рассматривать процесс зарядки и формирования конечного продукта по секциям приемника. Точность измерения заряда не менее 2%.

Аппаратура для исследования движения частиц (3 на рис.2.) предназначена для определения скоростей и траекторий движения частиц в процессе сепарации методом фотографирования, что позволяет проводить детальное исследование общей картины движения частиц в межэлекгродном промежутке и областей вблизи электродов. Траектории дают наглядное представление о характере движения частиц в исследуемом объеме. Точность измерений не менее 4.5%.

Для экспериментальных исследований использовались мономинералы (ильменит, рутил, циркон, кварц, ставролит, апатит, хромит и др.), входящие в состав коллективных концентратов различных месторождений.

Определение размеров частиц и анализы проводилось с помощью микроскопов МБИ-6 и МБС-10, масса определялась на весах MIM "Laborz" (точность 0,001г) или VI-200 (точность 0,01г), в зависимости от навески.

Методика исследования адгезионных характеристик материала электродов основана на сравнительном анализе проявления силы адгезии. За основу принят подход, направленный на выявление факторов, влияющих на проявление адгезии применительно к процессам сепарации и их устранение. Адгезионные характеристики определялись на основе измерения вероятности отрыва в электрическом поле частиц минералов от подложек, изготовленных из различных материалов, как металлических: алюминий, медь, хромированная сталь, так и из углесодержащих материалов: электродные графиты, стеклографит, графитопласт АТМ-1 и др. Исследовалось влияние температуры нагрева частиц и электрода и его вибрация.

Разработана специальная методика прямого измерения электрических сил, действующих на модельные частицы. Цель ее создания в необходимости проверки основных теоретических положений зарядки и силового воздействия электрического поля на частицы сложной формы, например, при эквивалентировании реальных частиц минералов полуэллипсоидами с различным соотношением полуосей, находящихся на электроде.

Экспериментальный стенд (рис.3) состоит из: рабочего поля (1) размерами 1000x1000 ммх193 мм, узла измерения силы (2), узла подвеса с микрометрическим винтом (3) для перемещения системы, высоковольтного источника.

Узел измерения силы выполнен на базе модернизированных весов MIM "Labors". Модернизация весов произведена для того, чтобы иметь возможность измерять изменение веса модельной частицы находящейся в

_ Рис.3. Экспериментальный стенд для измерения электрических сил, действующих на

модельные частицы: 1 - рабочее поле, 2 - узел измерения силы, 3 - узел подвеса с микрометрическим винтом, 4 - модельная частица, 5 - измерительный шток, 6 - изоляционные конструкции

электрическом поле, одевая ее на специальный измерительный шток, выходящий сквозь верхнюю крышку весов в рабочую зону. Шток толкателя весов выполнен из диэлектрического материала для предотвращения потери частицей заряда. Диапазон изменения измеряемой силы составляет для описываемого стенда Ю.ОхЮ^Н. Положение частицы относительно плоскости регулируется микрометрическим винтом. После подачи напряжения на частицу действует, кроме силы тяжести, сила электрическая. Величина электрической силы определяется как разность показаний весов.

Погрешность измерения силы уточнена с аналитическим контролем для модельной сферической частицы диаметром 72.2 мм, изготовленной из пластика с металлизированным покрытием, и составила от 4 до 11 %. Таким образом, методика позволяет производить измерение электрических сил, действующих на модельные частицы, с достаточной для проверки принципиальных теоретических положений точностью.

Методика расчета электрического поля основана на введении в расчетную схему МЭЗ функционально зависимых дополнительных зарядов, что позволило снизить порядок расчетной системы и повысить точность расчетов (<0.2% для потенциала). Плавное изменение плотности заряда по поверхности плоских участков электродов обусловило применение линейного вида функциональной зависимости. Создан алгоритм расчета и разработаны рекомендации по использованию дополнительных зарядов.

Созданные экспериментальные стенды и разработанные методики позволяют комплексно исследовать разделение частиц минералов в базовой конструкции сепаратора и детально анализировать физические процессы, составляющие основу электросепарации по проводимости.

Третья глава посвящена разработке теории ¡арядки и силового воздействия электрического поля на частицы на электродах сепаратора и вблизи их.

Физической основой процесса электросепарации служит силовое воздействие электрического поля на заряженные частицы. Правильное ре-.

шение задачи о силах невозможно без тщательного анализа кинетики зарядки частицы. В сепараторах по проводимости основным механизмом зарядки частиц является индукционный. Все важнейшие процессы протекают при контакте частиц с электродами, поэтому большое значение приобретает определение электрических сил, действующих на частицы на электроде и вблизи него.

Наиболее характерными для электросепарации являются следующие случаи: незаряженная частица приближается к зарядному электроду (например, в начальный момент после поступления из бункера); частица заряжается, находясь на зарядном электроде; заряженная частица оседает или удаляется от электрода (например, после отскока, ударившись или зарядившись на электроде).

Реальные частицы неправильной формы при расчете заменяются эквивалентными по объему либо сферой, либо полуэллипсоидом, что позволяет, меняя соотношения полуосей, аппроксимировать широкий класс тел с достаточной для практики точностью.

Поведение частиц на электроде сепаратора сложный физический процесс. Поэтому для теоретического анализа вводится ряд допущений.

Общая постановка задачи: на плоский электрод в однородное электрическое поле Ео в момент времени 1=0 помещается незаряженная частица, электрические свойства которой (у 1-объемная проводимость, ег диэлектрическая проницаемость) известны. Известны характеристики внешней среды (уг Бг) и контакта (уз£з), образующегося между частицей и электродом. Требуется определить зависимость заряда частицы от времени и силовое воздействие на нее электрического поля в процессе зарядки. Частица имеет полуэллипсоидальную форму с полуосями а>Ь>с, не движется по электроду и не изменяет своей ориентации в процессе зарядки. Контакт с электродом осуществляется по всей поверхности плоскости среза частицы, прилегающей к электроду.

Учет возможных условий контакта реальных частиц с электродом, являясь одним из важнейших вопросов для теории зарядки, позволяет разделить общую постановку вопроса на три задачи:

1. Контактное сопротивление пренебрежимо мало по сравнению с проводимостью частицы (случай, известный как индукционная зарядка);

2. Электрическая проводимость контакта по ряду причин существенно ниже проводимости частицы (оксидная пленка на электроде, воздушная прослойка между частицей и электродом, жировое или другое непроводящее загрязнение на поверхности частицы или электрода) (случай биполярной зарядки);

3. Проводимости контакта и частицы соизмеримы и необходимо учитывать их совместное влияние на процесс зарядки. Это общий случай в теории зарядки частиц при контакте с электродами, который является самым сложным для расчета.

'Ясвяз 61Г2

^"Ясвяз

"ЯсвоЛ

*Ясво

+Ясвоб

б).

В)

ф

\ * V

Рис 4 Модель зарядки частицы на элекггроде

а) поляризация а начальный момент времени

б) индукционная зарядка

в) биполярная зарядка

а).

Методы решения этих задач - интегрирование по поверхности частицы уравнений неразрывности полного тока для зарядки и максвелловского тензора натяжения - для силы.

Рассмотрим физическую картину процесса зарядки для этих случаев. В начальный момент времени 1=0 (временем поляризации пренебрегаем) частица на электроде поляризуется (рис.4-а). По боковой поверхности частицы и по поверхности, прилегающей к электроду, расположены связанные заряды поляризации и -д„„. Они не зависят от условий контакта частицы с электродом и определяются только диэлектрическими свойствами частицы и среды. Частица в целом электронейтральна. На силовое воздействие оказывают влияние оба эти заряда: +дсвЯз и -цсеяз- Если частица обладает конечной проводимостью, то внутри нее протекает ток проводимости, что будет приводить к накоплению на концах частицы свободных зарядов противоположных знаков. В результате нейтрализации свободного заряда с одного из концов, за счет контакта частицы с электродом, частица будет иметь избыточный свободный заряд. Таким образом, реальная частица, находясь в электрическом поле, начинает заряжаться и в пределе при 1—>со частица, обладающая конечной проводимостью, будет заряжена, как и проводящая. На ней будет только свободный заряд, расположенный по боковой поверхности частицы (рис.4-б). Этот случай соответствует отсутствию переходного сопротивления и означает, что на частице одновременно не существуют свободные заряды разного знака.

Если сопротивление контакта бесконечно велико, то на противоположных концах частицы сосредотачиваются равные по величине свободные заряды разного знака (рис.4-в). Свободный суммарный заряд частицы равен нулю.

При конечной проводимости контакта заряд 2>сю6 частично компенсируется зарядом электрода. В силовом воздействии на частицу участвуют уже различные по величине, в зависимости от времени зарядки, заряды +<7;.а>об и -Цг.соб.

Изменение заряда частицы во времени ищется из уравнения неразрывности плотности полного тока на ее поверхности:

у2Е2„ + s0s2 = riEu + SoSi ^ ; (3)

где: Ei„, Ei„ - нормальные составляющие напряженности электрического поля на поверхности частицы с ее внутренней и внешней стороны, so -электрическая постоянная. Выражение для изменения заряда частицы от времени после интегрирования по поверхности полуэллипсоида с учетом соотношений на границе раздела частица-воздух (s2~ 1), имеет вид:

q лЬсе0Е0{е,у2 -у,) ^ = ^ e,da +l-da

Yida+y2{l-da) ' 0 ytda+y2{l-da)'

где: q^- значение свободного предельного заряда частицы, г- постоянная времени процесса зарядки.

Если к начальному моменту времени частица обладала зарядом q„m, то кинетика зарядки частицы имеет вид:

ч(1)=Ях,+(Чнач-Чо0)-е ^ (6)

Выражения (3)-(6) получены с учетом проводимости среды у2 (например, внешняя зона коронного разряда).

При анализе зарядки частиц в электростатических сепараторах практически наиболее интересен случай непроводящей среды {у2 = 0):

-nbce0E0 etda +1 ~da

qx =---; г = s0---; (7)

da Yida

Полученные выражения позволяют рассчитать процесс зарядки частиц, когда он обусловлен только свойствами материала частицы и не искажен оксидными пленками или загрязнениями на поверхности частицы и т.д., и является одним из приближений при изучении реального процесса зарядки частиц в электрическом поле при контакте с электродом.

Если сопротивление контакта бесконечно велико - биполярная зарядка, то вследствие электростатической индукции на противоположных вершинах частицы сосредотачиваются свободные заряды разного знака (рис.4-в). Однако, как таковой зарядки в этом случае не происходит, поскольку избыточный заряд частицы равен нулю. Свободные заряды на противоположных вершинах i', и q2 равны по величине и противоположны по знаку. Изменение зарядов q, и q2 во времени происходит по закону:

Я, = -сh'qJl-*-"*) W

Рассмотренные выше случаи - предельные, с точки зрения переходного сопротивления контакта (нулевое или бесконечное значение) и с позиций механизма зарядки частицы: чисто индукционная или биполярная зарядка. Физически это означает, что процесс нейтрализации заряда на

нижней поверхности частчиы отсутствует (при биполярной зарядке), или он протекает несоизмеримо быстрее процесса разделения зарядов на частице (при индукционной зарядке).

При учете переходного сопротивления контакта нейтрализация заряда соизмерима по времени с процессом разделения зарядов на частице и процесс в этом случае описывается дифференциальным уравнением:

^ + е- (9)

ш тк тк тк 1 + аа(Е1-1)

Здесь т - постоянная времени разделения зарядов на частице (5); тк = г0г3 //3 - постоянная времени контакта.

Решение этого уравнения при тк = ейеъ !уг =соп$( имеет вид:

Чи36=Ч соП-е"'^;-?«^--1 (е-^-е-"*.)

к тк/г-1

или в относительных единицах:

д* = -е4') (10)

к т*~\

где: Ч* = дизб/Я*>, С-И-с, т' = тК/т, к = \ + с!а(е1-\)

Полученные выражения имеют самостоятельное теоретическое и практическое значения и позволяют рассчитывать процесс кинетики зарядки в общем виде при различных значениях постоянных тит,

Дальнейшее углубление анализа основывается на рассмотрении взаимодействия частицы и электрода, происходящего в процессе индукционной зарядки. Силовая сторона процесса зарядки заключается в том, что по мере приобретения частицей избыточного заряда, увеличивается электрическая сила, направленная в сторону от электрода. Тем самым изменяется силовое взаимодействие частицы и электрода. А это может приводить к изменению контактного сопротивления частица-электрод.

Предположения, что контактное сопротивление может меняться в процессе зарядки или в зависимости от силы прижатия, имеются в некоторых публикациях. Задача расчета кинетики зарядки частиц с учетом изменяющегося контактного сопротивления является наиболее общим случаем и следующим этапом в развитии теории индукционной зарядки.

Предполагается, что проводимость контакта в процессе зарядки изменяется (уменьшается) от начальной величины, обусловленной начальным максимальным прижатием, до нулевого значения, когда частица отрывается от электрода. Это означает, что скорость зарядки частицы по мере увеличения заряда по экспоненте, как бы переходит с одной экспоненты на другую, более пологую, обусловленную увеличением тк.

В этом случае кинетика зарядки описывается системой уравнений:

dt тк тк тк 1 + da(e\~\) "Гк = f (q, t, etc.)

Сложность аналитического решения этой общей задачи состоит в неопределенности зависимости контактного сопротивления от времени или от величины заряда, от других физических факторов в месте контакта.

Однако анализ и решение этой задачи представляет существенный интерес и значение для теории зарядки и для практики электросепарации по проводимости. При известных допущениях эта задача доведена до практически важных результатов. Проанализированы различные варианты изменения т» в процессе зарядки в зависимости от величины заряда q в относительном виде: линейный, меняющийся скачком только при отрыве частицы от электрода, пропорциональные с учетом степени пропорциональности, экспоненциальные и т.д.

Произведено численное интегрирование системы уравнений (11) в относительном виде с учетом степенной зависимости, наиболее отражаю* * *\3

щей физику процесса: х к=т и, /(1 -q ) (рис.5, кривая 3). Эта зависимость физически эквивалентна протеканию процесса зарядки при переходе с одной экспоненты на другую, более пологую. На рис.5 для сравнения, нанесены известные экспериментальные данные зарядки частиц минерала рутила в однородном поле плоского конденсатора и расчетные зависимости кинетики зарядки при т t=const.

Учет возможного переменного характера постоянной времени контакта (кривая 3) дает существенно лучшее согласие с экспериментальными данными, чем расчеты с не изменяющимися в процессе зарядки т r (1 и 2).

Методика расчета силы, действующей на частицу со стороны электрического поля, основана на интегрировании силы натяжения, действующей на единицу поверхности частицы (определяется максвелловским тензором натяжения):

1 = -£О[е2пЁ2-0,5Е1-ПО\ (12)

где: п0 - единичный вектор внутренней нормали к поверхности частицы; Ё2, Е2„- вектор напряженности в воздухе на поверхности частицы и его нормальная составляющая.

Результирующая сила, действующая на частицу в направлении оси z, перпендикулярной плоскости, определяется как

. __ Рг J,5{s,-if{l-l) , dae2,-{da-!)£, + l-Iр | z лЬс£0Е1 к2 к2

1.0

0.5

0 5 10 15

Рис.5. Учет контактных сопротивлений в теории кинетики зарядки: точки - известные экспериментальные данные; 1,2,3 - теоретические расчетные кривые: 1 - т =соп51=1сек; 2 - т =«№1=1 Осек; 3-х =уаг.

Рис. 6. Зависимость электрической силы, действующей на частицу, от ее заряда, при а/Ь=1: 1- б| =5; 2- Е|=80; 3- расчет без учета зарядов поляризации; 4 - используемая на практике зависимость Рм=чхЕ.

где: I =

1-е

2Ыа/Ь ^

или I =

1

1-2 -—1п Ь/а

соответствен-

но для вытянутого а>Ь=с или сплюснутого а<Ь=с эллипсоидов вращения.

Показательным является анализ некоторых частных случаев.

Проводимость среды /2==0. При (=0 избыточный заряд на частице отсутствует (если частица не была предварительно заряжена) и сила обусловлена только связанными зарядами поляризации:

Ег т,|(=0 = О,5яЬсг0Е2{£! -/)-(/-/)Д- (14)

При е,-*с. Е, пол\^0=гАс£0Е20{1-1)/2с12а (15)

Направлена эта сила, обусловленная связанными зарядами, к электроду и поэтому всегда прижимает к нему частицу.

После того, как частица зарядится на электроде до предельного заряда, на нее действует отрывающая сила:

Рготр = -лЬсг0Ед1 /2с!2 (16)

Если частица, зарядившись до предельного заряда, удаляется от электрода на значительное расстояние, то на нее действует сила:

Р0=-лЬс£дЕ20/с1а (17)

Полученные выражения позволяют выявить влияние формы частиц на величину сил (таблица 1): для частиц с увеличением соотношения полуосей влияние плоскости (относительная величина сил зеркального отображения) уменьшается, и резко возрастает сила поляризации прижимающая ее к электроду. Это должно учитываться при сепарации частиц вытянутой формы. Влияние диэлектрической проницаемости частицы, на величину действующей на нее силы показано на рис.6. За базисное значение силы принята величина Еб = -пЬсе0Е20 .

_ __Таблица 1

Значение силы Е, / 7&>сепЕп .

а/Ь <4 1

рассчитанное по:

(15) (16) (П)

1 0,3333 0,500 2,25 -2,25 -3,00

2 0,1735 0,2828 11,90 -4,69 -5,76

5 0,0558 0,0980 144,80 -15,73 -17,92

10 0,0203 0,0369 1170,20 -44,82 -49,26

Показательно сравнение полученных результатов с ошибочным подходом, получившим распространение в литературе по электросепарации:

не учет зарядов поляризации в этих работах приводит не только к количественному, но и к качественно неверному результату. Согласно рис.6 (кривая 3), даже не обладающая свободным зарядом частица (</ - 0), махе дяишея на электроде, стремится оторваться от него, что неверно физически.

Полученные выражения позволяют рассчитывать процесс зарядки н силового воздействия с учетом проводимости среды у2, обусловленной током коронного разряда, например, в коронном барабанном сепараторе Сила, действующая на диэлектрическую частицу на электроде в поле коронного разряда с некоторой проводимостью х? (у: =/Е0) (у2> >//, 1—юо), равна

шр ~ 0,57Лс£0{е^ + /- - При этом заряд частицы составит

1]х = лЬс£0Е0£!/{I - (1а ). Сила кор всегда положительна, т.е. частица

прижимается к электроду.

Реальные частицы минералов имеют конечную объемную проводимость и поэтому одновременно происходят зарядка частиц от электрода и перезарядка за счет тока коронного разряда. Знак заряда частицы, величина его и сила, действующая на частицу со стороны электрического поля, зависят от формы частицы, от ее электрических свойств и проводимости среды.

Электрическая сила для сопротивления контакта бесконечной величины:

лос£дЕц к~

где: к = 1 + йа{е,-\~), Р = Ч' стб = - 42 сво6 - величина, характери-

яЬсе0Е0 пЬсе0Е0

зующая степень биполярной зарядки частицы, а точнее, степень разделения зарядов на частице, так как при биполярной зарядке на частице имеются равные свободные заряды разного знака д/ своб и ц^своб (рис.З-в).

В общем случае учета конечной величины контактного сопротивле-

ния:

лЬсе0Е{, Е0

+ 0,5{е,-1У(1-1)

(19)

где. Е' - 1 + (*а<Х - а= (>1 с"°б ^2 сю6 ■ ~ - Я изб

Ед к пЬсе0Е0 яЬсе0Ед 1 сво6 1 - $

Следует отметить, что при 5=0 (19) переходит в выражение для чисто индукционной зарядки частицы (13), а при з=1 - в выражение (18) для

биполярной зарядки (при этом а = Р). Конкретное значение 5 для (19) определяется кинетикой зарядки частицы с учетом переходного сопротивления.

После зарядки частицы и ее отрыва от электрода электрическая сила, действующая на частицу, изменяется. При малых расстояниях от частицы до электрода она испытывает притяжение к электроду за счет сил зеркального отображения. При удалении частицы от электрода влияние этих сил уменьшается, но вблизи электрода они весьма значительны, что заставляет частицы двигаться с дополнительным ускорением или замедлением.

Важное значение для электростатической сепарации имеет задача о расчете сил, действующих на заряженную частицу вблизи электрода, когда влияние сил зеркального отображения значительно. В литературе распространено ошибочное решение. Ошибка заключалась во введении неверного аналитического приближения ряда при записи энергии взаимодействия двух проводящих сферических частиц в бисферических координатах. В данной работе задача решена в общем виде, окончательное выражение аппроксимировано простым аналитическим выражением с погрешностью не более 0,12% во всем диапазоне значений Ь'г.

- = /-

0,04 0,164 0,037

(20)

«А X ЭД» [1/г)

где: г - радиус шара, Ь - расстояние от центра шара до плоскости, qo - предельный заряд шара. Упрощенный расчет при расположении заряда Чо в центре шара:

.„„ Р =/ ф)

Р = ЯоЕо -

или

4яе0{2Ь)' ЧоЕо

ЩГ

(21)

Сравнение результатов расчетов по (20) и (21) показывает (рис.7, кривые 1,2), что при Уг = 1 погрешность расчета силы по (21) составляет 29%. Расстояние, на котором можно применить расчет (21) с погрешностью менее 5%, соответствует области 1Уг >2.

Проверка и подтверждение основных положений разработанной теории зарядки и силового воздействия на частицы проведена, во-первых,

Таблица 2

Силы Частицы Теория Роч,1(Г,н Эксперимент Р<пр. 10'4н Теория Рпркж 10 н Эксперимент РпрнЖн

а=34 мм, Ь=с=34 мм 4.1 4.2-4.4 2.6 2.1-2.4

а=50 мм, Ь=с=20 мм 7.6 7.8-7.9 12.2 9.7-10.0

сравнением с известными экспериментальными данными для частицы вблизи электрода и, во-вторых, по методике главы 2. с использованием специальных молельных частиц'"'полуэллипсоидов вращения (таблица показало их хорошее согласие и полное подтверждение основных положений разработанной теории.

Разработанная теория зарядки и силового воздействия является основой методик расчета процесса разделения частиц в электросепараторах по проводимости. Полученные выражения позволяют рассчитать основные параметры зарядки и силового воздействия на частицу в электрическом поле.

Четвертая глава посвящена анализу электрического поля в высоковольтной системе электродов сепаратора. Силовое воздействие, на основе которого осуществляется электрическая сепарация, проявляется через воздействие электрического поля на заряженные частицы минералов, поэтому анализ электрического поля реальной конструкции пластинчатого сепаратора в различных режимах является существенным фактором его работы.

Анализ структуры поля позволяет выявить характерные зоны сепаратора. Первая зона - от бункера питателя до входа частиц под крыло (рис.1) характеризуется практически отсутствием или незначительной величиной электрического поля на поверхности зарядного электрода. Вторая зона (зона Б, рис.8-а) расположена между верхним и зарядным электродами. Напряженность поля в этой зоне постепенно увеличивается по мере продвижения вдоль зарядного электрода. Третья зона (зона В, рис.8-а) расположена между верхним и цилиндрическим отклоняющими электродами. Эта зона характеризуется постепенным уменьшением напряженности электрического поля в промежутке. Такое условное выделение зон позво-

+11

а)

б) +7

Рис.8. Электрическое поле сепаратора между отклоняющими электродами: а) - в штатном режиме, б) - в "усиленном" режиме.

ляет связать распределение поля сепаратора с физическими процессами. Каждая из выделенных зон сепаратора соответствует преимущественно одному физическому процессу. Так, первую зону, где электрическое поле практически отсутствует, можно характеризовать как зону процесса трибо-электризации. В зоне Б величина электрического поля существенна и зарядка частиц при контакте с зарядным электродом является определяющим процессом. Это - зона индукционной зарядки. Зона В - зона после слета частиц с зарядного электрода. Здесь отсутствует контакт частиц с электродом. Это - зона формирования траекторий частиц, зона разделения.

Рассмотренная картина электрического поля соответствует штатному режиму работы сепаратора при одинаковых напряжениях на электродах. На практике, однако, чисто эксплуатационными причинами обусловлено такое явление как пробой промежутков и высоковольтных кабелей. Верхний или нижний отклоняющий электроды оказываются заземленными. Нарушается режим работы сепаратора. В случае пробоя и заземления верхнего электрода поле в зоне Б отсутствует, разделения не происходит и данный режим интереса для анализа не представляет. Второй случай, когда заземляется цилиндрический электрод, представляет определенный интерес в связи с тем, какое высоковольтное оборудование используется для питания сепараторов. Следует рассмотреть этот существенный технологический аспект, который выявляется из рассмотренной картины поля.

Традиционно в качестве источников питания для сепараторов используются высоковольтные блоки с двухполярными выводами: в штатном режиме к электродам приложены одинаковые напряжения. В случае заземления нижнего электрода все напряжение от источника оказывается приложенным к крылу.

Напряженность электрического поля в зоне Б увеличивается в 2 раза что, приводит к полному нарушению процесса разделения. В этом случае частицы и проводников и диэлектриков попадают в чужие приемники продуктов разделения, засоряя уже отсепарированный материал. Требуется немедленное оперативное вмешательство, которое затрудняется тем, что заземление одного из выводов двухполярных источников не приводит к выходу их из строя. Высоковольтные кабели оказываются под удвоенным напряжением что, наряду с работой при повышенных температурах, еще больше ускоряет их выход из строя. Из этого вытекает технологическая рекомендация о необходимости применять для питания пластинчатых сепараторов независимые однополярные высоковольтные источники.

Использование однополярных источников исключает это явление и позволяет предложить новый подход к высоковольтному питанию сепаратора.

Физический смысл подхода заключается в необходимости рационально организовать силовое воздействие поля на частицы во время их нахождения в разных зонах сепаратора. Электрическое поле в зонах "А" и

Е. кВ/см

4.0-1

Рис 9. Распределение напряженности электрического поля вдоль траектории движения диэлектрических частиц.

3.0

2.0-

1-штатный режим ± 5кВ;

2- "усиленный" режим -5+15кВ

1 о-

0

?

4

Я

10 см

"Б" является ответственным за основные, определяющие процессы сепарации такие, как трибоэлектризация, индукционная зарядка, начальная стадия силового воздействия поля на частицы и, как будет показано и обосновано в последующих разделах, должно быть своим для каждого минерального комплекса. Основное назначение поля в зоне "В" - это максимальное отклонение в пространстве траекторий разделяемых частиц. Для проводниковых частиц требуется, после слета с зарядного электрода, движение преимущественно вперед (рис.1), то оно определяется стартовыми условиями на зарядном электроде, т.е. полем в зоне "Б". Для диэлектрических частиц необходимо максимальное отклонение "назад" при движении вдоль нижнего отклоняющего электрода. И такой режим движения обеспечивается повышением напряжения на цилиндрическом электроде.

На рис.8-6 и рис.9 приведены картина и расчет поля вдоль траектории движения диэлектрических частиц при напряжении на электродах -5 + 15кВ. Этот "усиленный" режим обеспечивает существенное отклонение траекторий и улучшает выделение именно диэлектрических частиц по сравнению со штатным питанием, что и показано в последующих разделах работы.

Предложенная методика и программа расчета позволяют подробно изучить распределение электрического поля и предложить конкретные технологические рекомендации по высоковольтному питанию сепаратора.

Пятая глава посвящена разработке теории электрической сепарации с учетом особенностей поведения частиц минералов на наклонном плоском электроде.

Существенное влияние на электросепарацию по проводимости оказывает явление адгезии, а для пластинчатых сепараторов и залегание частиц на зарядном электроде. Исследование адгезионных характеристик материала зарядного электрода (рис.10), влияния вибрации и температуры на вероятность отрыва частиц выявило существенное преимущество графито-содержащих электродов перед металлическими, как показано, из-за отсутствия окисных пленок и смачиваемости. Установлено, что в пластинчатых сепараторах с графитопластовыми электродами при углах наклона боль-

Рис, 10. Зависимость вероятности отрыва от напряженности поля, для электродов: а) металлического и б) графитового;

Размеры частиц: 1-95мкм, 2-73 мкм, 3-88 мкм, 4-104 мкм

ших угла залегания, ролью адгезии можно пренебречь и, в частности, не учитывать ее в методиках расчета движения частиц в сепараторе.

На основании комплексного экспериментального исследования выявлены особенности и сформулированы закономерности поведения частиц минералов в пластинчатом сепараторе. Установлено, что траектории движения частиц имеют скачкообразный вид, а не простое качение или скольжение, как отмечают многие авторы. Характерные размеры скачков при углах наклона электрода 35 - 50° составляют 20 - 50 мм при их высоте 5-30 мм. В результате на выходе из сепаратора образуется веер траекторий частиц, а сами частицы распределяются по разным приемникам продуктов разделения, формируя веер минералов.

При отсутствии напряжения на электродах веер узкий (позиция 1, рис. 11). При увеличении напряжения траектории проводящих частиц приближаются к зарядному электроду и уходят вперед (2, рис. 11). Веер непроводников отклоняется в противоположную сторону (3). Это доказывает

Рис. 12. Зарядка частиц минералов в Рис. 11. Веера минералов. 1 -11=0;

пластинчатом сепараторе: 2,5 -рутил; 3,4 - циркон;

1 - ильменит; 2 - кварц; 3 - циркон 2,3 - 5 кВ; 4,5 - 10 кВ.

наличие зарядов разного знака у проводников и непроводников. При дальнейшем увеличении напряжения на электродах для частиц проводников начинаются массовые отскоки от зарядного электрода, полет к отклоняющему электроду и удары об него. В результате этого веер проводников сильно расширяется (5, рис.11), часть частиц движется в приемники непроводников. Частицы диэлектриков также попадают в приемник провол-ников (4). Процесс разделения ухудшается и может совсем нарушиться.

Данные по исследованию зарядки частиц (рис 12) позволили сформулировать основной принцип работы сепараторов - необходимость селективной зарядки частиц. В отсутствие электрического поля частицы проводников и диэлектриков приобретают отрицательные заряды При увеличении напряжения на электродах сепаратора заряд проводящих частиц быстро изменяет свой знак (позиция 1, рис. 12). Заряд непроводящих частиц изменяется существенно медленнее (позиция 2, 3 рис. 12).

Выделены основные физические стадии процесса, которые определяют разделение частиц и одновременно соответствуют характерным зонам электрического поля. Такими стадиями в пластинчатом сепараторе являются: стадии трибозарядки, индукционной перезарядки и стадия разделения в электрическом поле отклоняющих электродов.

Исследование первой стадии - трибозарядки показало, что минералы рассматриваемых месторождений при движении по графитопластовому электроду приобретают заряд трибоэлектризации отрицательного знака. Получены данные о зависимостях величин зарядов от различных параметров: длины зарядного электрода, угла его наклона, температуры прогрева минералов. Показано, что механизм трибоэлектризации не является эффективным для зарядки частиц по причине невысоких величин заряда (0,2-^-6,0)-10"6 Кл/кг, нестабильности процесса при изменениях внешних условий и подготовки материала к разделению.

Второй стадией процесса сепарации является индукционная перезарядка. К этой стадии частицы минералов подходят, имея заряды трибоэлектризации, и именно индукционная зарядка при соответствующем выборе полярности электродов обеспечивает селективную зарядку частиц: знак и верхнего электрода = знак Отрибо непроводника; знак и нижнего электрода = - знак и верхнего электрода. Поскольку проводящие материалы в дальнейшем должны перезарядиться, то знак их трибозаряда играет второстепенную роль. Отсюда вытекает особая ответственность правильной организации стадии перезарядки за конечные результаты разделения. В результате экспериментов установлено. заряд частиц минералов в зависимости от напряженности поля изменяется линейно, независимо от особенностей скачкообразного движения, что соответствует теоретической модели стационарной зарядки; суммарный заряд частиц при одновременном протекании процессов индукционной зарядки и трибоэлектризации является их алгебраической суммой. Эта

зависимость имеет место и при достижении частицей величины теоретического предельного индукционного заряда. При увеличении напряженности поля свыше величины, определяемой соотношением Eq=mgcos(a) , линейный вид зависимости нарушается из-за процессов отрыва частиц от электродов и удара о верхний электрод. Исследование влияние длины зарядного электрода (что эквивалентно увеличению времени нахождения частиц в поле) показало, что эта зависимость имеет экспоненциальный характер. Это так же соответствует теоретической модели, и уравнение зарядки частиц в сепараторе приобретает вид:

Чг = Чина + ЧтР = Чтр +4*0- ехр(-' / г)) где: ч„р,- заряд трибоэлектризации частицы, дх - предельный индукционный заряд частицы, г - постоянная времени индукционной зарядки. Основное требование к этой стадии заключается в следующем: при известном времени движения в электрическом поле сепаратора для частиц проводников и диэлектриков должно выполняться условие

Тпров*^ ''' Iдвижения ^ "^дизл

Только в этом случае обеспечивается селективная зарядка частиц.

Установлено, что постоянные времени зарядки проводящих частиц, определенные экспериментально по кривым кинетики, отличаются от рассчитанных по стационарной модели на несколько порядков (в сторону увеличения). Ильменит: х эк=0.21-0.58 с, т то,р=5.3-10'5 с.

Выявлена причина такого различия в постоянных времени, которая заключается в скачкообразном движении частиц: частица имеет возможность заряжаться лишь при контактах с электродом, а значительную часть общего времени пребывания в электрическом поле сепаратора находится в полете (в процессе скачка).

Для пластинчатого сепаратора скачкообразное движение частиц минералов является характерным (неправильная форма частиц; шероховатость электрода; наличие начальной скорости частиц, перпендикулярной электроду, обуславливающей первый скачок, и т. д.). Прямой теоретический расчет такого поведения частиц осложнен неправильной формой реальных частиц, явлением ударов об электрод, необходимостью определения времени удара, количества ударов и т. д. Для разработки методики расчета процессов движения и зарядки частиц минералов в таких условиях введен ряд допущений и принят подход, основанный на сочетании теоретического анализа и экспериментальных оценок.

Движение частиц состоит из нескольких этапов: первоначальный скачок обусловлен конечной высотой сброса частицы на зарядный электрод или начальной скоростью частицы (при поступлении ее с предыдущего каскада перечистки). Далее имеет место явление удара частицы об электрод. Удар характеризуется временем удара (в течение которого происходит зарядка частицы) и коэффициентами восстановления нормальной и

тангенциальной составляющей скорости частицы, которые определяются как отношения послеударной и доударной скоростей. Параметры удара определяются скоростью частицы, механическими свойствами частицы и электрода. Послеударная скорость каждого предыдущего скачка и получаемые в результате удара заряды являются начальными условиями для расчета полета частицы до следующего соударения с электродом и т. д. Расчет стадии полета (скачка) заключается в интегрировании уравнения движения частицы с учетом реального электрического поля сепаратора.

Наибольшую сложность для расчета поведения частиц в сепараторе, разделенного на этапы, состоит в определении начальных условий интегрирования на каждом этапе. Для этого, во-первых, экспериментально определены коэффициенты восстановления нормальной и тангенциальной скоростей реальных частиц минералов при ударах об электрод. Определение проведено путем сравнения большого числа экспериментальных траекторий при известных скоростях ударов и расчетных послеударных траекторий для частиц минералов. Такой подход позволил максимально учесть влияние реальной формы и характеристик частиц и электрода при моделировании движения частиц.

Вторым элементом определения начальных условий для этапов полета частицы является зарядка частиц при ударах об электрод. Анализ этого явления показал, что для моделирования процесса зарядки применима теория удара Герца, позволяющая для сферических частиц определить время соударения с электродом:

где: а - радиус частицы, ударяющейся о плоскость, р - плотность, иу;-коэффициенты упругости материалов частицы и плоскости, равные:

рость частицы.

Однако использование этой теории в прямом виде затруднено отсутствием точных данных для реальных частиц минералов о характеристиках упругости: модуле Юнга Е и коэффициенте Пуассона ц. Анализ влияния этих констант на процесс удара и данных об упругих свойствах частиц и распространенных материалах электродов, позволил выбрать и обосновать для расчетов конкретные величины/¿ = 0,39, Е= 13.5.1010Н/м2.

Представление сложного движения частиц по зарядному электроду пластинчатого сепаратора в виде отдельных этапов, анализ и обоснование возможностей расчета каждого этапа позволил создать методику расчета процессов движения и зарядки частиц минералов, включающую: интегрирование уравнения движения для этапа полета частицы; расчет времени контакта частицы при соударениях с электродом; определение заряда частицы, приобретаемого в процессе соударения как суммы индукционного

! 2 = 4(1 - рГ)/ Е, ц - коэффициент Пуассона, Е - модуль Юнга, V - ско-

Рис. 13 . Расчетные траектории движения и экспериментальные веера частиц рутила

и циркона: 1,2- расчетные траектории для частиц рутила (1) и циркона (2); 3,4- веера (эксперимент) для узких классов (100-125мкм) рутила (3) и циркона (4).

Режим: и1=-5кВ, и2=+10кВ, а=40°.

7 8

заряда в электрическом поле и заряда трибоэлектризации; определение начальных скоростей для последующего скачка с использованием коэффициентов восстановления скорости. Далее расчет следующего этапа движения аналогичен предыдущему с новыми начальными условиями.

Расчет зарядки в рамках методики осуществляется по выражениям теоретической модели зарядки в электрическом поле сепаратора. Используются данные по трибоэлектризации реальных частиц. Расчет по методике прекращается при: соударении частицы с верхним отклоняющим электродом, соскоке частицы с зарядного электрода на уровне приемника продуктов. Результатом расчета по методике является траектория движения частицы и заряд, приобретаемый ею в сепараторе. Проверка методики показала хорошее совпадение расчетных (по средним радиусам фракции минералов) и экспериментальных траекторий (по параметрам скачков и траекториям частиц после слета с электрода), расчетных и экспериментальных величин заряда частиц (рис.13).

Данная методика позволяет рассчитывать процесс движения и зарядки реальных частиц минералов в пластинчатых сепараторах, и является необходимым этапом при определении режима работы сепаратора.

Шестая глава посвящена разработке предложений по новым принципам и элементам конструкций электросепаратора, разработке рекомендаций по совершенствованию процессов электросепарации на примере ряда месторождений. Принципы разработки пластинчатого сепаратора нового поколения основаны на введении в конструкцию существенных изменений и усовершенствованных узлов, направленных на устранение выявленных

негативных npoLeccon: перезарядки частиц проводников и стабилизации начальных значений зарядов частиц диэлектриков. - -----

Расчёт режимл сепаратора по средним характеристикам ми;'ер>.лс-или технологический подбор режима на практике дает режим, необходимый для разделения основной массы частиц (среднего радиуса] Установлено, что частицы мелких фракций при этом в результате скачка неизбежно ударяются о верхний электрод, и происходит их перезарядка. В результате эти частицы попадают в приемник продуктов диэлектрика, засоряя его и уменьшая выход проводника. Напряжение на электродах, соответствующее нормальному режиму для средних фракций, неизбежно вызывает перезарядку мепких частиц, так как среднемассовый заряд пропорционален L'a. Для устранения этого негативного явления в сепаратор введена диэлектрическая прокладка (рис.14, позиция 6) между верхним отклоняющим и зарядным электродами. Устанавливается прокладка по линии экви-потенциали. Такая установка прокладки не искажает поле в сепараторе, не воздействует на все остальные процессы, за исключением перезарядки проводящих частиц. Применение прокладки особенно важно для минералов с высоким абсолютным значением проводимости. Так, для проводников всех исследованных месторождений применение прокладки позволило исключить перезарядку при напряжении на электродах от 4 кВ 9 кВ (пример хромита рис.15,), и тем самым, обеспечить возможность их эффективного выделения на пластинчатых сепараторах.

Другое усовершенствование сепаратора заключается во введении в сепаратор узла подзарядки частиц в поле коронного разряда (позиция 7, рис. 14). Предложенная конструкция узла подзарядки позволяет повысить и стабилизировать (по сравнению с трибозарядкой) начальный заряд час-

7

Рис. 15. Зарядка минграла хромита Рис. 16. Вере минерала циркона 1 - без прокладки; 1 - гравитация; 2 - без подзарядки,

2-е прокладкой. и=5кВ; 3-е коронной подзарядкой,

и=5кВ, и«=5кВ.

тиц перед входом в электростатическое поле и в тоже время исключает прижатие частиц за счет сил поля к электроду и их залегание на электроде в этой зоне. Веера диэлектрических материалов рис.16 подтверждают эффективность работы узла подзарядки.

Таким образом, введением усовершенствований, выявлены и устранены основные негативные моменты в конструкции сепаратора.

На основе разработанной методики расчета зарядки и движения частиц и полученных экспериментальных данных были выбраны, обоснованы и экспериментально подтверждены режимы разделения и технологические схемы электросепарации, обеспечивающие получение концентратов, удовлетворяющих товарным требованиям для ряда месторождений:

для ильменит-апатитовых руд Стремигородского месторождения; для ильменит-хромитового продукта Лукояновского месторождения; для рутил-цирконового концентрата Тарского месторождения с проведением полупромышленных испытаний;

для рутил-цирконового концентрата Итмановской россыпи, с проведением укрупненных испытаний, по результатам которых промышленный электросепаратор нового поколения включен институтом ГИРЕДМЕТ в проект обогатительной фабрики.

Таким образом, показана возможность расширения области применения разработанных пластинчатых сепараторов:

Разработана и внедрена серия электрических сепараторов нового поколения, включающая лабораторный, полупромышленный и промышленные аппараты, которые позволяют осуществлять полный цикл электросепарации при освоении новых видов сырья и месторождений.

В приложениях к работе приводятся:

- методика использования дополнительных зарядов при расчете электрического поля, проанализированы вопросы точности расчета, приведен текст программы, реализующей разработанный алгоритм;

- описание и характеристики разработанных электросепараторов: лабораторного пластинчатого электросепаратора типа ЛЭСС; полупромышленного пластинчатого сепаратора типа СПЭТ-600 производительностью до 150 кг/час; промышленного барабанного электросепаратора для выделения металлоконцентрата из электронного скрапа типа СБП-600 и промышленной модульной конструкции пластинчатого сепаратора типа СПЭТ-1200/1600 производительностью от 1т/час.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Главным итогом проведенных исследований является разработка научных основ электрической сепарации по проводимости, что означает создание теоретических моделей базовых процессов электросепарации, разработку расчетных методик и практических рекомендаций по совершенствованию метода электросепарации. Результаты работы позволяют не только более обоснованно подходить к расчету, проектированию, выбору режимов электросепараторов, но также прогнозировать новые области их применения.

Необходимо отметить, что разработанные теоретические модели базовых процессов электросепарации имеют более широкое применение, выходя за пределы области элекгросепарации, и представляют общенаучную значимость, поскольку относятся к фундаментальным вопросам электродинамики - расчету сил действующих в электрическом поле на границе раздела сред сложной формы.

Основные результаты исследований могут быть представлены по следующим трем направлениям:

I.Фундаментальные теоретические результаты относящиеся к базовым положениям как электросепарации так и электродинамики в целом: зарядке частиц на электродах в поле с объемным зарядом, электрическим силам, действующим на частицы на электродах и вблизи них:

1. Разработана теория зарядки частиц при контакте с электродами в электрическом поле с объемным зарядом, позволяющая определять рас-

четным путем конкретные величины зарядов частиц в любых, встречающихся на практике условиях зарядки.

2. Впервые разработана теория силового воздействия электрического поля на частицы при контакте с электродами в электрическом поле с объемным зарядом, позволяющая в этих сложных специфических условиях определять электрические силы, прижимающие или отрывающие частицы от электродов в электрическом поле и, тем самым, определять разнообразие форм их поведения в различных условиях. В полном объеме такая задача решена впервые и, тем самым, устранены ошибки, существующие в опубликованных статьях.

3. Разработана теория силового воздействия электрического поля на частицы вблизи электродов, позволяющая анализировать поведение заряженных или незаряженных частиц при их приближении или удалении от электродов в электрическом поле.

4. Разработана экспериментальная методика, заключающаяся в прямом измерении электрических сил, действующих в процессе зарядки на модельные частицы на электроде. Методика позволила произвести проверку и подтвердить основные положения разработанных теоретических моделей силового воздействия.

Таким образом, совокупность представленных выше новых фундаментальных результатов представляет собой законченную теорию поведения частиц вблизи и на поверхности электродов в электрическом поле с объемным зарядом, что представляет собой развитие идей, изложенных в разделе "Тензор натяжения электрического поля" книги И.Е.Тамма "Основы теории электричества".

II. Новые научные результаты относящиеся к теории процессов электрической сепарации с учетом особенностей поведения частиц минералов в пластинчатом электросепараторе:

1. Теоретически предсказаны и экспериментально выявлены особенности протекания физических процессов зарядки и движения для частиц в электросепараторах пластинчатого типа, заключающиеся в сложном скачкообразном движении частиц по электроду сепаратора и дискретном характере индукционной зарядки. Таким образом, представлено описание и обоснованы характерные особенности реальных процессов, происходящих в пластинчатых электросепараторах.

2. Экспериментально выявлен и теоретически сформулирован основной механизм селективной зарядки частиц минералов в пластинчатых электросепараторах, заключающийся в независимом протекании процессов индукционной зарядки частиц и их зарядки за счет механизма трибоэлек-тризации. Определено, что суммарный заряд частиц следует определять как их алгебраическую сумму. При правильном сочетании этих процессов электризации, частицы минералов, требующих разделения, приобретают заряды, отличающиеся не только по величине, но и по знаку, обеспечивая

тем самым эффективную селективную зарядку частиц. Это положение имеет фундаментальное значение для правильной организации процесса элекгросепарации.

3. Разработан экономичный метод расчета электрических полей пластинчатых электростатических сепараторов, применимый для широкого класса других электродных систем, имеющих плоские протяженные участки электродов. На основе этого метода, заключающегося во введении в расчетную схему линейно зависимых эквивалентных зарядов, произведены расчеты и анализ электрических полей в конструкциях пластинчатых электростатических сепараторов в различных режимах их работы.

4. Разработана теория и создана методика расчета зарядки частиц минералов с учетом особенностей сложного скачкообразного движения частиц в электрическом поле по наклонным электродам, учитывающая дискретный характер индукционной зарядки при таком движении. Методика является необходимым этапом при выборе режима работы электросепаратора.

5. Разработана методика расчета поведения частиц с различными свойствами в процессе разделения в пластинчатом электросепараторе, включающая зарядку частиц, зону их отрыва и движение на выходе сепаратора. Методика позволяет оценить эффективность разделения и выход различных продуктов.

6. Разработаны методики экспериментального исследования, позволившие комплексно и всесторонне исследовать процесс электросепарации в широком диапазоне изменения характеристик частиц, технологических и конструктивных параметров сепараторов.

III. Разработка новых принципов, элементов конструкций и рекомендаций по рациональной организации процесса разделения и выбору режимов работы пластинчатых наклонных элекгросепараторов:

1. Предложен способ совершенствования конструкции, позволяющий повысить эффективность работы сепараторов за счет рациональной организации поведения проводящих частиц: для устранения причины нарушения процесса селективной зарядки за счет перезарядки проводящих частиц при соударениях об отклоняющий электрод, в конструкцию сепаратора введена специальная диэлектрическая прокладка..

2. Предложен способ совершенствования конструкции, позволяющий повысить эффективность работы сепараторов за счет рациональной организации поведения диэлектрических частиц: выявлена и обоснована необходимость установки специального узла коронной подзарядки.

3. На основании исследования особенностей залегания и адгезионного взаимодействия частиц с зарядным электродом обоснована необходимость применения в качестве зарядных электродов графитсодержащих материалов, в частности, графитопласта АТМ-1.

4. Предложен принцип выбора параметров зарядного электрода, которые обеспечивают оптимальные условия для процесса кинетики трибо-электризации частиц.

5. Показано, что учет скачкообразного характера дзижения частиц позволяет обосновать увеличение максимальной удельной производительности на 30% относительно требований монослоя частиц.

6. Показана возможность расширения области применения разработанных пластинчатых сепараторов не только для титаноииркониевых россыпей Малышевского месторождения. Они применимы для руд с дисперсным составом -70-1-600 мкм, компоненты которых отличаются по проводимости в раз, в том числе для Стремигородского, Тарского, Лукоя-новского, Кенетского месторождений и т.д.

7. На основании разработанной теории объяснена недостаточно эффективная работа применяемых ранее конструкций электросепараторов, в частности, выявлена причина неудовлетворительных результатов разделения на минералах с очень контрастными свойствами.

8. Теория электросепарации по проводимости, отработанная на типовой конструкции пластинчатого электросепаратора, применима для барабанных и других конструкций электросепараторов по проводимости, в том числе в части выбора оптимальных размеров зарядной зоны, материала электродов, в частности, впервые выяснена отрицательная' роль оксидных пленок на поверхности электродов и сформулированы требования к поверхностным свойствам материала электродов, обеспечивающим эффективную сепарацию по проводимости.

IV. Практическая реализация работы

1. Внедрение усовершенствованной конструкции электросепараторе на Верхнеднепровском ГМК позволило повысить эффективность процесса разделения титаноциркониевого концентрата Малышевского месторождения на 3.6%.

2. Разработана и внедрена серия электрических сепараторов пластинчатого типа, включающая лабораторный, полупромышленный и промышленные аппараты, позволяющая осуществлять полный цикл электросепарации при освоении новых видов сырья и разрабатываемых месторождений.

3. Разработана и внедрена промышленная конструкция барабанного электросепаратора для выделения металлоконцентрата из электронного лома.

4. Предложены, обоснованы, экспериментально подтверждены режимы рациональной работы и проведены полупромышленные испытания разработанных сепараторов на рудах Тарского месторождения.

5. Предложены и обоснованы эффективные схемы и режимы электросепарации на редкометальных рудах Стремигородского и Лукояновско-го месторождений.

- - --------------------Основное содержание диссертации

опубликовано в следующих работах:

1. Верещагин И.П., Морозов B.C., Кривов СЛ., Горгошидзе А.Р. Определение проводимости частиц минералов в процессе их индукционной зарядки// Межведомственный тематический сб. №5, М.: МЭИ, 1982, с. 11-16.

2. Верещагин И.П., Морозов B.C., Кривов СЛ. Силы, действующие на частицу вблизи поверхности электрода/'/ Физические основы электрической сепарации, М.: Недра, 1983, § 8.5, с. 195-200.

3. l.P.Vereshchagin, S.A. Krivov, V.S. Morozov. Electrical force acting on a particle at an electrode// Power Engineering (NY), 22, 1984, p. 80-87.

4. Морозов B.C., Кривов СЛ. Электрическая сила, действующая на частицу на электроде при биполярной зарядке// Межведомственный тематический сб. №69, М.: МЭИ, 1985, с.50-55.

5. Верещагин И.П., Кривов СЛ., Морозов B.C. Электрическая сила, действующая на частицу на электроде// Изв. АН СССР, Энергетика и Транспорт, 1984, №5, с.87-94.

6. Верещагин И.П., Кривов СЛ., Морозов B.C. Проводящая сферическая частица в электрическом поле вблизи электрода// Изв. АН СССР, Энергетика и Транспорт, 1985, №3, с.100-106.

7. Кривов СЛ. и др. Устройство для определения предельного электрического заряда проводящих частиц при контактной электризации// A.c. №1154740 СССР, М.Кл. Н05 1/100, Опубл. Б.И. № 17,1985.

8. Морозов B.C., Кривов СЛ., Киричок A.C. Принципы работы и общие закономерности, лежащие в основе работы наклонного пластинчатого электростатического сепаратора типа ПЭСС// Деп. в Информэлектро №224-ЭТ 24.01.86.

9. Верещагин И.П., Морозов B.C., Горгошидзе А.Р., Кривов С.А. Исследование процесса индукционной зарядки// Изв. АН СССР, Энергетика и Транспорт, 1986, №1, с.127-135.

10. Верещагин И.П., Морозов B.C., Горгошидзе А.Р., Кривов С.А. Уточнение и развитие теории разделения частиц минералов по проводимости в электрическом поле элекгросепаратора// Тезисы докл. "Совершенствование техники и технологии электрического обогащения в народном хозяйстве", Свердловск, 1986, с. 18.

11. Кривов С. А. и др. Электростатический сепаратор// A.c. №1471381 СССР, М.Кл. В03С7/12, 1987, ДСП.

12. Кривов С.А. и др. Электрический сепаратор// A.c. №1295579 СССР, М.Кл. В03с7/02, Опубл. Б.И. № 9, 1987.

13. Кривов С.А. и др. Электростатический сепаратор// A.c. №1471380 СССР, М.Кл. В03С7/02, 1987, ДСП.

14. Морозов B.C., Кривое С.А., Киричок A.C. Исследование процессов разделения частиц по их физическим свойствам в электрических полях// Сб. Чува.щ, Ун-та-.-,"Электрофизические процессы в сильных электрических полях", •ЧШксарм, 1987, с. 139-142, ДСП.

15. Морозов B.C., Манжелей С.А., Кривое С.А. Влияние соударений частиц с электродом на их разделение в наклонном электростатическом сепараторе// Сб. трудов МЭИ, №124, 1987, с.22-27.

16. Кривое С.А., Морозов B.C. Исследование зарядки и движения частиц минералов в электрическом поле наклонного электростатического сепаратора// Межвед.сб.тр. МЕХАНОБР "Совершенствование процессов электросепарации и конструкций электросепараторов", Ленинград, 1987, с.5-17.

17. Верещагин И.П., Кривое С.А., Морозов B.C. Кинетика зарядки частицы и электрическая сила, действующая на нее при учете контактного сопротивления// Изв. АН СССР, Энергетика и Транспорт, 1987, №2, с.92-98.

18. Кривов С.А. и др. Способ измерения силы адгезии полупроводящих частиц к электроду// A.c. №1612727 СССР, М.Кл. В03С7/02,1988, ДСП.

19. Кривов С.А. и др. Электрический сепаратор// A.c. №1600081 СССР, М.Кл. В03С7/02, 1989, ДСП.

20. Кривов С.А. и др. Коронно-электростатический сепаратор// A.c. №1592046 СССР, М.Кл. В03С7/12, Опубл. Б.И. № 34, 1990.

21. Кривов С.А., Морозов B.C. Модифицированный метод эквивалентных зарядов расчета плоскопараллельных полей// Изв. АН СССР, Энергетика и Транспорт, 1993, №1, с.139-145.

22. Кривов С.А., Морозов B.C. Индукционная зарядка частиц при их скачкообразном движении в электрическом поле// Изв. АН СССР, Энергетика и Транспорт, 1994, №3, с. 50-56.

23. I.P.Vereshchagin, S.A. Krivov. Analysis of the material particles behaviour on the surface in the electric field// Journal of Electrostatics, 40-41, 1997, p.363-367.

Псч •'■ S.S

Тираж (CO Заказ Sjijfi

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.

Введение.

Глава 1. Значимость разработки научных основ для развития метода электрической сепарации по проводимости. Обзор литературы, постановка задачи исследования.

1.1. Современное состояние в применении метода электрической сепарации по проводимости. Разработка научных основ процесса -основной резерв развития метода, усовершенствования конструкций и режимов работы электросепараторов.

1.2. Предшествующие теоретические подходы к анализу закономерностей зарядки и силового воздействия на частицы в электрическом поле высоковольтных электродов сепаратора.

1.3. Выбор и обоснование базовой конструкции электросепаратора и минеральных комплексов для исследования.

1.4. Анализ экспериментальных данных о зарядке и движении частиц минералов в электрическом поле сепараторов.

1.5. Выводы и постановка задач для исследования.

Глава 2. Методы исследования.

2.1. Введение.

2.2. Анализ соотношения теоретических и экспериментальных исследований для разработки научных основ метода электрической сепарации. Роль теоретических подходов.

2.3. Методики экспериментальных исследований.

2.4. Метод исследования электрического поля базового сепаратора-пластинчатого наклонного электросепаратора.

2.5. Выводы по главе.

Глава 3. Разработка теории зарядки и силового воздействия на частицы на электродах сепаратора и вблизи них.

3.1. Введение.

3.2. Расчет кинетики зарядки частицы на электроде.

3.3. Расчет электрических сил, действующих на частицу на электроде.

3.4. Электрическая сила, действующая на частицу вблизи электрода.

3.5. Экспериментальное подтверждение основных положений разработанной теории зарядки и силового воздействия на частицы.

3.6. Расчет режима работы электростатического сепаратора.

3.7. Выводы по главе.

Глава 4. Анализ электрического поля в высоковольтной системе электродов пластинчатого сепаратора.

4.1. Расчет и анализ электрического поля.

4.2. Выводы по главе.

Глава 5. Разработка теории электрической сепарации с учетом особенностей поведения частиц минералов на плоском наклонном электроде.

5.1 Введение.

5.2. Общая характеристика поведения частиц в сепараторе.

5.3. Проблема адгезии и залегания частиц.

5.4. Обоснование механизма селективной зарядки частиц с различными свойствами как решающего фактора разделения частиц в электрическом поле.•.

5.5. Основные закономерности и особенности процесса разделения. Анализ основных факторов, влияющих на процессы зарядки и особенности движения частиц в сепараторе.

5.6. Оценка параметров скачкообразного движения частиц.

5.7. Расчет процесса зарядки частиц при скачкообразном движении.

5.8. Методика расчета процессов зарядки и движения частиц минералов в пластинчатом электростатическом сепараторе.

5.9. Выводы по главе.

Глава 6. Предложения по новым принципам и элементам конструкции электрического сепаратора. Разработка рекомендаций по совершенствованию процессов электросепарации на примере ряда месторождений.

6.1. Введение.

6.2. Совершенствование конструкции путем устранения причин нарушения процесса селективной зарядки и перезарядки проводящих частиц.

6.3. Совершенствование конструкции путем применения коронной подзарядки диэлектрических частиц.

6.4. Выбор режимов разделения и технологической схемы электрической сепарации концентратов руды Стремигородского месторождения.

6.5. Рекомендации по выбору режимов электросепарации ильменит-хромит-гематитового продукта Лукояновского месторождения.

6.6. Рекомендации по режимам разделения и технологической схеме электросепарации рутил-цирконовых концентратов Тарского месторождения и Итмановской россыпи.

6.7. Значимость разработанной теории электрической сепарации по проводимости для расширения области применения пластинчатых электросепараторов и совершенствования электросепараторов других типов. Общенаучная значимость разработанной теории.

6.8. Выводы по главе.

Традиционно развитыми в Российской промышленности являются отрасли добычи и переработки полезных ископаемых. И эта тенденция, сложившаяся исторически, в настоящее время углубляется. Во всем мире, и в России в том числе, все большее число месторождений требует вовлечения и вовлекается в промышленную переработку. Это относится к месторождениям все более бедным и труднообогатимым. В результате все более жесткие требования предъявляются как к обогатительному оборудованию, так и к развитию методов обогащения.

Требования экологии диктуют разработку методов обогащения экологически чистых, не использующих токсичные реагенты, малопылящих, не требующих очистки больших объемов промышленной воды.

В полной мере одним из таких современных и перспективных методов обогащения является электрическая сепарация. Это технологический процесс, основанный на силовом воздействии электрических полей на диспергированные материалы (электронно-ионная технология - ЭИТ). Обладая всеми достоинствами общего технологического направления ЭИТ, электросепарация является одним из наименее энергоемких разделительных процессов и представляет особый интерес как процесс экологически чистый, не требующий воды и дорогостоящей ее очистки, не загрязняющий атмосферу.

Электрическая сепарация занимает все более важное место среди методов обогащения и находит применение для обогащения полезных ископаемых и других сыпучих материалов. Области ее применения весьма разнообразны, однако, традиционно наиболее широкое применение она находит для обогащения различных видов минерального сырья.

Электрическая сепарация минерального сырья представляет процесс разделения минералов по минеральному составу, крупности или форме зерен путем силового воздействия на них электрического поля и применяется в основном для двух целей: электрического обогащения, т.е. для разделения частиц смесей минералов по минеральному составу и электрической классификации, т.е. для разделения частиц по крупности или форме зерен.

Различают несколько методов электрического обогащения, отличающихся друг от друга по используемым в них физическим силам и методам зарядки частиц: сепарация по электрической проводимости, диэлектрическая сепарация, электрическая классификация, трибоэлектрические и пироэлектрические методы электросепарации.

Однако промышленное использование, благодаря практической важности, получили в основном два метода: сепарация по электрической проводимости и трибоэлектрическая сепарация.

Сепарацию по электрической проводимости применяют для разделения минеральных смесей, зерна которых существенно различаются по значению и характеру проводимости.

Трибоэлектрическую сепарацию применяют для разделения минералов с близкими значениями электрической проводимости. Этот метод основан на использовании трибоэлектрического эффекта, т.е. способности минералов приобретать различные электрические заряды в процессе трения.

Оба процесса в значительной степени имеют общие электрофизические основы и заключаются в создании на основе различий в проводимости или трибоэлектризации отличающихся по значению и (или) знаку электрических зарядов на зернах минеральных компонентов смеси с последующим их отклонением под действием постоянного электрического поля достаточно высокой напряженности и механических сил от траекторий, характерных для движения незаряженных частиц в отсутствие электрического поля. 7

Накоплен большой практический опыт разделения с помощью метода сепарации по электрической проводимости таких труднообогатимых комплексов минералов, как входящих в состав титаноциркониевых, оло-вянновольфрамовых, танталониобиевых, цирконониобиевых и других концентратов.

Однако возможности электрической сепарации далеко не реализованы. Широкое внедрение электросепарации в обогатительные процессы, пересмотр отношения к ней как к доводочной операции и использование электросепарации как основного обогатительного процесса сдерживается рядом причин. Основные причины состоят в том, что конструирование сепараторов, выбор режимов их работы ведется, в основном, на эмпирической основе, на базе технологических опытов без глубокого исследования физических основ процесса зарядки частиц минералов и закономерностей движения заряженных частиц в электрических полях электродов сепараторов.

Отсутствуют теоретические методы и надежные для практического применения способы выбора режимов работы сепараторов. Нет уверенности, что и уже разработанные процессы протекают оптимальным образом. Значительные трудности возникают с применением электросепарации для новых месторождений, когда приходится проводить большой объем экспериментальных лабораторных и полупромышленных исследований.

Несмотря на значительное количество публикаций и патентной информации по вопросам электрической сепарации, все они посвящены в основном технологии сепарации различных руд или описанию многочисленных конструкций и узлов сепараторов. Исследовательские работы, хотя и представляют результаты исследований тех или иных вопросов, но из-за неполноты и разрозненности сведений не дают возможности приблизиться к созданию научно обоснованной теории электрической сепарации. 8

Конечно, общие принципы зарядки и движения частиц сформулированы в соответствующих разделах электродинамики однако без учета конкретных особенностей поведения частиц в процессах электросепарации общие теоретические принципы практически не используются, а иногда даже искажаются.

Высокие требования к теории электросепарации обусловливаются еще и тем, что реальные частицы минералов не являются в традиционном понимании диэлектриками или проводниками и что велико влияние различий в свойствах разделяемых частиц на особенности их поведения при электросепарации. И все еще больше усложняется требованиями больших производительностей, т.е. многотоннажностью процессов электросепарации.

Без современной методической основы исследования в области электрической сепарации в большинстве случаев приводят к негативным результатам и искажают объективную оценку возможности этого прогрессивного процесса.

Следует однако отметить, что общие физические закономерности основных процессов электросепарации: зарядки частиц, силового воздействия, движения в конструкциях разных сепараторов в значительной мере идентичны. Сепарация осуществляется в тонком слое материала на поверхности электродов, что предопределяет в конечном итоге те вопросы, которые составляют основу метода и должны быть исследованы в первую очередь.

Дальнейший прогресс в области электрической сепарации, рациональной организации ее процессов, эффективного распространения их для новых месторождений требует разработки научных основ метода в комплексном сочетании как теоретических, так и экспериментальных исследований. Предметом теоретических исследований в первую очередь должны быть физические процессы, составляющие основу электросепарации по проводимости. Такой фундаментальной основой метода электрической сепарации для всех типов и конструкций сепараторов является зарядка частиц на электродах сепаратора, действие на них электрических сил, обеспечивающих их рациональное движение и соответственно разделение в электрическом поле конкретных сепараторов.

Вместе с тем в каждой конструкции сепаратора имеются свои особенности по характеру поля, зарядки и движению частиц и т.д., без анализа которых невозможна рациональная организация процесса разделения. Эти вопросы целесообразно исследовать экспериментальными методами.

В целом изучение процессов электросепарации, выявление ее возможностей и рациональной организации, усовершенствование конструкций сепараторов должно основываться на комплексном сочетании теоретического анализа, проведении на его основе экспериментальных исследований и последующем уточнении основных закономерностей процесса сепарации.

Среди аппаратов, использующих принцип разделения по проводимости, наиболее отработанными в конструктивном плане являются барабанные коронно-электростатические и пластинчатые наклонные электростатические сепараторы. Особо следует отметить конструкции пластинчатых наклонных электростатических сепараторов, которые обладая высокой производительностью и эффективностью разделения, низкой стоимостью эксплуатации, отличаются геометрической простотой конструкции, малыми энергозатратами не содержат вращающихся деталей, что существенно облегчает их эксплуатацию. Положительные свойства пластинчатых сепараторов обусловливают их большие перспективы и возможность широкого применения для новых месторождений.

Учитывая их перспективность, в качестве базового аппарата для исследований была выбрана конструкция пластинчатого сепаратора. Следует отметить также то, что выбор для исследования пластинчатых сепараторов

10 обусловлен тем, что геометрическая простота его конструкции в сравнении с другими известными аппаратами позволяет наиболее четко и наглядно выявить основные стадии и физические закономерности, лежащие в их основе.

Процессы зарядки, движения частиц в электросепараторах и соответственно весь процесс разделения зависят и от характеристик частиц. Большой класс руд цветных металлов, для которых перспективно применение метода электросепарации, составляют титаносодержащие месторождения. Проведение исследований с такими комплексными титаносодержа-щими концентратами, выбор их в качестве базовых, разработка режимов разделения для ряда новых месторождений позволяет наряду с разработкой общих физических основ метода решить важную практическую задачу. Кроме того, титаносодержащие концентраты являются типичными представителями смеси, состоящей из проводников и непроводников, и работа с ними позволяет наиболее наглядно выявить все особенности процессов.

В связи с изложенным целью работы является разработка научных основ электрической сепарации по проводимости и практических рекомендаций, позволяющих, на основе новых физических представлений и учете реальных особенностей поведения частиц в электрическом поле, проведение научно-обоснованного выбора параметров конструкций сепараторов и выбора режима их работы.

Основными задачами, вытекающими из сформулированной цели исследования, являются:

- разработка теоретической модели зарядки частиц в электрическом поле с объемным зарядом при контакте с электродом;

- разработка теоретической модели силового воздействия электрического поля на частицу, находящуюся на электроде и вблизи него, с учетом свойств реальных частиц, в том числе контактного сопротивления;

11

- проведение анализа электрического поля электродной системы и разработка методики расчета электрического поля сепаратора;

- разработка экспериментальных методик, обеспечивающих комплексный подход к исследованию процесса электросепарации, учитывающий необходимость одновременности определения параметров движения частиц, процесса их зарядки и образования конечных продуктов разделения;

- проведение экспериментальных исследований физических процессов, составляющих основу электросепарации по проводимости, и на их основе выявление особенностей процессов применительно к базовой конструкции пластинчатого электросепаратора;

- разработка методик расчета физических процессов в электросепараторе на основе теоретических разработок с учетом выявленных особенностей;

- на основе проведенных исследований разработка новых принципов, элементов конструкции и обоснование рекомендаций по рациональной организации процесса сепарации на примере ряда месторождений.

Методы исследования. Для выполнения поставленных в работе задач использовались теоретические и экспериментальные методы. Теоретические исследования основывались на использовании основных положений и расчетных уравнений электрофизики и электродинамики. Экспериментальные исследования проводились в широком диапазоне конструктивных и теоретических параметров электросепарации с привлечением разных методов измерения. При обработке экспериментов применялся статистический анализ результатов.

Таким образом, в отличие от распространенного на практике технологического подхода, использовался комплексный метод, заключающийся в сочетании теоретического анализа и экспериментального исследования основных физических закономерностей, лежащих в основе процесса элек

12 тросепарации, выявлении общих закономерностей и особенностей процесса и формулировании на этой основе принципов рациональной организации и методик расчета процессов в сепараторе с привлечением расчетов на ЭВМ.

Результаты, полученные в данной работе могут быть представлены по следующим трем направлениям:

I. Фундаментальные теоретические результаты относящиеся к базовым положениям электросепарации: зарядке частиц на электродах в поле с объемным зарядом; электрическим силам, действующим на частицы на электродах и вблизи них:

- разработана теория зарядки частиц на электроде в электрическом поле с объемным зарядом с учетом реальной формы частиц и контактного сопротивления;

- впервые разработана теория силового воздействия электрического поля с объемным зарядом на частицы при контакте с электродом и вблизи электрода, позволяющая в этих сложных специфических условиях определять электрические силы, прижимающие или отрывающие частицы от электродов и анализировать поведение заряженных или незаряженных частиц при приближении или удалении от электродов в электрическом поле.

II. Новые научные результаты, относящиеся к процессу электрической сепарации с учетом особенностей поведения частиц минералов в пластинчатом электросепараторе:

- теоретически предсказаны и экспериментально выявлены особенности протекания физических процессов зарядки и движения для частиц в пластинчатом электросепараторе, заключающиеся в сложном скачкообразном движении частиц по электроду сепаратора и дискретном характере индукционной зарядки;

13

- экспериментально выявлен и теоретически сформулирован основной механизм селективной зарядки частиц минералов в пластинчатом электросепараторе, заключающийся в независимом протекании процесса индукционной зарядки частиц и их зарядки за счет механизма трибоэлек-тризации. Определено что суммарный заряд частиц следует определять как их алгебраическую сумму;

- разработана теория и создана методика расчета зарядки частиц минералов с учетом особенностей сложного скачкообразного движения частиц в электрическом поле по наклонным электродам учитывающая дискретный характер индукционной зарядки при таком движении;

- разработана методика расчета поведения частиц с различными свойствами в процессе разделения в пластинчатом электросепараторе, включающая зарядку частиц, зону отрыва частиц и их движение на выходе сепаратора.

III. Разработка новых принципов и элементов конструкций и рекомендаций по рациональной организации процесса разделения и выбору режимов работы пластинчатых наклонных сепараторов, в том числе:

- предусмотрена специальная диэлектрическая прокладка, исключающая причины нарушения процесса селективной зарядки для проводящих частиц;

- выявлена и обоснована необходимость установки специального узла коронной подзарядки, позволяющая обеспечить эффективную селективную зарядку частиц;

- обоснована необходимость применения в качестве зарядных электродов графитосодержащих материалов, в частности, графитопласта ATM, улучшающего контакт частиц с электродом и их движение по поверхности электрода;

14

- предложен принцип выбора параметров зарядного электрода, которые обеспечивают оптимальные условия для процесса кинетики трибо-электризации частиц;

- показано, что учет скачкообразного характера движения частиц позволяет обосновать увеличение максимальной удельной производительности на 30% относительно требований монослоя частиц;

- показана возможность расширения области применения разработанных пластинчатых сепараторов не только для титаноциркониевых россыпей Малышевского месторождения. Они применимы для руд с дисперсным составом -70-г600 мкм компоненты которых отличаются по проводимости в 103-104 раз, в том числе для Стремигородского, Тарского, Лукоя-новского, Кенетского месторождений и т.д;

Теория электросепарации по проводимости отработанная на типовой конструкции пластинчатого электросепаратора применима и для барабанных и других конструкций электросепараторов по проводимости, в том числе в части выбора оптимальных размеров зарядной зоны, материала электродов, в частности впервые выяснена отрицательная роль оксидных пленок на поверхности электродов и сформулированы требования к поверхностным свойствам материала электродов, обеспечивающим эффективную сепарацию по проводимости.

Практическая реализация работы:

- внедрение усовершенствованной конструкции электросепаратора на Верхнеднепровском ГМК позволило повысить эффективность процесса разделения титаноциркониевого концентрата Малышевского месторождения на 3.6%;

- разработана и внедрена серия электрических сепараторов, включающая лабораторный, полупромышленный и промышленные аппараты, позволяющая осуществлять полный цикл освоения новых видов сырья и разрабатываемых месторождений;

15

- разработана и внедрена промышленная конструкция барабанного электросепаратора для выделения металлоконцентрата из электронного лома;

- предложены, обоснованы, экспериментально подтверждены режимы рациональной работы и проведены полупромышленные испытания усовершенствованной конструкции сепаратора на рудах Тарского месторождения, предложены и обоснованы схемы и режимы электросепарации на редкометальных рудах Стремигородского и Лукояновского месторождений.

16

Основные результаты исследований могут быть представлены по следующим трем направлениям:

I.Фундаментальные теоретические результаты относящиеся к базовым положениям как электросепарации так и электродинамики в целом: зарядке частиц на электродах в поле с объемным зарядом; электрическим силам, действующим на частицы на электродах и вблизи них:

1. Разработана теория зарядки частиц при контакте с электродами в электрическом поле с объемным зарядом, позволяющая определять расчетным путем конкретные величины зарядов частиц в любых встречающихся на практике условиях зарядки.

2. Впервые разработана теория силового воздействия электрического поля на частицы при контакте с электродами в электрическом поле с объемным зарядом, позволяющая в этих сложных специфических условиях определять электрические силы, прижимающие или отрывающие частицы

307 от электродов в электрическом поле и, тем самым, определять разнообразие форм их поведения в различных условиях. В полном объеме такая задача решена впервые и, тем самым, устранены ошибки существующие в опубликованных статьях.

3. Разработана теория силового воздействия электрического поля на частицы вблизи электродов, позволяющая анализировать поведение заряженных или незаряженных частиц при их приближении или удалении от электродов в электрическом поле.

4. Разработана экспериментальная методика, заключающаяся в прямом измерении электрических сил, действующих в процессе зарядки на модельные частицы на электроде. Методика позволила произвести проверку и подтвердить основные положения разработанных теоретических моделей силового воздействия.

Таким образом, совокупность представленных выше новых фундаментальных результатов представляет собой законченную теорию поведения частиц вблизи и на поверхности электродов в электрическом поле с объемным зарядом, что представляет собой развитие идей, изложенных в разделе "Тензор натяжения электрического поля" книги И.Е.Тамма "Основы теории электричества".

II. Новые научные результаты относящиеся к теории процессов электрической сепарации с учетом особенностей поведения частиц минералов в пластинчатом электросепараторе:

1. Теоретически предсказаны и экспериментально выявлены особенности протекания физических процессов зарядки и движения для частиц в электросепараторах пластинчатого типа, заключающиеся в сложном скачкообразном движении частиц по электроду сепаратора и дискретном характере индукционной зарядки. Таким образом представлено описание и обоснованы характерные особенности реальных процессов происходящих в пластинчатых электросепараторах.

308

2. Экспериментально выявлен и теоретически сформулирован основной механизм селективной зарядки частиц минералов в пластинчатых электросепараторах, заключающийся в независимом протекании процессов индукционной зарядки частиц и их зарядки за счет механизма трибоэлек-тризации. Определено что суммарный заряд частиц следует определять как их алгебраическую сумму. При правильном сочетании этих процессов электризации, частицы минералов, требующих разделения, приобретают заряды, отличающиеся не только по величине, но и по знаку, обеспечивая тем самым эффективную селективную зарядку частиц. Это положение имеет фундаментальное значение для правильной организации процесса электросепарации.

3. Разработан экономичный метод расчета электрических полей пластинчатых электростатических сепараторов, применимый для широкого класса других электродных систем, имеющих плоские протяженные участки электродов. На основе этого метода, заключающегося во введении в расчетную схему линейно зависимых эквивалентных зарядов, произведены расчеты и анализ электрических полей в конструкциях пластинчатых электростатических сепараторов в различных режимах их работы.

4. Разработана теория и создана методика расчета зарядки частиц минералов с учетом особенностей сложного скачкообразного движения частиц в электрическом поле по наклонным электродам, учитывающая дискретный характер индукционной зарядки при таком движении. Методика является необходимым этапом при выборе режима работы электросепаратора.

5. Разработана методика расчета поведения частиц с различными свойствами в процессе разделения в пластинчатом электросепараторе, включающая зарядку частиц, зону их отрыва и движение на выходе сепаратора. Методика позволяет оценить эффективность разделения и выход различных продуктов.

309

6. Разработаны методики экспериментального исследования, позволившие комплексно и всесторонне исследовать процесс электросепарации в широком диапазоне изменения характеристик частиц, технологических и конструктивных параметров сепараторов.

III. Разработка новых принципов, элементов конструкций и рекомендаций по рациональной организации процесса разделения и выбору режимов работы пластинчатых наклонных электросепараторов:

1. Предложен способ совершенствования конструкции, позволяющий повысить эффективность работы сепараторов за счет рациональной организации поведения проводящих частиц: для устранения причины нарушения процесса селективной зарядки за счет перезарядки проводящих частиц при соударениях об отклоняющий электрод, в конструкцию сепаратора введена специальная диэлектрическая прокладка.

2. Предложен способ совершенствования конструкции, позволяющий повысить эффективность работы сепараторов за счет рациональной организации поведения диэлектрических частиц: выявлена и обоснована необходимость установки специального узла коронной подзарядки.

3. На основании исследования особенностей залегания и адгезионного взаимодействия частиц с зарядным электродом обоснована необходимость применения в качестве зарядных электродов графитсодержащих материалов, в частности, графитопласта АТМ-1.

4. Предложен принцип выбора параметров зарядного электрода, которые обеспечивают оптимальные условия для процесса кинетики трибо-электризации частиц.

5. Показано, что учет скачкообразного характера движения частиц позволяет обосновать увеличение максимальной удельной производительности на 30% относительно требований монослоя частиц.

6. Показана возможность расширения области применения разработанных пластинчатых сепараторов не только для титаноциркониевых рос

310 сыпей Малышевского месторождения. Они применимы для руд с дисперсным составом -70-г600 мкм, компоненты которых отличаются по проводимости в 10--1(Г раз, в том числе для Стремигородского, Тарского, Лукоя-новского, Кенетского месторождений и т.д;

7. На основании разработанной теории объяснена недостаточно эффективная работа применяемых ранее конструкций электросепараторов в частности выявлена причина неудовлетворительных результатов разделения на минералах с очень контрастными свойствами.

8. Теория электросепарации по проводимости отработанная на типовой конструкции пластинчатого электросепаратора применима и для барабанных и других конструкций электросепараторов по проводимости, в том числе в части выбора оптимальных размеров зарядной зоны, материала электродов, в частности впервые выяснена отрицательная роль оксидных пленок на поверхности электродов и сформулированы требования к поверхностным свойствам материала электродов, обеспечивающим эффективную сепарацию по проводимости.

IV. Практическая реализация работы

1. Внедрение усовершенствованной конструкции электросепаратора на Верхнеднепровском ГМК позволило повысить эффективность процесса разделения титаноциркониевого концентрата Малышевского месторождения на 3.6%.

2. Разработана и внедрена серия электрических сепараторов пластинчатого типа, включающая лабораторный, полупромышленный и промышленные аппараты, позволяющая осуществлять полный цикл электросепарации при освоении новых видов сырья и разрабатываемых месторождений.

3. Разработана и внедрена промышленная конструкция барабанного электросепаратора для выделения металлоконцентрата из электронного лома.

311

4. Предложены, обоснованы, экспериментально подтверждены режимы рациональной работы и проведены полупромышленные испытания разработанных сепараторов на рудах Тарского месторождения.

5. Предложены и обоснованы эффективные схемы и режимы электросепарации на редкометальных рудах Стремигородского и Лукояновско-го месторождений.

312

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Главным итогом проведенных исследований является разработка научных основ электрической сепарации по проводимости, что означает создание теоретических моделей базовых процессов электросепарации, разработку расчетных методик и практических рекомендаций по совершенствованию метода электросепарации. Результаты работы позволяют не только более обоснованно подходить к расчету, проектированию, выбору режимов электросепараторов, но также прогнозировать новые области их применения.

Необходимо отметить, что разработанные теоретические модели базовых процессов электросепарации имеют более широкое применение, выходя за пределы области электросепарации и представляют общенаучную значимость, поскольку относятся к фундаментальным вопросам электродинамики - расчету сил действующих в электрическом поле на границе раздела сред сложной формы.

1. Верещагин И.П., Левитов В.И., Мирзабекян Г.З., Пашин М.М. Основы электрогазодинамики дисперсных систем. М.: Энергия, 1974.

2. Олофинский Н.Ф. Электрические методы обогащения. М.: Недра, 1977.

3. Ангелов А.И., Верещагин И.П., Ершов B.C. и др. Физические основы электрической сепарации/Под ред. В.И. Ревнивцева. М.: Недра, 1983.

4. Дегтяренко А.В., Искуменко В.М. Сепараторщик электрических сепараторов. М.: Недра, 1970.

5. Егоров В.Л. Магнитные, электрические и специальные методы обогащения руд. М.: Недра, 1977.

6. Справочник по обогащению руд// М.: Недра/ т.2. 4.1. 1974.

7. Месеняшин А.И. Электрическая сепарация в сильных полях. М.: Недра, 1978.

8. Карнаухов Н.М. Технология доводки коллективных концентратов с помощью электрической сепарации. М.: Недра, 1966.

9. Ангелов А.И., Набиулин Ю.Н. Электрические сепараторы свободного падения/ М.: Недра, 1970.

10. Олофинский Н.Ф., Новикова В.А. Трибоадтезионная сепарация/ М.: Недра, 1974.

11. V. V. Karmazin. Theoretical Assessment of Technological Potential of Magnetic and Electrical Separation// Magn. and electrical separ.pp.139-160, v. 8, N.3, 1997.

12. Ревнивцев В.П., Олофинский Н.Ф. Состояние и перспективы развития электросепарации полезных ископаемых и материалов // Труды всемирного электротехнического конгресса. Оргкомитет ВЭЛК, 1977.

13. Ревнивцев В.И., Костин И.Н., Яшин В.П. Основные направления развития подготовки руд к обогащению// Цветные металлы, 1985, № 5. С.96-100.313

14. Ревнивцев В.И., Олофинский Н.Ф., Ангелов А.И. Развитие электрической сепарации и ее физических основ// Физические и химические основы переработки минерального сырья/М.: 1982. С. 174-179.

15. Сусликов Б.Ф., Давыдова JI.A. Основные тенденции развития техники и технологии обогащения руд цветных металлов в мировой практике// Цветные металлы. 1983. № 5. С.87-91.

16. Копаев A.A. Изучение возможности повышения качества ставролито-вого концентрата методом электросепарации// Электрон, обр. материалов. 1984. №3. С.44-47.

17. Федюшин В.А., Будник Б.Ф. Использование электрической сепарации в схеме доводки коллективного концентрата// Тез. докл. Всесоюзной ин-т. конференции "Совершенствование техники и технологии электрического обогащения/ Свердловск. 1986.

18. Ильин А.К., Иванушкина И.К., Федюшин В.А., Герусов В.М. Исследование технологии обогащения титаноциркониевой россыпи с целью повышения извлечения попутных минералов// Вещественный состав, добыча и обогащение руд редких металлов/ М.: 1985. С.92-96.

19. Старчик Л.П., Вобликов B.C., Корнилов Ю.П., Нагорный Ф.Д. Электросепарация синтетических алмазных порошков// Изв.ВУЗов. Цветная металлургия. 1987. № 5. С. 18-21.

20. A.c. № 495089 СССР, МКИ В03с7/02. Электростатический сепаратор// Тищенко А.Г., Бигун М.П., Воликов A.M., Шестаков Г.С./ Опубликовано в Б.И. 1977. № 46.

21. A.C. № 848065 СССР, МКИ В03с7/02 Электростатический сепаратор// Бигун М.П., Месеняшин А.И., Ревнивцев В.И., Тищенко А.Г., Шестаков Г.С./ Опубликовано в БИ 1981 .№ 27

22. Обобщенная математическая модель поведения проводящих частиц в электрическом поле сепаратора ПЭСС/ И.П. Верещагин, A.C. Киричок,

23. B.А. Макеечев, B.C. Морозов. 1985. 30 С. Деп. в Информэлектро. № 129.

24. Верещагин И.П., Морозов B.C. Движение частиц аэрозоля в электрическом поле при числах Рейнольдса, превышающих единицу// Изв.АН СССР. Энергетика и транспорт. 1973. № 1. С. 116-121.

25. Верещагин И.П., Морозов B.C. Линейная аппроксимация силы сопротивления среды при расчете движения частиц в электрическом поле// Электронная обработка материалов. 1973. № 2. С.37-40.

26. Дерягин Б.В., Кротова H.A., Смилча В.П. Адгезия твердых тел. М.: Наука. 1973.

27. Зимон А.Д. Адгезия пыли и порошков/ М.: Химия. 1976.315

28. Лебедев H.H., Скальская И.П. Сила, действующая на проводящий шарик, помещенный в поле плоского конденсатораУ/ЖТФ.Т.32. Вып.З. 1962. С.375-378.

29. Ган К. Прибор для получения малых точно известных электрических зарядов// Приборы для научных исследований. 1964. № 7. С.87-88.

30. Коряков В.И., Мартынов Е.П. О максимальном заряде частиц при контактном способе заряжения// Электронная техника. 1966. Сер. 10. Вып.З. С.12-16.

31. Тамм И.Е. Основы теории электричества// М.: 1956.

32. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред// М.: Физматгиз. 1957. 532 С.

33. Изаков Ф.Я., Дмитриев В.Н. Предельный контактный заряд диэлектрического эллипсоида// Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1974. № 3. С.48-49.

34. Берняев В.П. Силы, действующие на заряженную частицу в неоднородных электрических полях// Изв.ВУЗов. Цвета, металлургия. 1980. № 1. С.8-13.

35. Леонов С.Б., Берняев В.П. Электростатическая сепарация при непосредственном соприкосновении обогащаемого материала с электродом// Изв.ВУЗов. Цвета, металлургия. 1977. № 2. С.18-21.

36. Джуварлы Ч.М., Вечхайзер Г.В., Штейншрайбер- В.Я. Трехосный диэлектрический эллипсоид в электрическом поле при учете проводимости// Изв.АН СССР. Энергетика и транспорт. 1969. № 1. С.158-162.

37. Наги-заде А.Т. Зарядка частиц удлиненной формы на плоском электроде// Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1966. № 1. С.156-160.

38. Джуварлы Ч.М., Вечхайзер Г.В., Штейншрайбер В.Я. Влияние поверхностной проводимости на процесс контактной зарядки// Сб. Сильные электрические поля в технологических процессах/ 1971. Вып.2. С.316

39. Месеняшин А.И. Электрические силы при электросепарации по проводимости// Обогащение руд. 1976. № 3. С. 15-19.

40. Месеняшин А.И. Электрическая сепарация в поле короны чередующейся полярности// Электрон.обр.материалов. 1977. № 6. С.83-85.

41. Месеняшин А.И. Заряды частиц и электрические силы в барабанном коронном электросепараторе// Обогащение руд. 1980. № 4. С.33-37.

42. Месеняшин А.И. Действие электрических сил на частицы при контакте с электродом и вдали от него// Журн.техн.физики. 1982. № 3. 0.513-514.

43. Месеняшин А.И. О действии электрических сил на частицы у электрода// Электрон.обр. материалов. 1982. № 5. С.65-69.

44. Месеняшин А.И., Смирнов В.В. Электростатическая сепарация частиц различной формы и диэлектрической проницаемости// Изв.Вузов. Цветная металлургия. 1982. № 6. С. 12-15.

45. Месеняшин А.И. К теории электросепарации сростков// Обогащ. руд. 1983. №3. С.20-23.

46. Месеняшин А.И. Динамика электросепарации сростков при контакте с электродом// ФТПРПИ. 1985. № 6. С.87-92.

47. Месеняшин А.И., Смирнов В.В. Электрическая сепарация вермикули-товых руд в коронном и электростатическом полях// В кн.: Исследование процесса электросепарации и разработка конструкций электросепараторов/Л.: Сборник научн.тр./Механобр. 1981. С.39-47.

48. Волков В.Н. К теории зарядки частиц на электродах// Новые методы исследования в теоретической электротехнике и инженерной электрофизике/Изд. Ивановского энерг. института. Иваново: 1974. Вып.З. С.31-37.

49. Изаков Ф.Я., Каменир Э.А., Мурманцев Ф.М., Фаин В.Б. К теории зарядки частицы на осадительном электроде в поле коронного разряда// Изв.АН СССР. Энергетика и транспорт. 1974. № 6. С.159-163.317

50. Лосаберидзе С.И. О расчете процесса разделения минералов на коронно-электростатическом барабанном сепараторе// Научн.техн.сб. Обогащение полезных ископаемых/ Киев: Техника. 1980. № 27. С.41-49.

51. Сулейменов О.А. Исследование процесса зарядки частиц в коронно-электростатических сепараторах// Изв.ВУЗов. Горн.журн.1981. № 7.1. С.140-143.

52. Жевелюк М.Ю. Силы, действующие на проводящий шар, находящийся в плоском конденсаторе вблизи одной из пластин// Электрон.обр. материалов. 1972. № 2. С.58-63.

53. Остроумов Г.А. Взаимодействие электростатических и гидродинамических полей. М.: Наука. 1979.

54. Masanori Нага, Masanori Akazaki. A method for prediction of gaseous discharge threshold voltage in presence of a conducting particle//Journ. of Electrostatics. 1976. №2. p.233-239

55. Миролюбов H.H., Костенко M.B., Левинштейн М.Л., Тиходеев Н.Н. Методы расчета электростатических полей. М.: Высшая школа. 1963.

56. Колечицкий Е.С. Анализ и расчет электрических полей. М., МЭИ. 1977.

57. Бобиков В.Е., Верещагин И.П., Коптев А.С., Тихомиров С.В. Сравнительный анализ численных методов расчета электрических полей// В кн.: Межведомств.сб.тр. № 69./М.: Моск.энерг.ин-т. 1985. С.60-65.

58. Блохин Ю.В., Журавлев Э.Н., Ярославский В.Н. К расчету электростатических полей методом эквивалентных зарядов// Электричество. 1980.2.С.26-31.

59. Бобиков В.Е. К расчету двумерных электростатических по лей в кусочно-однородных средах//Изв.ВУЗов. Энергетика. 1982. № 2. С.7-11.

60. Гусаров А.А., Бобиков В.Е. Расчет электростатических полей методом эквивалентных зарядов// Электричество. 1979. № 2. С.65-66.318

61. Бобиков В.Е. Инженерные аспекты применения метода эквивалентных зарядов в расчетах электрических полей высоковольтного оборудования. Автореф.дис. канд.техн.наук. М.: 1983.

62. Панев С.Н. Разработка комбинированных коронирующих электродов электрофильтра для очистки газов от высокоомных пыл ей. Автореф.дис. канд.техн.наук. М.: 1985.

63. Леб Л. Статическая электризация. М.: Госгортехиздат. 1963.

64. Новикова В.А., Олофинский Н.Ф. Влияние электризации порошков отдельных минералов на эффективность их трибоадтезионной сепарации// В кн.: Теория и практика сепарации в электр. и магн. полях/ М., 1972.1. С.46-57.

65. Петухов И.М. Влияние температуры нагрева на трибозарядку и адгезию абразивных частиц при трибоадтезионной классификации// Изв.Вузов. Горн. журн. 1982. №3. С.111-114.

66. Петухов И.М., Олофинский Н.Ф., Новикова В.А. Выбор конструкционных материалов для вибролотков трибоадтезионных классификаторов// Обогащ. руд. 1980. № 1. С. 17-19. ■>

67. Кармазин В.И., Бебеш A.A., Кубайло В.Л. О некоторых факторах, влияющих на величину трибоэлектрических зарядов мелкозернистых минералов// Изв.ВУЗов. Горный журнал. 1966. № 6. С.170-174.

68. Коряков В.И., Леонов В.А., Лежнин Д.Н. Заряд и динамика поведения проводящей частицы в электрическом поле плоского конденсатора// Электронная техника. 1967. Сер.10. Вып.З. С.12-22.319

69. Бебеш A.A., Кармазин В.И. О зарядах, возникающих на минеральных частицах в поле коронного разряда// Сб. трудов Днепропетровского горного института/ 1965. Вып.2. С. 174-176.

70. Кармазин В.И., Бебеш A.A., Карасева В.Н. Влияние некоторых факторов на величину заряда минералов, получаемого в электрическом поле коронного разряда//Цветные металлы. 1965. № 4. С.17-20.

71. Кармазин В.И., Бебеш A.A. О влиянии пленки реагента, адсорбированного на поверхности минералов, на величину их заряда в электрическом поле коронного разряда// Изв.Вузов. Горный журнал 1966. № 8. 0.176-179.

72. Бебеш A.A. Об одном методе замера величины заряда, получаемого минералами в электрическом поле коронного разряда// Обогащение руд. 1965. №3. С.88-91.

73. Попков В.И., Глазов М.И. Кинетика зарядки и динамика волокон в электрическом поле. М.: Наука. 1976. 128 С.

74. Попков В.И., Наги-заде А.Т. Биполярное заряжение волокон на электродах, способ обнаружения и предельная величина заря да// Изв.АН СССР. Энергетика и транспорт. 1968. № 1.

75. Глазов М.И., Пимошин A.A. Влияние влажности среды на электродную зарядку хлопковых волокон и на время релаксации зарядов// Изв.АН СССР. Энергетика и транспорт. 1969. № 5. С.117-121.

76. Наги-заде А.Т. Зарядка волокон на плоских электродах// Изв.АН СССР. Энергетика и транспорт. 1966. №4. С.81-89.

77. Бершев E.H., Шляхтенко П.Г. О зарядке волокон на нижнем электроде электрофлокатора// Электронная обработка материалов. 1982. № 3.1. С.50-51.

78. Булгакова Н.Г., Зелинсон Д.Л., Решидов И.К., Филимонова Т.А. Взвесь порошка в электростатическом конденсаторе// Электричество. 1984.1.С.60-62320

79. Болога М.К., Пушков В.В., Берков А.Е. Автоколебательное движение частиц в однородном электрическом поле// Изв.АН СССР. Энергетика и транспорт. 1980. №4. С.109-116.

80. Мяздриков O.A. Электродинамическое псевдоожижение дисперсных систем// JL: Химия. 1984.

81. Берков А.Б., Болога М.К., Горбис З.Р., Пушков В.В. Распределение концентрации электропроводящих частиц при автоколебательном движении в плоском конденсаторе// Электронная обработка материалов. 1979.6. С.38-45.

82. Обидченко A.B., Константинова И.А., Курочкина М.И. Экспериментальное исследование особенностей индукционной перезарядки тонкодисперсных материалов//Журн.прикл.химии. 1976. Т.19. Вып.З. С.692-696.

83. Обидченко A.B., Константинова И.А., Курочкина М.И. Исследование сепарации в электрическом поле при контактной (индукционной) зарядке// Журн.прикл.химии. 1976. Т.19. Вып.З. С.697-699.

84. Обидченко A.B., Константинова И.А., Курочкина М.И. Особенности контактной перезарядки аэрозольных частиц металлов при ударе об электрод// Физика аэродисперсных систем. 1977. Вып.15. С.25-29.

85. Глазанов М.И., Руденко А.Д. Электростатическое разделение минералов//Изв.ВУЗов. Цветная металлургия. 1960. № 4. С.32-38.

86. Ангелов А.И., Пашни М.М., Лосаберидзе С.И. Измерение зарядов частиц кварца и фосфата при электростатической сепарации// Изв.Вузов. Горный журнал. 1977. № 4. С.38-42.

87. Пашин М.М. Метод регистрации траекторий движения частиц// Сильные электрические поля в технологических процессах (электронно-ионная технология)/М., 1969. С.103-139.

88. Ангелов А.И., Ершов B.C., Лосаберидзе С.И., Пашни М.М. Движение заряженных частиц в электростатическом поле коронно- электростатического барабанного сепаратора// Электронная обработка материалов. 1978. №4. С.45-51.

89. Warren&Cuthrell. Electrostatic forces between conducting spheres at constant potentials//Journ. of Appl.Phis. 1975. v.46. №10. p.4597-4599.

90. Динник A.H. Удар и сжатие упругих тел// Избр.труды. Изд-во АН УССР/Киев: 1952. Т.1.

91. Гольдштик М.А., Леонтьев А.К. Об ударе шара о твердую поверхность//Инженерно-физический журнал. 1960. Т.З. № 11. С.83-88.

92. Иванов А.А., Марюта А.Н., Коряков-Савойский Б.А. и др. Теоретическое обоснование и лабораторные исследования датчика для контроля средней крупности потока сыпучего материала// Изв.Вузов. Горный журнал. 1965. № 8. С.153-159.

93. Ушаков С.Г., Муромкин Ю.Н., Мизонов В.Е. Об ударе частиц зернистого материала о твердую поверхность// Инженерно-физический журнал. 1978. Т.34. № 5. С.839-842.

94. Математическое обеспечение ЕС ЭВМ. Минск: 1975.

95. Вибрации в технике. Справочник. Т.2

96. ГольдсмитВ. Удар//М.: Стройиздат. 1965.

97. J. Svoboda. Separation of Particles in the Corona-Discharge Field// Magn. and electrical separ., pp.173-192, v.4, N.3, 1993.

98. A.J.W.Rozelaar, I.S. Wells. Effects of Surface Finish and Material of Construction of the Separating Surface on High-Tension Electrical Separation// Magn. and electrical separ. pp.93-110, v.5, N.2, 1993.322

99. D.Edward, P.N.Holtham, T.Kojovic. The Motion of Mineral Sand particles on the Roll in High Tension Separators// Magn. and electrical separ. pp.69-86, v.6, N.2, 1995.

100. Ilidio A.B. Fonteca. The Effect of Air Friction in Electrostatic Separation// Magn. and electrical separ. pp.243-256, v.7, N.4, 1996.

101. K.S.Lindley, N.A.Rowson. Charging Mechanisms for Particles Prior to Electrostatic Separation// Magn. and electrical separ. pp. 101-114, v.8,1. N.2, 1997.

102. Al.Iuga, M.Mihailescu, A.Cocis, L.Dascaleacu. Particle Charge Neutralization in Roll-Type Electroseparators. Journ. of Electrost. 1997.v.40@41.p.639-644.

103. K.S.Lindley, N.A.Rowson. Feed Preparation Factors Affecting the Efficiency of Electrostatic Separation// Magn. and electrical separ. pp.161-174, v.8, N.3, 1997.

104. T. Matsuyama, H. Yamamoto. Charge-relaxation process dominates contact charging of a particle in atmospheric conditions: II The general model// Journ.of Phys. D: Appl.Phys, Vol. 30 pp. 2170-2175.

105. Месеняшин А.И. Электрический барабанный сепаратор// Электрон.обр.матер. 1989, №6, р.77-78.

106. R.Morar, L.Dascalescu, Al.Iuga. Modelling of High-Intensity Electric Fields A Method to Improve the Design of Corona-Electrostatic Separators// Journ. of Electrostatics. 1989. v.23. p.245-252.

107. Al.Iuga, L.Dascalescu, R.Morar, I.Csorvassy, V.Neamtu. Corona-Electrostatic Separators for Recovery of Waste Non-Ferrous Metals// Journ. of Electrost. 1989. v.23 .p.235-243.

108. L.Dascalescu, M.Mihailescu and A.Mizuno The behaviour of conductive particles in pulsed corona fields// Journ.of Phys. D: Appl.Phys, Vol.29, No 3, 1996, pp. 522-528.323

109. G.Schubert, G.Warlitz. Sorting Metal-Nonmetal Mixtures Using Corona Electrostatic Separator//Aufbereitung-Technick. 1994. 35. No.9. p.449-456.

110. L.Dascalescu, R.Tobazeon, P.Atten. Behaviour of conducting particles in corona-dominated electric fields// Journ.of Phys. D: Appl.Phys, Vol.28, No.3 , 1995,pp. 1611-1618.

111. I.V.Zindell. Electrostatic image theory for a sphere with impedance surface. Journ.of Phys. D: Appl.Phys, Vol.27, Number , 1994, pp. 1605-1607.

112. S.Vlad, M.Michailescu, D.Rafiroiu, A.Iuga, L.Dascalescu. Numerical Field Computation for Various Electrode Configuration in Plate-Type Electrostatic Separators. 10 Int. Symp. on High Volt. Eng. 1997.

113. W.Lin, H.Jin. Analitic solutions to the electrostatic problems of two dielectric spheres. //Journ. Appl.Phis. 67(3).1990. p.l 160-1166.

114. E.G.Kelly, D.J.Spottiswood. The Theory of Electrostatic Separations: A Revieu Part II. Particle Charging// Minerals Engineering. 1989. V.2. No.2. p.193-205.

115. E.G.Kelly, D.J.Spottiswood. The Theory of Electrostatic Separations: A Revieu Part I. Fundamentals// Minerals Engineering. 1989. V.2. No.l. p.33-46.

116. C.A.P. Zevenhoven, Uni-polar field charging of particles: effects of particle conductivity and rotation// Journ.of Electrostatics Vol.46, No. 1,1999, p.l.

117. Y.Nakajima and T.Sato Calculation of electrostatic force between two charged dielectric spheres by the re-expansion method// Journ.of Electrostatics Vol.45, No. 3, 1998, p.213

118. P.C.Chaumet and J.P.Dufour. Electric potential and field between two different spheres// Journ.of Electrostatics, Vol.43, No. 2, 1998, p.145

119. РевнивцевВ.И., МесеняшинА.И., КосоручкинГ.В. Очистка кварцевой крупки с помощью электрического барабанного сепаратора// Обогащ.руд. 1989, №4, с.30-38.324

120. X.Wang, X.-B.Wang and P.R.C.Gascoyne. General expressions for dielec-trophoretic force and electrorotational torque derived using the Maxwell stress tensor method// Journ.of Electrostatics Vol.39, No. 4, 1997, p. 277-295.

121. T.Itakura, H.Masuda, C.Ohtsuka and S.Matsusaka. The contact potential difference of powder and the tribo-charge// Journ.of Electrost, Vol.38,No3,p. 213

122. L.Dascalescu, A.Samuila and R.Tobazeon. Cylindrical conductive particles in the proximity of an electrode affected by a high-intensity electric field// Journ.of Electrostatics, Vol.37, No. 3, 1996 p. 173

123. W. Lin. The electrostatic images of a dielectric sphere// Journ.of Electrostatics, Vol.36, No.2, 1995, p. 129

124. T.Matsuyama, H.Yamamoto and M.Washizu. Potential distribution around a partially charged dielectric particle located near a conducting plane// Journ.of Electrostatics, Vol.36, No.2, 1995, p. 195

125. D.K. Yanar and B.A. Kwetkus. Electrostatic separation of polymer powders//Journ.of Electrostatics, Vol.35, No.2&3, 1995, p. 257.

126. P.Grabner, N.Szedenic, L.Pula, I.Berta. The Effect of Size and Shape on Electrostatic Particle Charging Process// 6 Int. Conf. on Elst.Precipit. 1996. p.466-471.

127. R.D.Stoy. Force on two touching dielectric spheres in a parallel field// Journ.of Electrostatics, Vol.35, No.4, 1995, p. 297

128. D.R.Inculet, R.M.Quigley and I.I.Inculet. Electrostatic separation of sulphides from quartz: A potential method for mineral beneficiation// Journ.of Electrost, Vol.34, No. l,p. 17.

129. R.D.Stoy. Interactive dipole model for two-sphere system// Journ.of Electrostatics, Vol.33, No. 3, p. 385

130. B.A.Kwetkus Contact electrification of coal and minerals// Journ.of Electrostatics, Vol.32, No. 3, p. 271325

131. R.Morar, Al.Iuga, L. Dascalescu and A. Samuila. Factors which influence the insulation—metal electroseparation// Journ.of Electrostatics, Vol.30, No. 1-3, p. 403.

132. V.Neamtu, Al.Iuga, R.Morar, I.Suarasan and L.Dascalescu. Influence of high-voltage polarity on insulation-metal electroseparation// Journ.of Electrost, Vol.30, No. 1-3, p. 423

133. L.Dascalescu, A.Iuga, R.Morar, V.Neamtu, I.Suarasan, A.Samuila and D.Rafiroiu. Corona and electrostatic electrodes for high-tension separators// Journ.of Electrost, Vol.29, No.3,p. 211

134. L.Dascalescu. Numerical analysis of the electric field of roll-type electrostatic separators//Journ.of Electrostatics, Vol.29, No. 3, p. 255-267.

135. Cai Xiaoping. Surface charge density of a dielectric particle near a plane// Journ.of Electrostatics, Vol.20,1987, p. 239-242.

136. Cai Xiaoping. The electrostatic problem of a dielectric sphere near a plane// Journ.of Electrostatics, Vol.19, 1987, p. 201-204.

137. A.Iuga, R.Morar, A.Samuila, I.Cuglesan, M.Mihailescu, and L.Dascalescu. Electrostatic Separation of Brass from Industrial Wastes// IEEE Trans, on Ind. Appl, May/June 1999, Vol.35, Number 03, p. 537

138. R.Morar, A.Iuga, I.Cuglesan, O.Muntean, and L.Dascalescu. Iron Ore Ben-eficiation Using Roll-Type High-Intensity Electric Field Separators// IEEE Trans, on Ind. Appl, January/February 1999, Vol.35, Number 01, p. 218

139. G.Kazkaz. Electric Field and Space Charge of Spherical Electrode at High Voltage Concentric With a Grounded Conductive Sphere// IEEE Trans, on Ind. Appl, July/August 1998, Vo.34, Number 04 p. 719

140. A.Iuga, V.Neamtu, I.Suarasan, R.Morar, and L.Dascalescu. Optimal HighVoltage Energization of Corona-Electrostatic Separators// IEEE Trans, on Ind. Appl, March/April 1998, Vol.34, Number 02, p. 290326

141. L.Dascalescu, D.Rafiroiu, A.Samuila, and R.Tobazeon. Charging of Insulating Spheres on the Surface of an Electrode Affected by Monopolar Ions// IEEE Trans, on Ind. Appl, January/February 1998, Vol.34, No 01, p. 35

142. A.Samuila and L.Dascalescu. Unipolar Charging of Cylindrical Insulating Particles Near Electrode Surfaces// IEEE Trans, on Ind. Appl, January/February 1998, Vol.34, No 01, p. 51

143. Берняев В.П., Мязин В.П. Селекция ильменита из минералогической смеси//АН СССР Бурят.научн.центр. 1991, с.33-38.

144. Нагоев К.Н.,Комиссарова Е,Н„ Коракеев Б.К., Бугаенко А.В. Обогащение галитовых руд Кыргызстана методом электрической сепарации. Изв.Ан.КССР Хим.техно л. и биол.н. 1991, №1, с.8-10.

145. L.Daskalescu, R.Morar, AL.Iuga, V.Neamtu, I.Suarasan. Charge Neutralization Electrodes for High-Tension Separators// Magn. and Electrical Separ. pp.91-106, v.4, N.2, 1993.

146. N.Szedenic, I.Kiss. Particle Charging in Industrial Electrostatics// 8 Int. Conf. on El.st. p.88-92. 1997.

147. I.I.Inculet. Industrial Applications of High Voltage Gradients in Air Ambi-ents// 10 Int. Symp. on High. Volt.Eng. 1997.

148. T.Takuma, M.Konya, T.Hara, N.Kakimoto, T.Kawamoto. Charge simulation Method Using Fictions Charges at Surrounding Boundaries// 10 Int. Symp. on High Vol. Eng. 1997.

149. Ю.А. Годин. Электростатическая задача о проводящем шарике, помещенном в поле плоского конденсатора// ЖТФ. 1988. т. 58. в.6. с. 1216-1219.327

150. Н.В. Шихов, А.И. Урванцев, Ю.С. Беланцев, B.C. Шихова. О методике измерения распределения тока коронного разряда на поверхности осади-тельного электрода в барабанных сепараторах.

151. Е.Б. Кремер, А.И. Месеняшин. Выражение для пондеромоторных сил, действующих на движущийся полупроводящий шар// Обогащ. руд. 1988. №3. с.21-24.

152. Горгошидзе А.Р., Морозов B.C. Кинетика индукционной зарядки частиц// Деп. в Информэлектро. 1985. № 164-эт90.

153. Stahe J., Beier Р-М. Sorting of plastics using the electrostatic separation process// Proc.20 Int.Mmer.Congr. 1997. Vol.5, p.395-401.

154. Кравец Б.Н., Гэзэгт Ш., Ганбелд С., Косиков Е.М., Урванцев А.И., Шихов Н.В., Журавский Н.В. О возможности получения коллективных сульфидных концентратов методом электрической сепарации. Изв.вузов Горн. журн. 1991, №7, с.101-104.

155. Komptner A., Mientkewitz О., Schubert G. The electrostatic separation of PVC containing waste//Proc.20 Int.Miner.Congr. 1997. Vol.5, p.403-413.

156. Carpko in the Ukraine //Mining J 1998. №8463- p.45

157. L.Dascalescu, A.Iuga, R.Morar. Corona-Electrostatic Separation: An Efficient Technique for the Recovery of Metals and Plastics from Industrial Wastes// Magn. and Electrical Separ. pp.241-256, v.4, N.4, 1993.

158. Landen M., et all. A new design for processing at plastics packaging waste experiences of pilot scale operation// Proc.20 Int.Miner.Congr. 1997. Vol.5, p.357-366.

159. Урванцев А.И. и др. Разработка высокопроизводительного барабанного коронно-электростатическогосепаратора вертикального типа// Цв.мет. 1995, №11, с.71-74.

160. Кармазин В.В. Магнитные и электрические методы сепарации в решении экологических проблем горного производства// 2 Научн.-техн. конф. М. 1995, с.410-419.328

161. Старчик Л.П. Интенсификация процесса разделения минеральных зерен в электрических полях// Экол.пр.горн.произв. Научн.-техн. конф.1. М.: 1993, с.155.

162. Сентемова В.А., Мишунина М.Н. Применение сухих способов при обогащении ильменитовых руд// Обогащ.руд. 1991, №1, с.17-29

163. Быховский Л.З., Зубков Л.Б., Осокин Е.Д. Цирконий России: состояние, перспективы освоения и развития минерально-сырьевой базы// Минеральное сырье, сер. геолого-экономическая №2. М.: 1998

164. Хольм Р. Электрические контакты. М.: ИИЛ, 1961.329